以下、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。また、本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings. Further, in the present specification and each drawing, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with reference to the previous drawings, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. In the specification of the present application, the state of “provided on” includes not only the state of being provided in direct contact but also the state of being provided with another element inserted therebetween.
［１．第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、第１の実施の形態に係る圧力センサの動作を説明する。図１は、第１の実施の形態に係る圧力センサの動作を説明するための模式的な断面図である。
[1. First Embodiment]
First, the operation of the pressure sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the pressure sensor according to the first embodiment.
図１に示す通り、圧力センサ１００は、膜部１２０と、膜部１２０の上に設けられた歪検出素子２００を備える。膜部１２０は、外部からの圧力に応じて生じて撓む。歪検出素子２００は、膜部１２０の撓みに応じて歪み、この歪に応じて電気抵抗値を変化させる。従って、歪検出素子の電気抵抗値の変化を検出することにより、外部からの圧力が検出される。尚、圧力センサ１００Ａは、音波または超音波を検出するものであっても良い。この場合、圧力センサ１００Ａは、マイクロフォンとして機能する。
As shown in FIG. 1, the pressure sensor 100 includes a film part 120 and a strain detection element 200 provided on the film part 120. The film part 120 is generated and bent according to the pressure from the outside. The strain detection element 200 is distorted according to the bending of the film part 120 and changes the electric resistance value according to the strain. Therefore, the pressure from the outside is detected by detecting the change in the electric resistance value of the strain detecting element. The pressure sensor 100A may detect a sound wave or an ultrasonic wave. In this case, the pressure sensor 100A functions as a microphone.
次に、図２を参照して、歪検出素子２００の構成を説明する。図２は、第１の実施の形態に係る歪検出素子の構成を示す模式的な斜視図である。以下、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２が積層された方向をＺ方向とする。また、このＺ方向に対して垂直な所定の方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
Next, the configuration of the strain detection element 200 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the strain detection element according to the first embodiment. Hereinafter, the direction in which the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 are stacked is referred to as the Z direction. A predetermined direction perpendicular to the Z direction is defined as an X direction, and a direction perpendicular to the Z direction and the X direction is defined as a Y direction.
図２に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２、並びに、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の間に設けられた中間層２０３を有する。歪検出素子２００に歪みが生じると、磁性層２０１及び２０２の相対的な磁化方向が変化する。これに伴い、磁性層２０１及び２０２の間の電気抵抗値が変化する。従って、この電気抵抗値の変化を検出することによって、歪検出素子２００に生じた歪を検出する事が出来る。
As shown in FIG. 2, the strain sensing element 200 according to this embodiment includes a first magnetic layer 201, a second magnetic layer 202, and a gap between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202. An intermediate layer 203 is provided. When strain occurs in the strain sensing element 200, the relative magnetization directions of the magnetic layers 201 and 202 change. Along with this, the electric resistance value between the magnetic layers 201 and 202 changes. Therefore, the strain generated in the strain detecting element 200 can be detected by detecting the change in the electrical resistance value.
本実施の形態において、第１の磁性層２０１は強磁性体からなり、例えば磁化自由層として機能する。また、第２の磁性層２０２も強磁性体からなり、例えば参照層として機能する。第２の磁性層２０２は、磁化固定層であっても良いし、磁化自由層であっても良い。
In the present embodiment, the first magnetic layer 201 is made of a ferromagnetic material and functions as, for example, a magnetization free layer. The second magnetic layer 202 is also made of a ferromagnetic material and functions as a reference layer, for example. The second magnetic layer 202 may be a magnetization fixed layer or a magnetization free layer.
図２に示す通り、第１の磁性層２０１は第２の磁性層２０２と比較して大きく形成されている。即ち、第２の磁性層２０２に対向する第１の磁性層２０１の下面は、第１の磁性層２０１に対向する第２の磁性層２０２の上面と比較して広く形成されている。換言すれば、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法は、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における寸法と比較して大きく形成されている。
As shown in FIG. 2, the first magnetic layer 201 is formed larger than the second magnetic layer 202. That is, the lower surface of the first magnetic layer 201 facing the second magnetic layer 202 is formed wider than the upper surface of the second magnetic layer 202 facing the first magnetic layer 201. In other words, the dimension of the first magnetic layer 201 in the XY plane is formed larger than the dimension of the second magnetic layer 202 in the XY plane.
また、図２に示す通り、第１の磁性層２０１は、下面の一部において第２の磁性層２０２と対向している。これに対し、第２の磁性層２０２は、上面の全体において第１の磁性層２０１と対向している。換言すれば、第２の磁性層２０２はＸＹ平面において第１の磁性層２０１の内側に設けられる。
As shown in FIG. 2, the first magnetic layer 201 faces the second magnetic layer 202 at a part of the lower surface. On the other hand, the second magnetic layer 202 is opposed to the first magnetic layer 201 on the entire upper surface. In other words, the second magnetic layer 202 is provided inside the first magnetic layer 201 in the XY plane.
尚、図２に示す通り、中間層２０３のＸＹ平面における寸法は、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法と略一致する。従って、第２の磁性層２０２に対向する中間層２０３の下面は、中間層２０３に対向する第２の磁性層２０２の上面と比較して広く形成されている。
As shown in FIG. 2, the dimension of the intermediate layer 203 in the XY plane substantially matches the dimension of the first magnetic layer 201 in the XY plane. Therefore, the lower surface of the intermediate layer 203 facing the second magnetic layer 202 is formed wider than the upper surface of the second magnetic layer 202 facing the intermediate layer 203.
尚、図２に示す歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２を別々のエッチング工程で独立に寸法をコントロールする事が出来る。従って第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の寸法の差を自由に設定できる。
Note that the strain detecting element 200 shown in FIG. 2 can control the dimensions of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 independently by separate etching processes. Therefore, the difference in dimensions between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 can be set freely.
次に、図３を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の動作について説明する。図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ歪検出素子２００に引張歪が生じている状態、歪が生じていない状態及び圧縮歪が生じている状態の様子を表す模式的な斜視図である。尚、以下の説明において、歪検出素子２００の第２の磁性層２０２の磁化方向は−Ｙ方向であるものとし、歪検出素子２００に生じる歪の方向はＸ方向であるものとする。また、第２の磁性層２０２は、磁化固定層として機能するものとする。
Next, the operation of the strain detection element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIGS. 3A, 3B, and 3C are schematic views showing a state where tensile strain is generated in the strain detecting element 200, a state where no strain is generated, and a state where compressive strain is generated, respectively. It is a perspective view. In the following description, it is assumed that the magnetization direction of the second magnetic layer 202 of the strain detection element 200 is the −Y direction, and the direction of strain generated in the strain detection element 200 is the X direction. The second magnetic layer 202 functions as a magnetization fixed layer.
図３（ｂ）に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００に歪が生じていない場合、第１の磁性層２０１の磁化方向と第２の磁性層２０２の磁化方向との相対的な角度は、０°よりも大きく１８０°よりも小さくすることができる。図３（ｂ）に示す例においては、第１の磁性層２０１の磁化方向は、第２の磁性層２０２の磁化方向に対して１３５°であり、歪が生じる方向に対しては４５°（１３５°）であるが、ここでの１３５°と言う角度はあくまで一例であり、他の角度とすることが可能である。以下、図３（ｂ）に示すように、歪が生じていない場合における第１の磁性層２０１の磁化方向を「初期磁化方向」と呼ぶ。尚、第１の磁性層２０１の初期磁化方向は、ハードバイアス、または、第１の磁性層２０１の形状磁気異方性などによって設定される。
As shown in FIG. 3B, when no strain is generated in the strain sensing element 200 according to this embodiment, the magnetization direction of the first magnetic layer 201 and the magnetization direction of the second magnetic layer 202 are relative to each other. The angle can be greater than 0 ° and smaller than 180 °. In the example shown in FIG. 3B, the magnetization direction of the first magnetic layer 201 is 135 ° with respect to the magnetization direction of the second magnetic layer 202, and 45 ° ( However, the angle of 135 ° here is merely an example, and other angles can be used. Hereinafter, as shown in FIG. 3B, the magnetization direction of the first magnetic layer 201 when no strain is generated is referred to as “initial magnetization direction”. The initial magnetization direction of the first magnetic layer 201 is set by a hard bias or the shape magnetic anisotropy of the first magnetic layer 201.
ここで、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す通り、歪検出素子２００にＸ方向に歪が生じた場合、第１の磁性層２０１に、「逆磁歪効果」が生じ、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が相対的に変化する。
Here, as shown in FIGS. 3A and 3C, when strain is generated in the strain detection element 200 in the X direction, an “inverse magnetostriction effect” is generated in the first magnetic layer 201, and the first The magnetization directions of the magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 change relatively.
「逆磁歪効果」は、強磁性体の磁化方向が、歪によって変化する現象である。例えば、磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合、磁化自由層の磁化の方向は、引張歪の方向に対しては平行に近づき、圧縮歪の方向に対しては垂直に近付く。一方、磁化自由層に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合、同磁化の方向は、引張歪の方向に対しては垂直に近付き、圧縮歪の方向に対しては平行に近付く。
The “inverse magnetostrictive effect” is a phenomenon in which the magnetization direction of a ferromagnetic material changes due to strain. For example, when the ferromagnetic material used for the magnetization free layer has a positive magnetostriction constant, the magnetization direction of the magnetization free layer approaches parallel to the tensile strain direction and is perpendicular to the compression strain direction. Get closer to. On the other hand, when the ferromagnetic material used for the magnetization free layer has a negative magnetostriction constant, the direction of the magnetization approaches perpendicular to the direction of tensile strain and approaches parallel to the direction of compression strain.
図３に示す例において、歪検出素子２００の第１の磁性層２０１には、正の磁歪定数を有する強磁性体が用いられている。従って、図３（ａ）に示す通り、第１の磁性層２０１の磁化方向は、引張歪の方向に対して平行に近付き、圧縮歪の方向に対して垂直に近付く。尚、第１の磁性層２０１の磁歪定数は、負であっても良い。
In the example shown in FIG. 3, a ferromagnetic material having a positive magnetostriction constant is used for the first magnetic layer 201 of the strain detection element 200. Therefore, as shown in FIG. 3A, the magnetization direction of the first magnetic layer 201 approaches parallel to the tensile strain direction and approaches perpendicular to the compressive strain direction. The magnetostriction constant of the first magnetic layer 201 may be negative.
図３（ｄ）は、歪検出素子２００の電気抵抗と、歪検出素子２００に生じた歪の大きさとの関係を示す概略的なグラフである。尚、図３（ｄ）においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪とする。
FIG. 3D is a schematic graph showing the relationship between the electrical resistance of the strain detection element 200 and the magnitude of the strain generated in the strain detection element 200. In FIG. 3D, the strain in the tensile direction is the positive strain and the strain in the compression direction is the negative strain.
図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す通り、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が相対的に変化すると、図３（ｄ）に示す通り、「磁気抵抗効果（ＭＲ効果）」によって第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２との間の電気抵抗値が変化する。
As shown in FIGS. 3A and 3C, when the magnetization directions of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 change relatively, as shown in FIG. The electric resistance value between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 changes due to the “effect (MR effect)”.
ＭＲ効果は、磁性層同士の間で磁化方向が相対的に変化すると、これら磁性層間の電気抵抗が変化する現象である。ＭＲ効果は、例えば、ＧＭＲ（Giant magnetoresistance）
効果、または、ＴＭＲ(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。
The MR effect is a phenomenon in which the electrical resistance between the magnetic layers changes when the magnetization direction changes relatively between the magnetic layers. The MR effect is, for example, GMR (Giant magnetoresistance)
Effect, or TMR (Tunneling magnetoresistance) effect.
尚、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２及び中間層２０３が正の磁気抵抗効果を有する場合、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２との相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。一方、負の磁気抵抗効果を有する場合、相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。
In the case where the first magnetic layer 201, the second magnetic layer 202, and the intermediate layer 203 have a positive magnetoresistance effect, the relative angle between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 is small. Electric resistance is reduced. On the other hand, in the case of having a negative magnetoresistance effect, the electrical resistance increases when the relative angle is small.
歪検出素子２００は、例えば正の磁気抵抗効果を有する。従って、図３（ａ）に示す様に、歪検出素子２００に引張歪が生じ、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が１３５°から９０°に近付いた場合、図３（ｄ）に示す通り、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の間の電気抵抗は小さくなる。一方、図３（ｃ）に示す様に、歪検出素子２００に圧縮歪が生じ、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が１３５°から１８０°に近付いた場合、図３（ｄ）に示す通り、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の間の電気抵抗は大きくなる。尚、歪検出素子２００は、負の磁気抵抗効果を有していても良い。
The strain detection element 200 has, for example, a positive magnetoresistance effect. Therefore, as shown in FIG. 3A, when tensile strain is generated in the strain sensing element 200 and the magnetization directions of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 approach 135 ° to 90 °, As shown in FIG. 3D, the electrical resistance between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 becomes small. On the other hand, as shown in FIG. 3C, when the compressive strain is generated in the strain sensing element 200 and the magnetization directions of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 approach from 135 ° to 180 °, As shown in FIG. 3D, the electrical resistance between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 is increased. The strain detection element 200 may have a negative magnetoresistance effect.
ここで、図３（ｄ）に示す通り、例えば微小歪をΔε１と、歪検出素子２００に微小歪Δε１を加えた時の歪検出素子２００における抵抗変化をΔｒ２とする。更に、単位歪あたりの電気抵抗値の変化量を、ゲージファクタ（GF: Gauge Factor）と呼ぶ。高感度な歪検出素子２００を製造する場合、ゲージファクタを高くすることが望ましい。
Here, as shown in FIG. 3D, for example, Δε1 is a minute strain, and Δr2 is a resistance change in the strain sensing element 200 when the minute strain Δε1 is applied to the strain sensing element 200. Furthermore, the amount of change in the electrical resistance value per unit strain is called a gauge factor (GF). When manufacturing the highly sensitive strain sensing element 200, it is desirable to increase the gauge factor.
次に、図４及び図５を参照して、歪検出素子２００の動作をより詳しく説明する。図４は歪検出素子２００の動作を説明するための模式的な斜視図、図５は歪検出素子２００の動作を説明するための模式的な平面図である。
Next, the operation of the strain detection element 200 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. 4 is a schematic perspective view for explaining the operation of the strain detecting element 200, and FIG. 5 is a schematic plan view for explaining the operation of the strain detecting element 200.
図４及び図５は、歪検出素子２００が図３（ｃ）に示した状態である時の磁化状態を模式的に示している。即ち、図４及び図５に示す状態では、第２の磁性層２０２が−Ｙ方向に磁化されている。また、第１の磁性層２０１の大部分はＹ方向に磁化されているが、端部（４隅）における磁化方向が乱れている。
4 and 5 schematically show the magnetization state when the strain detection element 200 is in the state shown in FIG. That is, in the state shown in FIGS. 4 and 5, the second magnetic layer 202 is magnetized in the −Y direction. Further, most of the first magnetic layer 201 is magnetized in the Y direction, but the magnetization direction at the end portions (four corners) is disturbed.
この磁化方向の乱れは、反磁界の発生に起因する。即ち、歪検出素子２００の寸法が小さい場合、第１の磁性層２０１端部における磁極の影響によって第１の磁性層２０１（磁化自由層）の内部に反磁界が発生し、当該端部における磁化方向が乱れることがある。一方、第２の磁性層２０２は、後述するように、ピニング層などで磁化方向を一方向に固着することができ、ピニング層による固着を第２の磁性層２０２の内部に発生する反磁界よりも強く設定することができる。そのため、第２の磁性層２０２を第１の磁性層２０１よりも小さい面積としても磁化の乱れは生じない。
This disturbance in the magnetization direction is caused by the generation of a demagnetizing field. That is, when the dimension of the strain sensing element 200 is small, a demagnetizing field is generated inside the first magnetic layer 201 (magnetization free layer) due to the influence of the magnetic pole at the end of the first magnetic layer 201, and the magnetization at the end Direction may be disturbed. On the other hand, as will be described later, the magnetization direction of the second magnetic layer 202 can be fixed in one direction by a pinning layer or the like, and the pinning layer is fixed by a demagnetizing field generated in the second magnetic layer 202. Can also be set strongly. Therefore, even if the area of the second magnetic layer 202 is smaller than that of the first magnetic layer 201, the magnetization is not disturbed.
ここで、図３（ｄ）を参照して説明した通り、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の間の電気抵抗値は、第１の磁性層２０１の磁化方向に応じて変化する。従って、磁化方向の乱れた部分が第２の磁性層２０２に対向していた場合、抵抗値から磁化方向の変化を好適に検出できず、ゲージファクタが低下してしまう場合がある。
Here, as described with reference to FIG. 3D, the electrical resistance value between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 changes according to the magnetization direction of the first magnetic layer 201. To do. Therefore, when the portion in which the magnetization direction is disturbed faces the second magnetic layer 202, the change in the magnetization direction cannot be detected appropriately from the resistance value, and the gauge factor may be lowered.
しかしながら、図４及び図５に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、第２の磁性層２０２の上面が、第１の磁性層２０１の下面のうち、磁化方向の乱れていない中央部分付近のみと対向しており、第１の磁性層２０１の下面のうち、磁化方向の乱れやすい端部とは対向していない。従って、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、磁化方向の乱れていない第１の磁性層２０１下面の磁化方向に応じて好適に抵抗値を変化させ、小型化してもゲージファクタを損なわず、感度良く動作する。従って、高分解能且つ高感度な歪検出素子を提供する事が出来る。
However, as shown in FIGS. 4 and 5, in the strain sensing element 200 according to the present embodiment, the upper surface of the second magnetic layer 202 is disturbed in the magnetization direction of the lower surface of the first magnetic layer 201. It faces only the vicinity of the center portion that is not, and does not face the end of the lower surface of the first magnetic layer 201 where the magnetization direction is likely to be disturbed. Therefore, the strain detecting element 200 according to the present embodiment suitably changes the resistance value according to the magnetization direction of the lower surface of the first magnetic layer 201 whose magnetization direction is not disturbed, and does not impair the gauge factor even if the size is reduced. , Operate with good sensitivity. Therefore, it is possible to provide a strain detection element with high resolution and high sensitivity.
尚、図４及び図５においては、第１の磁性層２０１の下面うち磁化方向の乱れた領域は、第２の磁性層２０２の上面と全く対向していない。しかしながら、例えば、磁化方向の乱れた領域の一部が第２の磁性層２０２の上面と対向していても良い。この場合においても、第１の磁性層２０１端部の磁化方向の乱れが歪検出素子２００の抵抗値に与える影響は削減される。
4 and 5, the region of the lower surface of the first magnetic layer 201 in which the magnetization direction is disturbed does not face the upper surface of the second magnetic layer 202 at all. However, for example, a part of the region in which the magnetization direction is disturbed may face the upper surface of the second magnetic layer 202. Even in this case, the influence of the disturbance in the magnetization direction at the end of the first magnetic layer 201 on the resistance value of the strain sensing element 200 is reduced.
また、例えば第２の磁性層２０２のＸ方向またはＹ方向の寸法は、第１の磁性層２０１のＸ方向またはＹ方向の寸法に比べて０．９倍以下とすることが好ましく、０．８倍以下とすることがさらに好ましい。また、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における面積は、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における面積に比べて０．８１倍以下とすることが好ましく、０．６４倍以下とすることがさらに好ましい。
For example, the dimension of the second magnetic layer 202 in the X direction or the Y direction is preferably 0.9 times or less than the dimension of the first magnetic layer 201 in the X direction or the Y direction. More preferably, it is set to not more than twice. The area of the second magnetic layer 202 in the XY plane is preferably 0.81 times or less, more preferably 0.64 times or less compared to the area of the first magnetic layer 201 in the XY plane. preferable.
次に、図６〜図９を参照して、歪検出素子２００の他の構成例について説明する。図６〜図８は歪検出素子２００の他の構成例を示す模式的な斜視図であり、図９は歪検出素子２００の他の構成例を示す模式的な平面図である。尚、以下に示す各構成例に係る歪検出素子２００及び図２に示す歪検出素子２００は、お互いに組み合わせて使用する事も可能である。
Next, another configuration example of the strain detection element 200 will be described with reference to FIGS. 6 to 8 are schematic perspective views showing other configuration examples of the strain detection element 200, and FIG. 9 is a schematic plan view showing another configuration example of the strain detection element 200. Note that the strain detection element 200 according to each configuration example described below and the strain detection element 200 illustrated in FIG. 2 can be used in combination with each other.
図２に示す例においては、中間層２０３のＸＹ平面における寸法が、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法と略一致していた。しかしながら、図６（ａ）に示す通り、中間層２０３のＸＹ平面における寸法は、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における寸法と略一致していても良い。この場合、即ち、中間層２０３に対向する第１の磁性層２０１の下面は、第１の磁性層２０１に対向する中間層２０３の上面と比較して広く形成される。
In the example shown in FIG. 2, the dimension of the intermediate layer 203 in the XY plane substantially coincides with the dimension of the first magnetic layer 201 in the XY plane. However, as shown in FIG. 6A, the dimension of the intermediate layer 203 in the XY plane may substantially match the dimension of the second magnetic layer 202 in the XY plane. In this case, that is, the lower surface of the first magnetic layer 201 facing the intermediate layer 203 is formed wider than the upper surface of the intermediate layer 203 facing the first magnetic layer 201.
また、図２及び図６（ａ）に示す例において、歪検出素子２００は、第２の磁性層２０２、中間層２０３及び第１の磁性層２０１が順に積層されて構成されていた。しかしながら、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す通り、歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２が順に積層されて構成されていても良い。
In the example shown in FIGS. 2 and 6A, the strain sensing element 200 is configured by laminating the second magnetic layer 202, the intermediate layer 203, and the first magnetic layer 201 in this order. However, as shown in FIGS. 6B and 6C, the strain sensing element 200 may be configured by laminating the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202 in this order. good.
また、図２及び図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す例において、歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１の上方及び下方のいずれか一方に、中間層２０３を介して第２の磁性層２０２を積層して構成されていた。しかしながら、図６（ｄ）及び図（ｅ）に示す通り、第１の磁性層２０１の上方及び下方の双方に、中間層２０３を介して第２の磁性層２０２を積層して構成されていても良い。
In the example shown in FIGS. 2, 6A, 6B, and 6C, the strain detection element 200 has an intermediate position on either the upper side or the lower side of the first magnetic layer 201. The second magnetic layer 202 is laminated via the layer 203. However, as shown in FIGS. 6D and 6E, the second magnetic layer 202 is laminated on both the upper and lower sides of the first magnetic layer 201 with the intermediate layer 203 interposed therebetween. Also good.
また、図２及び図６に示す例において、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２及び中間層２０３の側面は、Ｚ方向に対して略平行に形成されていた。しかしながら、例えば図７に示す通り、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２及び中間層２０３の側面を連続的な斜面として形成する事も可能である。この場合、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す通り、歪検出素子２００をテーパ状に形成する事も可能であるし、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示す通り、逆テーパ状に形成する事も可能である。このようなテーパ形状は素子加工時のエッチング工程の条件を適切に選択することによって、作製することができる。尚、図７（ａ）または図７（ｃ）に示す歪検出素子２００においては、例えば図７（ｂ）または図７（ｄ）に示す通り、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の最も大きい部分の寸法を測ることにより、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の寸法を確認しても良いし、例えば、第１の磁性層２０１の平均的な平面寸法と第２の磁性層２０２の平均的な平面寸法の差を比較してもよい。
In the example shown in FIGS. 2 and 6, the side surfaces of the first magnetic layer 201, the second magnetic layer 202, and the intermediate layer 203 are formed substantially parallel to the Z direction. However, as shown in FIG. 7, for example, the side surfaces of the first magnetic layer 201, the second magnetic layer 202, and the intermediate layer 203 can be formed as continuous slopes. In this case, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the strain detecting element 200 can be formed in a tapered shape, or as shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d). It is also possible to form a reverse taper. Such a taper shape can be produced by appropriately selecting the conditions for the etching process during device processing. In the strain sensing element 200 shown in FIG. 7A or 7C, as shown in FIG. 7B or FIG. 7D, for example, the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer are used. The dimensions of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 may be confirmed by measuring the dimension of the largest portion of 202. For example, the average planar dimension of the first magnetic layer 201 You may compare the difference of the average plane dimension of the 2nd magnetic layer 202. FIG.
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す通り、第１の磁性層２０１と中間層２０３との間に、第３の磁性層２５１を介在させても良い。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す例においては、第２の磁性層２０２、中間層２０３及び第３の磁性層２５１のＸＹ平面における寸法が略一致しており、これらは第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法よりも小さい。第３の磁性層２５１は強磁性体からなり、第１の磁性層２０１と共に磁化自由層として機能する。即ち、第３の磁性層２５１は第１の磁性層２０１と磁気結合し、第３の磁性層２５１の磁化方向は第１の磁性層２０１の中心部分付近の磁化方向と一致する。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すような構造を用いた場合、後述するように、磁化固定層／中間層／磁化自由層の積層構造の中で、ＭＲ効果に寄与の大きい中間層近傍の積層構造を真空中一貫成膜で製造することが可能なため、高いＭＲ変化率を得る観点において製造上好ましい。ここで、第３の磁性層２５１は第２の磁性層２０２と同様に第１の磁性層２０１よりも小さい素子寸法とされているが、相対的に寸法が大きく磁化の乱れの少ない第１の磁性層２０１の中央領域と接続して磁気結合しているため、第３の磁性層２５１の磁化の乱れも少なくすることができる。よって、本実施形態の効果を得ることができる。
Further, as shown in FIGS. 8A and 8B, a third magnetic layer 251 may be interposed between the first magnetic layer 201 and the intermediate layer 203. In the example shown in FIGS. 8A and 8B, the dimensions in the XY plane of the second magnetic layer 202, the intermediate layer 203, and the third magnetic layer 251 are substantially the same. The size of the magnetic layer 201 is smaller than the dimension in the XY plane. The third magnetic layer 251 is made of a ferromagnetic material and functions as a magnetization free layer together with the first magnetic layer 201. That is, the third magnetic layer 251 is magnetically coupled to the first magnetic layer 201, and the magnetization direction of the third magnetic layer 251 matches the magnetization direction near the center portion of the first magnetic layer 201. When the structures as shown in FIGS. 8A and 8B are used, as will be described later, in the laminated structure of the magnetization fixed layer / intermediate layer / magnetization free layer, an intermediate that greatly contributes to the MR effect. Since the laminated structure in the vicinity of the layers can be manufactured by consistent film formation in a vacuum, it is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR change rate. Here, like the second magnetic layer 202, the third magnetic layer 251 has a smaller element size than the first magnetic layer 201, but the first magnetic layer 251 has a relatively large size and a small magnetization disturbance. Since the magnetic layer 201 is magnetically coupled to the central region of the magnetic layer 201, the magnetization disturbance of the third magnetic layer 251 can be reduced. Therefore, the effect of this embodiment can be acquired.
また、図９（ａ）に示す通り、第１の磁性層２０１の重心と第２の磁性層２０２の重心とは、ＸＹ平面内において重ねても良い。また、図９（ａ）に示す通り、第２の磁性層２０２は、ＸＹ平面内において第１の磁性層２０１の内部に収めても良い。このような態様は、前述したとおり、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２が重なる領域に含まれる第１の磁性層２０１の端部における磁化の乱れた領域を減らす観点で好ましく、ひいては高ゲージファクタを得る観点で好ましい。
Further, as shown in FIG. 9A, the center of gravity of the first magnetic layer 201 and the center of gravity of the second magnetic layer 202 may overlap in the XY plane. Further, as shown in FIG. 9A, the second magnetic layer 202 may be housed inside the first magnetic layer 201 in the XY plane. As described above, such an aspect is preferable from the viewpoint of reducing the region in which magnetization is disturbed at the end of the first magnetic layer 201 included in the region where the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 overlap, As a result, it is preferable from the viewpoint of obtaining a high gauge factor.
ただし、図９（ｂ）に示す通り、第１の磁性層２０１の重心と第２の磁性層２０２の重心とＸＹ平面内においてずらしても良い。また、図９（ｂ）に示す通り、第２の磁性層２０２は、ＸＹ平面内において第１の磁性層２０１からはみ出していても良い。このような態様においても、前述したとおり、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２が重なる領域に含まれる第１の磁性層２０１の端部における磁化の乱れた領域を減らす効果は得ることができる。
However, as shown in FIG. 9B, the center of gravity of the first magnetic layer 201 and the center of gravity of the second magnetic layer 202 may be shifted in the XY plane. Further, as shown in FIG. 9B, the second magnetic layer 202 may protrude from the first magnetic layer 201 in the XY plane. Even in such an aspect, as described above, the effect of reducing the region in which the magnetization is disturbed at the end of the first magnetic layer 201 included in the region where the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 overlap is obtained. be able to.
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す通り、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における形状は略正方形としても良いし、図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示す通り、Ｘ方向の寸法及びＹ方向の寸法に差を有する略長方形状とし、形状磁気異方性を持たせても良い。同様に、図９（ａ）及び図９（ｃ）に示す通り、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における形状は略正方形としても良いし、図９（ｂ）及び図９（ｄ）に示す通り、Ｘ方向の寸法及びＹ方向の寸法に差を有する略長方形状とし、形状磁気異方性を持たせても良い。
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, the shape of the first magnetic layer 201 in the XY plane may be substantially square, or as shown in FIGS. 9C and 9D. The shape may be a substantially rectangular shape having a difference between the dimension in the X direction and the dimension in the Y direction, and may have a shape magnetic anisotropy. Similarly, as shown in FIGS. 9A and 9C, the shape of the second magnetic layer 202 in the XY plane may be a substantially square shape, as shown in FIGS. 9B and 9D. As described above, it may be a substantially rectangular shape having a difference between the dimension in the X direction and the dimension in the Y direction, and may have shape magnetic anisotropy.
第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の少なくとも一方がＸＹ平面において略長方形状に形成された場合、長軸方向が磁化容易方向となる。従って、例えばハードバイアスを用いることなく第１の磁性層２０１の初期磁化方向を設定する事が可能となり、歪検出素子２００の製造コストを削減する事が出来る。
When at least one of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 is formed in a substantially rectangular shape on the XY plane, the major axis direction is the easy magnetization direction. Accordingly, for example, the initial magnetization direction of the first magnetic layer 201 can be set without using a hard bias, and the manufacturing cost of the strain detection element 200 can be reduced.
また、図９（ｅ）及び図９（ｆ）に示す通り、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における形状は略円状としても良いし、図９（ｇ）に示す通り、長円状（楕円状）とし、形状磁気異方性を持たせても良い。また、図９（ｆ）に示す通り、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における形状は略円状としても良い。更に、図９（ｅ），図９（ｆ）及び図９（ｇ）に示す通り、これら第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２は、適宜組み合わせて使用する事が出来る。第１の磁性層２０１および第２の磁性層２０２の平面形状は任意である。
Further, as shown in FIGS. 9E and 9F, the shape of the first magnetic layer 201 in the XY plane may be substantially circular, or as shown in FIG. It may be oval) and may have shape magnetic anisotropy. Further, as shown in FIG. 9F, the shape of the second magnetic layer 202 in the XY plane may be substantially circular. Furthermore, as shown in FIGS. 9 (e), 9 (f) and 9 (g), the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 can be used in appropriate combination. The planar shapes of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 are arbitrary.
次に、図１０〜図１７を参照して、本実施の形態に係る歪検出素子２００の構成例について説明する。尚、以下において、「材料Ａ／材料Ｂ」の記載は、材料Ａの層の上に、材料Ｂの層が設けられている状態を示す。
Next, a configuration example of the strain detection element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, “material A / material B” indicates a state in which a layer of material B is provided on a layer of material A.
図１０は、歪検出素子２００の一の構成例２００Ａを示す模式的な斜視図である。図１０に示す通り、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１と、上部電極２１２とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図１０に示す歪検出素子２００Ａの第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２に示す構造と同様である。図１０に示す歪検出素子２００Ａにおいても、図６（ａ）、図７（ｃ）に示す第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。
FIG. 10 is a schematic perspective view showing one configuration example 200 </ b> A of the strain detection element 200. As shown in FIG. 10, the strain detection element 200A includes a lower electrode 204, an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 (second The magnetic layer 202), the intermediate layer 203, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), the cap layer 211, and the upper electrode 212 are sequentially stacked. The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. The planar shapes of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200A shown in FIG. It is the same as the structure shown. Also in the strain sensing element 200A shown in FIG. 10, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first) shown in FIGS. 6 (a) and 7 (c). The planar shape of the magnetic layer 201) may be used.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第２磁化固定層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of the Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nanometers (nm). The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the second magnetization fixed layer 207, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the magnetic coupling layer 208, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
下部電極２０４及び上部電極２１２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）の少なくともいずれかが用いられる。第１電極及び第２電極として、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、歪検出素子２００Ａに効率的に電流を流すことができる。下部電極２０４及び上部電極２１２には、非磁性材料を用いることができる。
For example, at least one of aluminum (Al), aluminum copper alloy (Al—Cu), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) is used for the lower electrode 204 and the upper electrode 212. By using such a material having a relatively small electrical resistance as the first electrode and the second electrode, it is possible to efficiently pass a current through the strain detection element 200A. A nonmagnetic material can be used for the lower electrode 204 and the upper electrode 212.
下部電極２０４及び上部電極２１２は、例えば、下部電極２０４及び上部電極２１２用の下地層（図示せず）と、下部電極２０４及び上部電極２１２用のキャップ層（図示せず）と、それらの間に設けられた、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、及び、Ａｕの少なくともいずれかの層と、を含んでもよい。例えば、下部電極２０４及び上部電極２１２には、タンタル（Ｔａ）／銅（Ｃｕ）／タンタル（Ｔａ）などが用いられる。下部電極２０４及び上部電極２１２の下地層としてＴａを用いることで、例えば、基板２１０と下部電極２０４及び上部電極２１２との密着性が向上する。下部電極２０４及び上部電極２１２用の下地層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いてもよい。
The lower electrode 204 and the upper electrode 212 include, for example, a base layer (not shown) for the lower electrode 204 and the upper electrode 212, a cap layer (not shown) for the lower electrode 204 and the upper electrode 212, and a gap therebetween. And at least one layer of Al, Al—Cu, Cu, Ag, and Au provided on the substrate. For example, tantalum (Ta) / copper (Cu) / tantalum (Ta) or the like is used for the lower electrode 204 and the upper electrode 212. By using Ta as a base layer for the lower electrode 204 and the upper electrode 212, for example, adhesion between the substrate 210 and the lower electrode 204 and the upper electrode 212 is improved. As a base layer for the lower electrode 204 and the upper electrode 212, titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or the like may be used.
下部電極２０４及び上部電極２１２のキャップ層としてＴａを用いることで、そのキャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化を防ぐことができる。下部電極２０４及び上部電極２１２用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いてもよい。
By using Ta as a cap layer for the lower electrode 204 and the upper electrode 212, oxidation of copper (Cu) or the like under the cap layer can be prevented. As the cap layer for the lower electrode 204 and the upper electrode 212, titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or the like may be used.
下地層２０５には、例えば、バッファ層（図示せず）と、シード層（図示せず）と、を含む積層構造を用いることができる。このバッファ層は、例えば、下部電極２０４や膜部１２０等の表面の荒れを緩和し、このバッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層として、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いてもよい。
For the base layer 205, for example, a stacked structure including a buffer layer (not shown) and a seed layer (not shown) can be used. This buffer layer, for example, alleviates surface roughness of the lower electrode 204, the film part 120, etc., and improves the crystallinity of the layer stacked on this buffer layer. As the buffer layer, for example, at least one selected from the group consisting of tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and chromium (Cr) Is used. As the buffer layer, an alloy containing at least one material selected from these materials may be used.
下地層２０５のうちのバッファ層の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層の厚さが厚すぎると、歪検出素子２００の厚さが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、そのシード層がバッファ効果を有することができる。この場合、バッファ層は省略してもよい。バッファ層には、例えば、３ｎｍの厚さのＴａ層が用いられる。
The thickness of the buffer layer in the base layer 205 is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. The thickness of the buffer layer is more preferably 1 nm or more and 5 nm or less. If the buffer layer is too thin, the buffer effect is lost. If the thickness of the buffer layer is too thick, the thickness of the strain detection element 200 becomes excessively thick. A seed layer is formed on the buffer layer, and the seed layer may have a buffer effect. In this case, the buffer layer may be omitted. As the buffer layer, for example, a Ta layer having a thickness of 3 nm is used.
下地層２０５のうちのシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。このシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。このシード層として、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）、ｈ
ｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）の金属等が用いられる。
The seed layer in the base layer 205 controls the crystal orientation of the layer stacked on the seed layer. The seed layer controls the crystal grain size of the layer stacked on the seed layer. As this seed layer, an fcc structure (face-centered cubic structure), h
A metal having a cp structure (hexagonal close-packed structure) or a bcc structure (body-centered cubic structure) is used.
下地層２０５のうちのシード層として、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）、または、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ、または、ｆｃｃ構造のＣｕを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。シード層には、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。シード層の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。
By using ruthenium (Ru) having an hcp structure, NiFe having an fcc structure, or Cu having an fcc structure as a seed layer in the underlayer 205, for example, the crystal orientation of the spin valve film on the seed layer can be changed. The fcc (111) orientation can be obtained. For the seed layer, for example, a Cu layer having a thickness of 2 nm or a Ru layer having a thickness of 2 nm is used. In order to increase the crystal orientation of the layer formed on the seed layer, the thickness of the seed layer is preferably 1 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the seed layer is more preferably 1 nm or more and 3 nm or less. Thereby, the function as a seed layer for improving the crystal orientation is sufficiently exhibited.
一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合（例えば、アモルファスの磁化自由層を形成する場合など）には、シード層は省略してもよい。シード層としては、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層が用いられる。
On the other hand, for example, when it is not necessary to orient the layer formed on the seed layer (for example, when an amorphous magnetization free layer is formed), the seed layer may be omitted. As the seed layer, for example, a Cu layer having a thickness of 2 nm is used.
ピニング層２０６は、例えば、ピニング層２０６の上に形成される第２磁化固定層２０７（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して、第２磁化
固定層２０７の磁化を固定する。ピニング層２０６には、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層２０６には、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層２０６の厚さは適切に設定される。
For example, the pinning layer 206 imparts unidirectional anisotropy to the second magnetization fixed layer 207 (ferromagnetic layer) formed on the pinning layer 206, so that the second magnetization fixed layer 207 Fix the magnetization. For the pinning layer 206, for example, an antiferromagnetic layer is used. The pinning layer 206 includes, for example, Ir—Mn, Pt—Mn, Pd—Pt—Mn, Ru—Mn, Rh—Mn, Ru—Rh—Mn, Fe—Mn, Ni—Mn, Cr—Mn—Pt and At least one selected from the group consisting of Ni-O is used. Ir—Mn, Pt—Mn, Pd—Pt—Mn, Ru—Mn, Rh—Mn, Ru—Rh—Mn, Fe—Mn, Ni—Mn, Cr—Mn—Pt and Ni—O further added elements An added alloy may be used. In order to impart sufficient strength of unidirectional anisotropy, the thickness of the pinning layer 206 is appropriately set.
ピニング層２０６に接する強磁性層の磁化の固定を行うためには、磁場印加中での熱処理が行われる。熱処理時に印加されている磁場の方向にピニング層２０６に接する強磁性層の磁化が固定される。アニール温度は、例えば、ピニング層２０６に用いられる反強磁性材料の磁化固着温度以上とする。また、Ｍｎを含む反強磁性層を用いる場合、ピニング層２０６以外の層にＭｎが拡散してＭＲ変化率を低減する場合がある。よってＭｎの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。例えば２００度（℃）以上、５００度（℃）以下とすることができる。好ましくは、２５０度（℃）以上、４００度（℃）以下とすることができる。
In order to fix the magnetization of the ferromagnetic layer in contact with the pinning layer 206, heat treatment is performed while a magnetic field is applied. The magnetization of the ferromagnetic layer in contact with the pinning layer 206 is fixed in the direction of the magnetic field applied during the heat treatment. The annealing temperature is, for example, not less than the magnetization fixing temperature of the antiferromagnetic material used for the pinning layer 206. In addition, when an antiferromagnetic layer containing Mn is used, Mn diffuses in a layer other than the pinning layer 206 to reduce the MR ratio. Therefore, it is desirable to set it below the temperature at which Mn diffusion occurs. For example, it can be set to 200 ° C. or more and 500 ° C. or less. Preferably, it can be set to 250 ° C. or more and 400 ° C. or less.
ピニング層２０６として、ＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎが用いられる場合には、ピニング層２０６の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ピニング層２０６の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層２０６としてＩｒＭｎを用いる場合には、ピニング層２０６としてＰｔＭｎを用いる場合よりも薄い厚さで、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層２０６の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。ピニング層２０６の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層が用いられる。
When PtMn or PdPtMn is used as the pinning layer 206, the thickness of the pinning layer 206 is preferably 8 nm or more and 20 nm or less. The thickness of the pinning layer 206 is more preferably 10 nm or more and 15 nm or less. When IrMn is used as the pinning layer 206, unidirectional anisotropy can be imparted with a thickness smaller than that when PtMn is used as the pinning layer 206. In this case, the thickness of the pinning layer 206 is preferably 4 nm or more and 18 nm or less. The thickness of the pinning layer 206 is more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. For the pinning layer 206, for example, an Ir 22 Mn 78 layer having a thickness of 7 nm is used.
ピニング層２０６として、ハード磁性層を用いてもよい。ハード磁性層として、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０％以上８５％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は、４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などを用いてもよい。
A hard magnetic layer may be used as the pinning layer 206. As the hard magnetic layer, for example, a hard magnetic material having a relatively high magnetic anisotropy and coercive force such as Co—Pt, Fe—Pt, Co—Pd, and Fe—Pd is used. Alternatively, an alloy obtained by further adding an additive element to Co—Pt, Fe—Pt, Co—Pd, or Fe—Pd may be used. For example, CoPt (ratio of Co is 85% to 50%), (Co x Pt 100- x) 100-y Cr y (x is less than 50at.% To 85 at.%, Y is 0 atomic. % Or more and 40 at.% Or less) or FePt (the ratio of Pt is 40 at.% Or more and 60 at.% Or less) may be used.
第２磁化固定層２０７には、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第２磁化固定層２０７として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。第２磁化固定層２０７として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。第２磁化固定層２０７として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０％以上３０％以下）を用いることもできる。第２磁化固定層２０７として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、歪検出素子のサイズが小さい場合にも、歪検出素子２００Ａの特性のばらつきを抑えることができる。
The second magnetization fixed layer 207 includes, for example, a Co x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or less), a Ni x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or more). Or a material obtained by adding a nonmagnetic element thereto. As the second magnetization fixed layer 207, for example, at least one selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni is used. As the second magnetization fixed layer 207, an alloy containing at least one material selected from these materials may be used. The second magnetization pinned layer 207, (Co x Fe 100- x) 100-y B y alloys (x is a 0 atomic.% Or more 100 atomic.% Or less, y is less than 30% 0%) using the You can also. The second magnetization pinned layer 207, (Co x Fe 100- x) by using a 100-y B y of the amorphous alloy, even when the size of the strain detection element is small, suppress variations in the characteristics of the strain detection element 200A be able to.
第２磁化固定層２０７の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層２０６による一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層２０７の上に形成される磁気結合層を介して、第２磁化固定層２０７と第１磁化固定層２０９との間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層２０７の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第１磁化固定層２０９の磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。
The thickness of the second magnetization fixed layer 207 is preferably, for example, not less than 1.5 nm and not more than 5 nm. Thereby, for example, the strength of the unidirectional anisotropic magnetic field by the pinning layer 206 can be further increased. For example, the strength of the antiferromagnetic coupling magnetic field between the second magnetization fixed layer 207 and the first magnetization fixed layer 209 is further increased through the magnetic coupling layer formed on the second magnetization fixed layer 207. Can do. For example, the magnetic film thickness of the second magnetization fixed layer 207 (the product of the saturation magnetization Bs and the thickness t (Bs · t)) is preferably substantially equal to the magnetic film thickness of the first magnetization fixed layer 209. .
薄膜でのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）である。例えば、第１磁化固定層２０９として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いると、第１磁化固定層２０９の磁気膜厚は、１．９Ｔ×３ｎｍであり、５．７Ｔｎｍとなる。一方、Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化は、約２．１Ｔである。上記と等しい磁気膜厚が得られる第２磁化固定層２０７の厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第２磁化固定層２０７には、約２．７ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層を用いることが好ましい。第２磁化固定層２０７として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。
The saturation magnetization of Co 40 Fe 40 B 20 in the thin film is about 1.9 T (Tesla). For example, when a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the first magnetization fixed layer 209, the magnetic film thickness of the first magnetization fixed layer 209 is 1.9 T × 3 nm, which is 5.7 Tnm. Become. On the other hand, the saturation magnetization of Co 75 Fe 25 is about 2.1T. The thickness of the second magnetization fixed layer 207 that can obtain a magnetic film thickness equal to the above is 5.7 Tnm / 2.1T, which is 2.7 nm. In this case, it is preferable to use a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of about 2.7 nm as the second magnetization fixed layer 207. As the second magnetization fixed layer 207, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used.
歪検出素子２００Ａにおいては、第２磁化固定層２０７と磁気結合層２０８と第１磁化固定層２０９とにより、シンセティックピン構造が用いられている。その代わりに、１層の磁化固定層からなるシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化固定層として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。シングルピン構造の磁化固定層に用いる強磁性層として、上述した第２磁化固定層２０７の材料と同じ材料を用いても良い。
In the strain sensing element 200A, a synthetic pin structure is used by the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, and the first magnetization fixed layer 209. Instead, a single pin structure composed of a single magnetization fixed layer may be used. When the single pin structure is used, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the magnetization fixed layer. The same material as the material of the second magnetization fixed layer 207 described above may be used as the ferromagnetic layer used for the single pin structure magnetization fixed layer.
磁気結合層２０８は、第２磁化固定層２０７と第１磁化固定層２０９との間において、反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層２０８は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層２０８として、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層２０８の厚さは、例えば、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第２磁化固定層２０７と第１磁化固定層２０９との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層２０８としてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層２０８の厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ
以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、磁気結合層２０８の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層２０８として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。
The magnetic coupling layer 208 generates antiferromagnetic coupling between the second magnetization fixed layer 207 and the first magnetization fixed layer 209. The magnetic coupling layer 208 forms a synthetic pin structure. For example, Ru is used as the magnetic coupling layer 208. The thickness of the magnetic coupling layer 208 is preferably not less than 0.8 nm and not more than 1 nm, for example. Any material other than Ru may be used for the magnetic coupling layer 208 as long as the material generates sufficient antiferromagnetic coupling between the second magnetization fixed layer 207 and the first magnetization fixed layer 209. The thickness of the magnetic coupling layer 208 is 0.8 nm corresponding to the second peak (2nd peak) of RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) coupling.
The thickness can be set to 1 nm or less. Furthermore, the thickness of the magnetic coupling layer 208 may be set to a thickness of 0.3 nm or more and 0.6 nm or less corresponding to the first peak (1st peak) of the RKKY coupling. As the magnetic coupling layer 208, for example, Ru having a thickness of 0.9 nm is used. Thereby, highly reliable coupling can be obtained more stably.
第１磁化固定層２０９に用いられる磁性層は、ＭＲ効果に直接的に寄与する。第１磁化固定層２０９として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。具体的には、第１磁化固定層２０９として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０％以上１００％以下であり、ｙは、０％以上３０％以下）を用いることもできる。第１磁化固定層２０９として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、歪検出素子２００のサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑えることができる。
The magnetic layer used for the first magnetization fixed layer 209 directly contributes to the MR effect. For example, a Co—Fe—B alloy is used as the first magnetization fixed layer 209. Specifically, as the first magnetization fixed layer 209, (Co x Fe 100-x ) 100- y By alloy (x is 0% or more and 100% or less, and y is 0% or more and 30% or less) Can also be used. The first magnetization pinned layer 209, in the case of using the (Co x Fe 100-x) 100-y B y of the amorphous alloy, for example, in a case where the size of the strain detection element 200 is less, due to the grain Variations between elements can be suppressed.
第１磁化固定層２０９の上に形成される層（例えばトンネル絶縁層（図示せず））を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗で、より大きいＭＲ変化率が得られる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてＭｇＯを用いる場合には、第１磁化固定層２０９として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性をより高くすることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金は、アニール時にＭｇＯ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。
第１磁化固定層２０９として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いてもよい。
A layer (for example, a tunnel insulating layer (not shown)) formed on the first magnetization fixed layer 209 can be planarized. By planarizing the tunnel insulating layer, the defect density of the tunnel insulating layer can be reduced. As a result, a higher MR ratio can be obtained with a lower sheet resistance. For example, in the case of using MgO as a material of the tunnel insulating layer, a first magnetization pinned layer 209, (Co x Fe 100- x) by using a 100-y B y of the amorphous alloy, on top of the tunnel insulating layer The (100) orientation of the formed MgO layer can be strengthened. By increasing the (100) orientation of the MgO layer, a higher MR ratio can be obtained. The (Co x Fe 100-x ) 100-y B y alloy crystallizes using the (100) plane of the MgO layer as a template during annealing. Therefore, good crystal matching between MgO and (Co x Fe 100-x) 100-y B y alloys are obtained. By obtaining good crystal matching, a higher MR ratio can be obtained.
As the first magnetization fixed layer 209, for example, an Fe—Co alloy may be used in addition to the Co—Fe—B alloy.
第１磁化固定層２０９がより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。より大きな固定磁界を得るためには、第１磁化固定層２０９は、薄いほうが好ましい。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第１磁化固定層２０９の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１磁化固定層２０９としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化固定層２０９の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化固定層２０９の厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
When the first magnetization fixed layer 209 is thicker, a larger MR change rate is obtained. In order to obtain a larger fixed magnetic field, the first magnetization fixed layer 209 is preferably thin. A trade-off relationship exists in the thickness of the first magnetization fixed layer 209 between the MR change rate and the fixed magnetic field. When a Co—Fe—B alloy is used as the first magnetization fixed layer 209, the thickness of the first magnetization fixed layer 209 is preferably 1.5 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the first magnetization fixed layer 209 is more preferably 2.0 nm or more and 4 nm or less.
第１磁化固定層２０９には、上述した材料の他に、ｆｃｃ構造のＣｏ９０Ｆｅ１０合金、または、ｈｃｐ構造のＣｏ、または、ｈｃｐ構造のＣｏ合金が用いられる。第１磁化固定層として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。第１磁化固定層として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金が用いられる。第１磁化固定層２０９として、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、または、５０％以上のＮｉ組成の材料（Ｎｉ合金）を用いることで、例えば、より大きなＭＲ変化率が得られる。
For the first magnetization fixed layer 209, in addition to the above-described materials, a Co 90 Fe 10 alloy having an fcc structure, a Co having an hcp structure, or a Co alloy having an hcp structure is used. For example, at least one selected from the group consisting of Co, Fe and Ni is used as the first magnetization fixed layer. As the first magnetization fixed layer, an alloy containing at least one material selected from these materials is used. By using a FeCo alloy material having a bcc structure, a Co alloy containing a cobalt composition of 50% or more, or a material (Ni alloy) having a Ni composition of 50% or more as the first magnetization fixed layer 209, for example, a larger MR The rate of change is obtained.
第１磁化固定層２０９として、例えば、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａ０．５Ｇｅ０．５、及び、Ｃｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．５などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第１磁化固定層２０９として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。
As the first magnetization fixed layer 209, for example, Co 2 MnGe, Co 2 FeGe, Co 2 MnSi, Co 2 FeSi, Co 2 MnAl, Co 2 FeAl, Co 2 MnGa 0.5 Ge 0.5 , and Co 2 FeGa A Heusler magnetic alloy layer such as 0.5 Ge 0.5 can also be used. For example, as the first magnetization fixed layer 209, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used.
中間層２０３は、例えば、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２との磁気的な結合を分断する。中間層２０３には、例えば、金属または絶縁体または半導体が用いられる。この金属としては、例えば、Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇ等が用いられる。中間層２０３として金属を用いる場合、中間層の厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下程度である。この絶縁体または半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（ＴｉＯ等）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ等）、または、ガリウム酸化物（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。中間層２０３として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層２０３の厚さは、例えば０．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下程度である。中間層２０３として、例えば、ＣＣＰ（Current-Confined-Path）スペーサ層を用い
てもよい。スペーサ層としてＣＣＰスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の絶縁層中に銅（Ｃｕ）メタルパスが形成された構造が用いられる。例えば、中間層として、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。
The intermediate layer 203 divides the magnetic coupling between the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202, for example. For the intermediate layer 203, for example, a metal, an insulator, or a semiconductor is used. For example, Cu, Au, or Ag is used as this metal. When a metal is used for the intermediate layer 203, the thickness of the intermediate layer is, for example, about 1 nm to 7 nm. As this insulator or semiconductor, for example, magnesium oxide (MgO or the like), aluminum oxide (Al2O3 or the like), titanium oxide (TiO or the like), zinc oxide (ZnO or the like), or gallium oxide (Ga— O) and the like are used. When an insulator or a semiconductor is used as the intermediate layer 203, the thickness of the intermediate layer 203 is, for example, about 0.6 nm to 2.5 nm. For example, a CCP (Current-Confined-Path) spacer layer may be used as the intermediate layer 203. When a CCP spacer layer is used as the spacer layer, for example, a structure in which a copper (Cu) metal path is formed in an insulating layer of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used. For example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used as the intermediate layer.
磁化自由層２１０には、強磁性体材料が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含む強磁性体材料を用いることができる。磁化自由層２１０の材料として、例えばＦｅＣｏ合金、ＮｉＦｅ合金等が用いられる。さらに、磁化自由層２１０には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ（磁歪定数）が大きいＦｅ−Ｇａ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ合金、Ｔｂ−Ｍ−Ｆｅ合金、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金、Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌ、または、フェライト等が用いられる。前述したＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金において、Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。前述したＴｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金において、Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ２は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。前述したＦｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金において、Ｍ３は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ４は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。前述したフェライトとしては、Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４などが挙げられる。磁化自由層２１０の厚さは、例えば２ｎｍ以上である。
A ferromagnetic material is used for the magnetization free layer 210. For the magnetization free layer 210, for example, a ferromagnetic material containing Fe, Co, and Ni can be used. As a material of the magnetization free layer 210, for example, FeCo alloy, NiFe alloy, or the like is used. Furthermore, the magnetization free layer 210 includes a Co—Fe—B alloy, an Fe—Co—Si—B alloy, an Fe—Ga alloy having a large λs (magnetostriction constant), an Fe—Co—Ga alloy, and a Tb—M—Fe alloy. , Tb-M1-Fe-M2 alloy, Fe-M3-M4-B alloy, Ni, Fe-Al, or ferrite are used. In the Tb-M-Fe alloy described above, M is at least one selected from the group consisting of Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, and Er. In the Tb-M1-Fe-M2 alloy described above, M1 is at least one selected from the group consisting of Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, and Er. M2 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, and Ta. In the Fe-M3-M4-B alloy described above, M3 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, and Ta. M4 is at least one selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, and Er. Examples of the ferrite described above include Fe 3 O 4 and (FeCo) 3 O 4 . The thickness of the magnetization free layer 210 is, for example, 2 nm or more.
磁化自由層２１０には、ホウ素を含有した磁性材料が用いられてよい。磁化自由層２１０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）と、を含む合金が用いられてもよい。例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金やＦｅ−Ｂ合金を用いることができる。例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０合金を用いることができる。磁化自由層２１０に、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）と、を含む合金を用いる場合、高磁歪を促進する元素として、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ、または、Ｗなどを添加してもよい。例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金を用いてもよい。このようなホウ素を含有する磁性材料を用いることで磁化自由層２１０の保磁力（Ｈｃ）が低くなり、歪に対する磁化方向の変化が容易となる。これにより、高い歪感度を得ることができる。
A magnetic material containing boron may be used for the magnetization free layer 210. For the magnetization free layer 210, for example, an alloy containing boron (B) and at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni may be used. For example, a Co—Fe—B alloy or an Fe—B alloy can be used. For example, a Co 40 Fe 40 B 20 alloy can be used. When an alloy containing at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni and boron (B) is used for the magnetization free layer 210, Ga, Al, Si are used as elements that promote high magnetostriction. Alternatively, W or the like may be added. For example, an Fe—Ga—B alloy, an Fe—Co—Ga—B alloy, or an Fe—Co—Si—B alloy may be used. By using such a magnetic material containing boron, the coercive force (Hc) of the magnetization free layer 210 is lowered, and the change of the magnetization direction with respect to strain is facilitated. Thereby, high distortion sensitivity can be obtained.
磁化自由層２１０におけるホウ素濃度（例えば、ホウ素の組成比）は、５ａｔ．％（原子パーセント）以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得易くなる。磁化自由層におけるホウ素濃度は、３５ａｔ．％以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。磁化自由層におけるホウ素濃度は、例えば、５ａｔ．％以上３５ａｔ．％以下が好ましく、１０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下がさらに好ましい。
The boron concentration (for example, the composition ratio of boron) in the magnetization free layer 210 is 5 at. % (Atomic percent) or more is preferable. This makes it easier to obtain an amorphous structure. The boron concentration in the magnetization free layer is 35 at. % Or less is preferable. If the boron concentration is too high, for example, the magnetostriction constant decreases. The boron concentration in the magnetization free layer is, for example, 5 at. % Or more and 35 at. % Or less, preferably 10 at. % Or more and 30 at. % Or less is more preferable.
磁化自由層２１０の磁性層の一部に、Ｆｅ１−ｙＢｙ（０＜ｙ≦０．３）、または（ＦｅａＸ１−ａ）１−ｙＢｙ（Ｘ＝ＣｏまたはＮｉ、０．８≦ａ＜１、０＜ｙ≦０．３）用いる場合、大きい磁歪定数λと低い保磁力を両立することが容易となるため、高いゲージファクタを得る観点で特に好ましい。例えば、磁化自由層２１０として、Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）を用いることができる。磁化自由層として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）／Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）を用いることができる。
Fe 1-y B y (0 <y ≦ 0.3) or (Fe a X 1-a ) 1-y B y (X = Co or Ni, 0 .8 ≦ a <1, 0 <y ≦ 0.3), it is easy to achieve both a large magnetostriction constant λ and a low coercive force, which is particularly preferable from the viewpoint of obtaining a high gauge factor. For example, Fe 80 B 20 (4 nm) can be used as the magnetization free layer 210. Co 40 Fe 40 B 20 (0.5 nm) / Fe 80 B 20 (4 nm) can be used as the magnetization free layer.
磁化自由層２１０は、多層構造を有してもよい。中間層２０３としてＭｇＯのトンネル絶縁層を用いる場合には、磁化自由層２１０のうちの中間層２０３に接する部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。この場合、中間層２０３の上には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が設けられ、そのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層の上には、磁歪定数の大きい他の磁性材料が設けられる。磁化自由層２１０が多層構造を有する場合、磁化自由層２１０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（２ｎｍ）／Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ（４ｎｍ）などが用いられる。
The magnetization free layer 210 may have a multilayer structure. When an MgO tunnel insulating layer is used as the intermediate layer 203, it is preferable to provide a Co—Fe—B alloy layer in a portion of the magnetization free layer 210 that is in contact with the intermediate layer 203. Thereby, a high magnetoresistance effect is obtained. In this case, a Co—Fe—B alloy layer is provided on the intermediate layer 203, and another magnetic material having a large magnetostriction constant is provided on the Co—Fe—B alloy layer. When the magnetization free layer 210 has a multilayer structure, for example, Co—Fe—B (2 nm) / Fe—Co—Si—B (4 nm) is used for the magnetization free layer 210.
キャップ層２１１は、キャップ層２１１の下に設けられる層を保護する。キャップ層２１１には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層２１１には、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層２１１として、Ｔａ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けてもよい。キャップ層２１１の構成は、任意である。例えば、キャップ層２１１として、非磁性材料を用いることができる。キャップ層２１１の下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層２１１として、他の材料を用いても良い。
The cap layer 211 protects a layer provided under the cap layer 211. For the cap layer 211, for example, a plurality of metal layers are used. For the cap layer 211, for example, a two-layer structure (Ta / Ru) of a Ta layer and a Ru layer is used. The thickness of the Ta layer is 1 nm, for example, and the thickness of the Ru layer is 5 nm, for example. As the cap layer 211, another metal layer may be provided instead of the Ta layer or the Ru layer. The configuration of the cap layer 211 is arbitrary. For example, a nonmagnetic material can be used for the cap layer 211. Other materials may be used for the cap layer 211 as long as the layer provided under the cap layer 211 can be protected.
磁化自由層２１０にホウ素を含有する磁性材料を用いる場合、ホウ素の拡散を防ぐために、図示しない酸化物材料や窒化物材料の拡散防止層を磁化自由層２１０とキャップ層２１１との間に設けても良い。酸化物層または窒化物層からなる拡散防止層を用いることにより、磁化自由層２１０に含まれるホウ素の拡散を抑制し、磁化自由層２１０のアモルファス構造を保つことができる。拡散防止層に用いる酸化物材料や窒化物材料として、具体的には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａなどの元素を含む酸化物材料や窒化物材料を用いることができる。ここで、拡散防止層は、磁気抵抗効果には寄与しない層のため、その面積抵抗は低いほうが好ましい。例えば、拡散防止層の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層の面積抵抗よりも低く設定することが好ましい。拡散防止層の面積抵抗を下げる観点では、バリアハイトの低いＭｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａの酸化物または窒化物が好ましい。ホウ素の拡散を抑制する機能としては、より化学結合の強い酸化物のほうが好ましい。例えば、１．５ｎｍのＭｇＯを用いることができる。また、酸窒化物は酸化物か窒化物のいずれかと見なすことができる。
When a magnetic material containing boron is used for the magnetization free layer 210, a diffusion prevention layer of an oxide material or a nitride material (not shown) is provided between the magnetization free layer 210 and the cap layer 211 in order to prevent boron diffusion. Also good. By using a diffusion prevention layer made of an oxide layer or a nitride layer, diffusion of boron contained in the magnetization free layer 210 can be suppressed, and the amorphous structure of the magnetization free layer 210 can be maintained. Specific examples of oxide materials and nitride materials used for the diffusion prevention layer include Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and Ru. An oxide material or a nitride material containing an element such as Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Sn, Cd, or Ga can be used. Here, since the diffusion preventing layer is a layer that does not contribute to the magnetoresistive effect, the sheet resistance is preferably low. For example, the sheet resistance of the diffusion preventing layer is preferably set lower than the sheet resistance of the intermediate layer contributing to the magnetoresistance effect. From the viewpoint of reducing the sheet resistance of the diffusion prevention layer, Mg, Ti, V, Zn, Sn, Cd, and Ga oxides or nitrides having a low barrier height are preferable. As a function of suppressing the diffusion of boron, an oxide having a stronger chemical bond is preferable. For example, 1.5 nm MgO can be used. The oxynitride can be regarded as either an oxide or a nitride.
拡散防止層に酸化物材料、窒化物材料を用いる場合、拡散防止層の膜厚は、ホウ素の拡散防止機能を十分に発揮する観点で０．５ｎｍ以上が好ましく、面積抵抗を低くする観点で５ｎｍ以下が好ましい。つまり、拡散防止層の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。
When an oxide material or a nitride material is used for the diffusion prevention layer, the thickness of the diffusion prevention layer is preferably 0.5 nm or more from the viewpoint of sufficiently exhibiting the boron diffusion prevention function, and 5 nm from the viewpoint of reducing the sheet resistance. The following is preferred. That is, the thickness of the diffusion preventing layer is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, and more preferably 1 nm or more and 3 nm or less.
拡散防止層として、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくともいずれかを用いることができる。拡散防止層として、これらの軽元素を含む材料を用いることができる。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。拡散防止層と磁化自由層２１０との界面を含む部分に、例えば、Ｍｇ−Ｂ化合物、Ａｌ−Ｂ化合物、及び、Ｓｉ−Ｂ化合物の少なくともいずれかが形成される。これらの化合物が、ホウ素の拡散を抑制する。
As the diffusion preventing layer, at least one selected from the group consisting of magnesium (Mg), silicon (Si), and aluminum (Al) can be used. As the diffusion preventing layer, a material containing these light elements can be used. These light elements combine with boron to form a compound. For example, at least one of an Mg—B compound, an Al—B compound, and an Si—B compound is formed in a portion including the interface between the diffusion prevention layer and the magnetization free layer 210. These compounds suppress the diffusion of boron.
拡散防止層と磁化自由層２１０との間に他の金属層などが挿入されていてもよい。ただし、拡散防止層と磁化自由層２１０との距離が離れすぎていると、その間でホウ素が拡散して磁化自由層２１０中のホウ素濃度が下がってしまうため、拡散防止層と磁化自由層２１０との間の距離は、１０ｎｍ以下が好ましく３ｎｍ以下がさらに好ましい。
Another metal layer or the like may be inserted between the diffusion prevention layer and the magnetization free layer 210. However, if the distance between the diffusion prevention layer and the magnetization free layer 210 is too large, boron diffuses between them and the boron concentration in the magnetization free layer 210 decreases, so that the diffusion prevention layer and the magnetization free layer 210 The distance between is preferably 10 nm or less, and more preferably 3 nm or less.
図１１は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｂを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｂは、歪検出素子２００Ａと異なり、中間層２０３と第１の磁性層２０１との間に、第３の磁性層２５１を有してなる。即ち、図１１に示す通り、歪検出素子２００Ｂは、下部電極２０４と、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）と、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１と、上部電極２１２とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。第２磁化自由層２４１は、第３の磁性層２５１に相当する。第１磁化自由層２４２は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図１１に示す歪検出素子２００Ｂの第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図８（ａ）に示す構造と同様である。
FIG. 11 is a schematic perspective view showing another configuration example 200B of the strain detection element 200. FIG. Unlike the strain detection element 200A, the strain detection element 200B includes a third magnetic layer 251 between the intermediate layer 203 and the first magnetic layer 201. That is, as shown in FIG. 11, the strain sensing element 200B includes a lower electrode 204, an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 ( Second magnetic layer 202), intermediate layer 203, second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251), first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201), cap layer 211, The upper electrode 212 is laminated in order. The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The second magnetization free layer 241 corresponds to the third magnetic layer 251. The first magnetization free layer 242 corresponds to the first magnetic layer 201. In addition, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251), and the first magnetization free layer of the strain sensing element 200B shown in FIG. The planar shape of 242 (first magnetic layer 201) is the same as the structure shown in FIG.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第２磁化固定層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第２磁化自由層２４１には、例えば、１．５ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。第１磁化自由層２４２には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of the Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nanometers (nm). The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the second magnetization fixed layer 207, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the magnetic coupling layer 208, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the second magnetization free layer 241, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 1.5 nm is used. For the first magnetization free layer 242, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
図１１に示す歪検出素子２００Ｂにおいては、第２磁化自由層２４１の平面寸法が、第１磁化固定層２０９と同様である。ここで、第２磁化自由層２４１は第１磁化自由層２４２と磁気結合し、磁化自由層として機能させることができる。ここで、第２磁化自由層２４１は第１磁化固定層２０９と同様に第１磁化自由層２４２よりも小さい素子寸法とされているが、相対的に寸法が大きく磁化の乱れの少ない第１の磁性層２４２の中央領域と接続して磁気結合しているため、第２磁化自由層２４１の磁化の乱れも少なくすることができる。よって、本実施形態の効果を得ることができる。図１１に示す歪検出素子２００Ｂを用いた場合、後述するように、磁化固定層／中間層／磁化自由層の積層構造の中で、ＭＲ効果に寄与の大きい中間層２０３近傍の積層構造を真空中で一貫して製造することが可能なため、高いＭＲ変化率を得る観点において好ましい。
In the strain sensing element 200B shown in FIG. 11, the planar dimension of the second magnetization free layer 241 is the same as that of the first magnetization fixed layer 209. Here, the second magnetization free layer 241 can be magnetically coupled to the first magnetization free layer 242 and function as a magnetization free layer. Here, the second magnetization free layer 241 has an element size smaller than that of the first magnetization free layer 242 as in the case of the first magnetization fixed layer 209. However, the first magnetization free layer 241 has a relatively large size and less magnetization disturbance. Since the magnetic layer 242 is connected to the central region and magnetically coupled, the magnetization disorder of the second magnetization free layer 241 can be reduced. Therefore, the effect of this embodiment can be acquired. When the strain sensing element 200B shown in FIG. 11 is used, as will be described later, the laminated structure in the vicinity of the intermediate layer 203 that greatly contributes to the MR effect in the laminated structure of the magnetization fixed layer / intermediate layer / magnetization free layer is vacuumed. It is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR change rate because it can be manufactured consistently.
ここで、第２磁化自由層２４１に用いる材料は、前述した磁化自由層２１０（図１０）に用いる材料と同様のものを用いることができる。第２磁化自由層２４１の膜厚は、厚くしすぎると、第１磁化自由層２４２との磁気結合による磁化の乱れの低減効果が弱まるため、４ｎｍ以下とすることが好ましく、２ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。また、第１磁化自由層２４２に用いる材料は、前述した磁化自由層２１０（図１０）に用いる材料と同様のものを用いることができる。その他の各層の材料は、歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
Here, the material used for the second magnetization free layer 241 may be the same as the material used for the magnetization free layer 210 (FIG. 10) described above. If the thickness of the second magnetization free layer 241 is too large, the effect of reducing magnetization disturbance due to magnetic coupling with the first magnetization free layer 242 is weakened, and therefore it is preferably 4 nm or less. Is more preferable. Further, the material used for the first magnetization free layer 242 can be the same as the material used for the magnetization free layer 210 (FIG. 10) described above. As the materials of the other layers, the same materials as those of the strain detection element 200A can be used.
図１２は、歪検出素子２００Ａの構成例を示す模式的な斜視図である。図１２に例示したように、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と上部電極２１２との間に充填された絶縁層（絶縁部分）２１３を備えていても良い。
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a configuration example of the strain detection element 200A. As illustrated in FIG. 12, the strain detection element 200 </ b> A may include an insulating layer (insulating portion) 213 filled between the lower electrode 204 and the upper electrode 212.
絶縁層２１３には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）などを用いることができる。絶縁層２１３により、歪検出素子２００Ａのリーク電流を抑制することができる。
For the insulating layer 213, for example, aluminum oxide (for example, Al 2 O 3 ), silicon oxide (for example, SiO 2 ), or the like can be used. The insulating layer 213 can suppress the leakage current of the strain detection element 200A.
図１３は、歪検出素子２００Ａの他の構成例を示す模式的な斜視図である。図１３に例示したように、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と上部電極２１２との間に、互いに離間して設けられた２つのハードバイアス層（ハードバイアス部分）２１４と、下部電極２０４、上部電極２１２及びハードバイアス層２１４の間に充填された絶縁層２１３を備えていても良い。
FIG. 13 is a schematic perspective view showing another configuration example of the strain detection element 200A. As illustrated in FIG. 13, the strain detection element 200 </ b> A includes two hard bias layers (hard bias portions) 214 provided apart from each other between the lower electrode 204 and the upper electrode 212, the lower electrode 204, An insulating layer 213 filled between the upper electrode 212 and the hard bias layer 214 may be provided.
ハードバイアス層２１４は、ハードバイアス層２１４の磁化により、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定する。ハードバイアス層２１４により、外部からの圧力が膜部に印加されていない状態において、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定できる。
The hard bias layer 214 sets the magnetization direction of the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) to a desired direction by the magnetization of the hard bias layer 214. With the hard bias layer 214, the magnetization direction of the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) can be set to a desired direction in a state where no external pressure is applied to the film part.
ハードバイアス層２１４には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などが用いられてもよい。このような材料を用いる場合、ハードバイアス層２１４の磁化の方向は、ハードバイアス層２１４の保磁力よりも大きい外部磁界を加えることで、外部磁界を加えた方向に設定（固定）することができる。ハードバイアス層２１４の厚さ（例えば、下部電極２０４から上部電極に向かう方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
For the hard bias layer 214, for example, a hard magnetic material having a relatively high magnetic anisotropy and coercive force such as Co—Pt, Fe—Pt, Co—Pd, and Fe—Pd is used. Alternatively, an alloy obtained by further adding an additive element to Co—Pt, Fe—Pt, Co—Pd, or Fe—Pd may be used. For example, CoPt (ratio of Co is, 50at.% Or more 85 at.% Or less), (Co x Pt 100- x) 100-y Cr y (x is 50at.% Or more 85 at.% Or less, y is 0 atomic.% Or more 40 at.% Or less) or FePt (the ratio of Pt is 40 at.% Or more and 60 at.% Or less) may be used. When such a material is used, the magnetization direction of the hard bias layer 214 can be set (fixed) in the direction in which the external magnetic field is applied by applying an external magnetic field larger than the coercive force of the hard bias layer 214. . The thickness of the hard bias layer 214 (for example, the length along the direction from the lower electrode 204 toward the upper electrode) is, for example, 5 nm or more and 50 nm or less.
下部電極２０４と上部電極２１２の間に絶縁層２１３を配置する場合、絶縁層２１３の材料として、ＳｉＯｘやＡｌＯｘを用いることができる。さらに、絶縁層２１３とハードバイアス層２１４の間に、図示しない下地層を設けてもよい。ハードバイアス層２１４にＣｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料を用いる場合には、ハードバイアス層２１４用の下地層の材料として、ＣｒやＦｅ−Ｃｏなどを用いることができる。上記のハードバイアス層２１４は、後述するいずれの歪検出素子にも適用できる。
When the insulating layer 213 is disposed between the lower electrode 204 and the upper electrode 212, SiO x or AlO x can be used as the material of the insulating layer 213. Further, a base layer (not shown) may be provided between the insulating layer 213 and the hard bias layer 214. When a hard magnetic material having a relatively high magnetic anisotropy and coercive force such as Co—Pt, Fe—Pt, Co—Pd, and Fe—Pd is used for the hard bias layer 214, an underlayer for the hard bias layer 214 is used. As the material, Cr, Fe-Co, or the like can be used. The hard bias layer 214 can be applied to any strain detection element described later.
ハードバイアス層２１４は、図示しないハードバイアス層用ピニング層に積層された構造を有していてもよい。この場合、ハードバイアス層２１４とハードバイアス層用ピニング層の交換結合により、ハードバイアス層２１４の磁化の方向を設定（固定）できる。この場合、ハードバイアス層２１４には、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金からなる強磁性材料を用いることができる。この場合、ハードバイアス層２１４には、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いることができる。ハードバイアス層２１４として、前述した第１磁化固定層２０９と同様の材料を用いることができる。また、ハードバイアス層用ピニング層には、前述した歪検出素子２００Ａ中のピニング層２０６と同様の材料を用いることができる。また、ハードバイアス層用ピニング層を設ける場合、下地層２０５に用いる材料と同様の下地層をハードバイアス層用ピニング層の下に設けても良い。また、ハードバイアス層用ピニング層は、ハードバイアス層の下部に設けても良いし、上部に設けても良い。この場合のハードバイアス層２１４の磁化方向は、ピニング層２０６と同様に、磁界中熱処理により決定することができる。
The hard bias layer 214 may have a structure laminated on a hard bias layer pinning layer (not shown). In this case, the magnetization direction of the hard bias layer 214 can be set (fixed) by exchange coupling of the hard bias layer 214 and the hard bias layer pinning layer. In this case, the hard bias layer 214 can be made of a ferromagnetic material made of at least one of Fe, Co, and Ni, or an alloy containing at least one of these. In this case, the hard bias layer 214 includes, for example, a Co x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or less), a Ni x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at .% Or less). ) Or a material obtained by adding a nonmagnetic element to these. As the hard bias layer 214, a material similar to that of the first magnetization fixed layer 209 described above can be used. For the hard bias layer pinning layer, the same material as the pinning layer 206 in the strain detection element 200A described above can be used. In the case of providing a hard bias layer pinning layer, an underlayer similar to the material used for the underlayer 205 may be provided under the hard bias layer pinning layer. Further, the pinning layer for the hard bias layer may be provided in the lower part of the hard bias layer or in the upper part. In this case, the magnetization direction of the hard bias layer 214 can be determined by a heat treatment in a magnetic field, like the pinning layer 206.
上記のハードバイアス層２１４及び絶縁層２１３は、本実施の形態に記載する歪検出素子２００Ａのいずれにも適用できる。また、上述したようなハードバイアス層２１４とハードバイアス層用ピニング層の積層構造を用いた場合、瞬間的に大きい外部磁界がハードバイアス層２１４に加わった場合においても、ハードバイアス層２１４の磁化の向きを容易に保持することが出来る。
The hard bias layer 214 and the insulating layer 213 can be applied to any of the strain detection elements 200A described in this embodiment. Further, when the stacked structure of the hard bias layer 214 and the hard bias layer pinning layer as described above is used, the magnetization of the hard bias layer 214 can be obtained even when a large external magnetic field is momentarily applied to the hard bias layer 214. The orientation can be easily maintained.
図１４は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｃを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｃは、歪検出素子２００Ａと異なり、トップスピンバルブ型の構造を有している。即ち、図１４に示す通り、歪検出素子２００Ｃは、下部電極２０４と、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１と、上部電極２１２とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図１４に示す歪検出素子２００Ｃの第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図６（ｃ）に示す構造と同様である。図１４に示す歪検出素子２００Ｃにおいても、図６（ｂ）、図７（ａ）に示す第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。また、図８（ｂ）に示す様な第３の磁性層２５１を加えた構造を用いても良い。
FIG. 14 is a schematic perspective view showing another configuration example 200 </ b> C of the strain detection element 200. Unlike the strain detection element 200A, the strain detection element 200C has a top spin valve type structure. That is, as shown in FIG. 14, the strain detection element 200C includes a lower electrode 204, an underlayer 205, a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), an intermediate layer 203, and a first magnetization fixed layer 209 ( The second magnetic layer 202), the magnetic coupling layer 208, the second magnetization fixed layer 207, the pinning layer 206, the cap layer 211, and the upper electrode 212 are laminated in order. The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. Further, the planar shapes of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200C shown in FIG. The structure is the same as that shown in c). Also in the strain sensing element 200C shown in FIG. 14, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first) shown in FIGS. 6B and 7A. The planar shape of the magnetic layer 201) may be used. Further, a structure in which a third magnetic layer 251 as shown in FIG. 8B is added may be used.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｃｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＣｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第２磁化固定層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For the underlayer 205, for example, Ta / Cu is used. The thickness of this Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nm. The thickness of this Cu layer is 5 nm, for example. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 50 Co 50 is used. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 50 Co 50 layer is, for example, 1 nm. For the magnetic coupling layer 208, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the second magnetization fixed layer 207, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
前述したボトムスピンバルブ型の歪検出素子２００Ａにおいては、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）よりも下（−Ｚ軸方向）に形成されている。これに対し、トップスピンバルブ型の歪検出素子２００Ｃにおいては、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）よりも上（＋Ｚ軸方向）に形成されている。従って、歪検出素子２００Ｃに含まれる各層の材料は、歪検出素子２００Ａに含まれる各層の材料を上下反転させて用いることができる。また、上述した拡散防止層を、歪検出素子２００Ｃの下地層２０５と磁化自由層２１０の間に設けることができる。
In the above-described bottom spin valve type strain sensing element 200A, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) is below the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) (−Z-axis direction). Is formed. On the other hand, in the top spin valve type strain sensing element 200C, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) is higher than the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) (in the + Z-axis direction). ). Therefore, the material of each layer included in the strain detection element 200C can be used by inverting the material of each layer included in the strain detection element 200A. Further, the above-described diffusion prevention layer can be provided between the base layer 205 and the magnetization free layer 210 of the strain detection element 200C.
図１５は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｄを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｄは、単一の磁化固定層を用いたシングルピン構造が適用されている。即ち、図１５に示す通り、歪検出素子２００Ｄは、下部電極２０４と、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図１５に示す歪検出素子２００Ｄの第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２に示す構造と同様である。図１５に示す歪検出素子２００Ｄにおいても、図６（ａ）、図７（ｃ）に示す第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。また、図８（ａ）に示す様な第３の磁性層２５１を加えた構造を用いても良い。
FIG. 15 is a schematic perspective view showing another configuration example 200 </ b> D of the strain detection element 200. The strain detection element 200D has a single pin structure using a single magnetization fixed layer. That is, as shown in FIG. 15, the strain detection element 200D includes a lower electrode 204, an underlayer 205, a pinning layer 206, a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, A magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) and a cap layer 211 are sequentially stacked. The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. The planar shapes of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200D shown in FIG. It is the same as the structure shown. Also in the strain sensing element 200D shown in FIG. 15, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first) shown in FIGS. 6 (a) and 7 (c). The planar shape of the magnetic layer 201) may be used. Further, a structure in which a third magnetic layer 251 as shown in FIG. 8A is added may be used.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of this Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nm. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
歪検出素子２００Ｄの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
The material of each layer of the strain detection element 200D can be the same as the material of each layer of the strain detection element 200A.
図１６は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｅを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｅにおいては、第２の磁性層２０２を磁化固定層ではなく参照層２５２として機能させる。即ち、図１６に示す通り、歪検出素子２００Ｅは、下部電極２０４と、下地層２０５と、参照層２５２（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図１６に示す歪検出素子２００Ｅの参照層２５２（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２に示す構造と同様である。図１６に示す歪検出素子２００Ｅにおいても、図６（ａ）、図７（ｃ）に示す参照層２５２（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。また、図８（ａ）に示す様な第３の磁性層２５１を加えた構造を用いても良い。
FIG. 16 is a schematic perspective view showing another configuration example 200E of the strain detection element 200. FIG. In the strain detection element 200E, the second magnetic layer 202 functions as a reference layer 252 instead of a magnetization fixed layer. That is, as shown in FIG. 16, the strain detection element 200E includes a lower electrode 204, a base layer 205, a reference layer 252 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 210). A magnetic layer 201) and a cap layer 211 are sequentially laminated. The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. The planar shape of the reference layer 252 (second magnetic layer 202), intermediate layer 203, and magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200E shown in FIG. 16 is the same as that shown in FIG. It is the same. Also in the strain sensing element 200E shown in FIG. 16, the reference layer 252 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer) shown in FIGS. 6 (a) and 7 (c). 201) may be used. Further, a structure in which a third magnetic layer 251 as shown in FIG. 8A is added may be used.
下地層２０５には、例えば、Ｃｒが用いられる。このＣｒ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、５ｎｍである。参照層２５２には、例えば、１０ｎｍの厚さのＣｏ８０Ｐｔ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For the underlayer 205, for example, Cr is used. The thickness (length in the Z-axis direction) of this Cr layer is, for example, 5 nm. For the reference layer 252, for example, a Co 80 Pt 20 layer having a thickness of 10 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
ここで、参照層２５２に用いる材料は、磁化自由層２１０に用いる材料に対して、同一の歪に対する磁化方向の変化の態様が異なる様に選定することができる。例えば、参照層２５２は磁化自由層２１０に比べて歪に対する磁化の変化が起こりにくい材料を用いることができる。
Here, the material used for the reference layer 252 can be selected so that the change in the magnetization direction with respect to the same strain is different from the material used for the magnetization free layer 210. For example, the reference layer 252 can be made of a material that hardly changes in magnetization with respect to strain as compared with the magnetization free layer 210.
参照層２５２には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。磁気異方性の高いハード磁性材料を用いることで、磁化自由層に比べて歪に対する磁化の変化が起こりにくい、もしくは殆ど起こらない参照層を得ることができる。例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などが用いられてもよい。このような材料を用いる場合、参照層２５２の磁化の方向は、参照層２５２の保磁力よりも大きい外部磁界を加えることで、外部磁界を加えた方向に設定（固定）することができる。参照層２５２の厚さ（例えば、下部電極から上部電極に向かう方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
For the reference layer 252, for example, a hard magnetic material having a relatively high magnetic anisotropy and coercive force such as Co—Pt, Fe—Pt, Co—Pd, and Fe—Pd is used. Alternatively, an alloy obtained by further adding an additive element to Co—Pt, Fe—Pt, Co—Pd, or Fe—Pd may be used. By using a hard magnetic material having high magnetic anisotropy, it is possible to obtain a reference layer in which the change in magnetization with respect to strain hardly occurs or hardly occurs as compared with the magnetization free layer. For example, CoPt (ratio of Co is, 50at.% Or more 85 at.% Or less), (Co x Pt 100- x) 100-y Cr y (x is 50at.% Or more 85 at.% Or less, y is 0 atomic.% Or more 40 at.% Or less) or FePt (the ratio of Pt is 40 at.% To 60 at.%) May be used. When such a material is used, the magnetization direction of the reference layer 252 can be set (fixed) in the direction in which the external magnetic field is applied by applying an external magnetic field larger than the coercive force of the reference layer 252. The thickness of the reference layer 252 (for example, the length along the direction from the lower electrode to the upper electrode) is, for example, 5 nm or more and 50 nm or less.
例えば、参照層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金からなる強磁性材料を用いることができる。この場合、参照層には、磁歪定数の低い強磁性材料を用いることができる。磁歪定数の低い強磁性材料を用いることで、磁気異方性があまり高い材料でなくとも、磁化自由層に比べて歪に対する磁化の変化が起こりにくい、もしくは殆ど起こらない参照層を得ることができる。
For example, for the reference layer, a ferromagnetic material made of an alloy containing at least one of Fe, Co, and Ni, or at least one of them can be used. In this case, a ferromagnetic material having a low magnetostriction constant can be used for the reference layer. By using a ferromagnetic material having a low magnetostriction constant, it is possible to obtain a reference layer in which the change of magnetization with respect to strain hardly occurs or hardly occurs even when the material has not a very high magnetic anisotropy. .
歪検出素子２００Ｅのその他の各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
The material of each of the other layers of the strain detection element 200E can be the same as the material of each layer of the strain detection element 200A.
図１７は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｆを示す模式的な斜視図である。図１７に示す通り、歪検出素子２００Ｆにおいては、第１の磁性層２０１の上下に、中間層２０３を介して第２の磁性層２０２が形成されている。即ち、図１７に示す通り、歪検出素子２００Ｆは、下部電極２０４と、下地層２０５と、下部ピニング層２２１と、下部第２磁化固定層２２２と、下部磁気結合層２２３と、下部第１磁化固定層２２４と、下部中間層２２５と、磁化自由層２２６と、上部中間層２２７と、上部第１磁化固定層２２８と、上部磁気結合層２２９と、上部第２磁化固定層２３０と、上部ピニング層２３１と、キャップ層２１１と、上部電極２１２とを順に積層してなる。下部第１磁化固定層２２４及び上部第１磁化固定層２２８は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２２６は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図１７に示す歪検出素子２００Ｆの下部第１磁化固定層２２４（第２の磁性層２０２）と、下部中間層２２５（中間層２０３）と、磁化自由層２２６（第１の磁性層２０１）と、上部中間層２２７（中間層２０３）と、上部第１磁化固定層２２８（第２の磁性層２０２）の平面形状は、図６（ｄ）及び図６（ｅ）に示す構造を組み合わせたものである。
FIG. 17 is a schematic perspective view showing another configuration example 200F of the strain detection element 200. FIG. As shown in FIG. 17, in the strain sensing element 200 </ b> F, the second magnetic layer 202 is formed above and below the first magnetic layer 201 via the intermediate layer 203. That is, as shown in FIG. 17, the strain detection element 200F includes a lower electrode 204, an underlayer 205, a lower pinning layer 221, a lower second magnetization fixed layer 222, a lower magnetic coupling layer 223, and a lower first magnetization. Fixed layer 224, lower intermediate layer 225, magnetization free layer 226, upper intermediate layer 227, upper first magnetization fixed layer 228, upper magnetic coupling layer 229, upper second magnetization fixed layer 230, and upper pinning The layer 231, the cap layer 211, and the upper electrode 212 are sequentially stacked. The lower first magnetization fixed layer 224 and the upper first magnetization fixed layer 228 correspond to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 226 corresponds to the first magnetic layer 201. In addition, the lower first magnetization fixed layer 224 (second magnetic layer 202), the lower intermediate layer 225 (intermediate layer 203), and the magnetization free layer 226 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200F shown in FIG. ), The upper intermediate layer 227 (intermediate layer 203), and the upper first magnetization fixed layer 228 (second magnetic layer 202) are combined in the structure shown in FIGS. 6D and 6E. It is a thing.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。下部ピニング層２２１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。下部第２磁化固定層２２２には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。下部磁気結合層２２３には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。下部第１磁化固定層２２４には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。下部中間層２２５には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２２６には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。上部中間層２２７には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。上部第１磁化固定層２２８には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。上部磁気結合層２２９には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。上部第２磁化固定層２３０には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。上部ピニング層２３１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of the Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nanometers (nm). The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the lower pinning layer 221, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the lower second magnetization fixed layer 222, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the lower magnetic coupling layer 223, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the lower first magnetization fixed layer 224, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the lower intermediate layer 225, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 226, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For the upper intermediate layer 227, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the upper first magnetization fixed layer 228, for example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 50 Co 50 is used. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 50 Co 50 layer is, for example, 1 nm. For the upper magnetic coupling layer 229, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the upper second magnetization fixed layer 230, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the upper pinning layer 231, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
歪検出素子２００Ｆの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
The material of each layer of the strain detection element 200F can be the same as the material of each layer of the strain detection element 200A.
次に、図１８及び図１９を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の製造方法について説明する。図１８及び図１９は、例えば図１０に示す歪検出素子２００Ａを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, a method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 18 and 19 are schematic cross-sectional views showing a state when the strain detection element 200A shown in FIG. 10 is manufactured, for example.
歪検出素子２００の製造に際しては、例えば図１８（ａ）に示す通り、基板１１０上に膜部１２０や、図示しない配線等を形成する事が出来る。次に、図１８（ｂ）に示す通り、膜部１２０上に絶縁層１２５及び下部電極２０４を形成する。例えば、絶縁層１２５として、ＳｉＯｘ（８０ｎｍ）を形成する。例えば、下部電極２０４として、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２００ｎｍ）／Ｔａ（３５ｎｍ）を形成する。この後に、下部電極２０４の最表面にＣＭＰ処理などの表面平滑化処理を行い、下部電極上に形成される構成を平坦にしても良い。ここで、膜部１２０の最表面が絶縁性を有する材料で構成されている場合には、絶縁層１２５の形成は必ずしも必要ではない。また、基板１１０自体を最終的に変形可能とする場合、基板１１０と別に膜部１２０を必ずしも設けなくともよい。
When manufacturing the strain sensing element 200, for example, as shown in FIG. 18A, a film portion 120, wiring not shown, or the like can be formed on the substrate 110. Next, as illustrated in FIG. 18B, the insulating layer 125 and the lower electrode 204 are formed on the film portion 120. For example, SiO x (80 nm) is formed as the insulating layer 125. For example, Ta (5 nm) / Cu (200 nm) / Ta (35 nm) is formed as the lower electrode 204. Thereafter, a surface smoothing process such as a CMP process may be performed on the outermost surface of the lower electrode 204 to flatten the structure formed on the lower electrode. Here, when the outermost surface of the film part 120 is made of an insulating material, the insulating layer 125 is not necessarily formed. Further, when the substrate 110 itself can be finally deformed, the film portion 120 is not necessarily provided separately from the substrate 110.
次に、図１８（ｃ）に示すように、下部電極２０４の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。さらに、下部電極２０４の周辺に絶縁層１２６の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層１２６を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層１２６として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 18C, the planar shape of the lower electrode 204 is processed. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Further, the insulating layer 126 is embedded and formed around the lower electrode 204. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 126 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. As the insulating layer 126, for example, SiO x , AlO x , SiN x, AlN x, or the like can be used.
次に、図１８（ｄ）に示す通り、下部電極２０４上に、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９と、中間キャップ層２６０とを順に積層する。例えば、下地層２０５として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）を形成する。その上にピニング層２０６として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に第２磁化固定層２０７／磁気結合層２０８／第１磁化固定層２０９として、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（８ｎｍ）を形成する。さらに中間キャップ層２６０として、ＭｇＯ（３ｎｍ）を形成する。ここで、中間キャップ層２６０と第１磁化固定層２０９の一部は後に説明する工程で除去される。
Next, as shown in FIG. 18D, on the lower electrode 204, the underlayer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, the first magnetization fixed layer 209, The intermediate cap layer 260 is laminated in order. For example, Ta (3 nm) / Ru (2 nm) is formed as the base layer 205. On top of that, IrMn (7 nm) is formed as a pinning layer 206. On top of that, Co 75 Fe 25 (2.5 nm) / Ru (0.9 nm) / Co 40 Fe 40 B 20 (8 nm) is used as the second magnetization fixed layer 207 / magnetic coupling layer 208 / first magnetization fixed layer 209. Form. Further, MgO (3 nm) is formed as the intermediate cap layer 260. Here, the intermediate cap layer 260 and a part of the first magnetization fixed layer 209 are removed in a process described later.
次に、図１８（ｅ）に示す通り、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、キャップ層２６０とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。
Next, as shown in FIG. 18E, the underlayer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, and the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Then, the cap layer 260 is removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、図１８（ｆ）に示すように、積層体の最表面の中間キャップ層２６０と第１磁化固定層２０９の一部、および絶縁層２１３の一部を除去する。この除去工程には、物理ミリングなどが実施される。例えば、ＡｒイオンミリングやＡｒプラズマを用いた基板バイアス処理を実施する。図１８（ｆ）に示す工程を、後に形成される磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）を含む積層体を成膜する装置内で行うことによって、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の最表面を清浄な状態として、真空中にて中間層の形成に移ることができる。例えば、中間キャップ層２６０のＭｇＯ（３ｎｍ）を完全に除去し、第１磁化固定層２０９のＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（８ｎｍ）のうち５ｎｍを除去した後、第１磁化固定層２０９としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 18F, the intermediate cap layer 260 and a part of the first magnetization fixed layer 209 on the outermost surface of the stacked body and a part of the insulating layer 213 are removed. For this removal step, physical milling or the like is performed. For example, substrate bias processing using Ar ion milling or Ar plasma is performed. The step shown in FIG. 18F is performed in an apparatus for forming a stack including the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) to be formed later, whereby the first magnetization fixed layer 209 (second The outermost surface of the magnetic layer 202) can be made clean to move to formation of the intermediate layer in a vacuum. For example, MgO (3 nm) of the intermediate cap layer 260 is completely removed, 5 nm of Co 40 Fe 40 B 20 (8 nm) of the first magnetization fixed layer 209 is removed, and then Co 40 is used as the first magnetization fixed layer 209. Fe 40 B 20 (3 nm) is formed.
次に、図１８（ｇ）に示す通り、第１磁化固定層２０９上に、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に、磁化自由層２１０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。尚、磁化自由層２１０とキャップ層２１１の間には、図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as illustrated in FIG. 18G, the intermediate layer 203, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the cap layer 211 are sequentially stacked on the first magnetization fixed layer 209. For example, MgO (1.6 nm) is formed as the intermediate layer 203. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the magnetization free layer 210. On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211. Note that MgO (1.5 nm) may be formed between the magnetization free layer 210 and the cap layer 211 as a diffusion prevention layer (not shown).
次に、図１８（ｈ）に示す通り、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。ここで、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）を含む積層体の平面寸法を、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）を含む積層体の平面寸法よりも大きく加工する。
Next, as shown in FIG. 18H, the intermediate layer 203, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the cap layer 211 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Here, the planar dimension of the stacked body including the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) is processed to be larger than the planar dimension of the stacked body including the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). .
次に、磁化自由層２１０を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, the insulating layer 213 is embedded and formed around the stacked body including the magnetization free layer 210. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図１８（ｄ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 18D in which the stacked body including the second magnetic layer 202 is formed.
次に、図１８（ｉ）に示す通り、絶縁層２１３中にハードバイアス層２１４を埋め込む。例えば、ハードバイアス層２１４を埋め込むためのホールを絶縁層２１３に形成する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。この工程において、ホールの形成は周辺の絶縁層２１３を貫通するところまで行っても良いし、途中で止めても良い。図１８（ｉ）ではホールの形成を途中で止めて、絶縁層２１３を貫通させない場合を例示している。ホールを、絶縁層２１３を貫通するところまでエッチングした場合には、図１８（ｉ）に示すハードバイアス層２１４の埋め込み工程において、ハードバイアス層２１４の下に図示しない絶縁層を成膜する必要がある。
Next, as shown in FIG. 18I, the hard bias layer 214 is embedded in the insulating layer 213. For example, a hole for embedding the hard bias layer 214 is formed in the insulating layer 213. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. In this step, the hole may be formed as far as it penetrates the peripheral insulating layer 213 or may be stopped halfway. FIG. 18I illustrates a case where the formation of holes is stopped halfway and the insulating layer 213 is not penetrated. When the holes are etched to penetrate the insulating layer 213, it is necessary to form an insulating layer (not shown) under the hard bias layer 214 in the step of filling the hard bias layer 214 shown in FIG. is there.
次に、形成したホールにハードバイアス層２１４を埋め込む。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面にハードバイアス層２１４を成膜し、その後レジストパターンを除去する。ここでは、例えば、ハードバイアス層用下地層として、Ｃｒ（５ｎｍ）を形成し、その上にハードバイアス層２１４として、例えば、Ｃｏ８０Ｐｔ２０（２０ｎｍ）を形成する。その上に、さらに図示しないキャップ層を形成しても良い。このキャップ層として、歪検出素子２００Ａのキャップ層に使用可能な材料として上述した材料を用いても良いし、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどの絶縁層を用いても良い。
Next, the hard bias layer 214 is embedded in the formed hole. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the hard bias layer 214 is formed on the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. Here, for example, Cr (5 nm) is formed as the base layer for the hard bias layer, and for example, Co 80 Pt 20 (20 nm) is formed as the hard bias layer 214 thereon. A cap layer (not shown) may be further formed thereon. As the cap layer, the above-described materials that can be used for the cap layer of the strain sensing element 200A may be used, or an insulating layer such as SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x may be used.
次に、室温で外部磁界を加えて、ハードバイアス層２１４に含まれるハード磁性材料の磁化方向の設定を行う。この外部磁界によるハードバイアス層２１４の磁化方向の設定は、ハードバイアス層２１４の埋め込み後であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, an external magnetic field is applied at room temperature to set the magnetization direction of the hard magnetic material included in the hard bias layer 214. The setting of the magnetization direction of the hard bias layer 214 by the external magnetic field may be performed at any timing as long as the hard bias layer 214 is embedded.
尚、図１８（ｉ）に示すハードバイアス層２１４の埋め込み工程は、図１８（ｈ）に示す絶縁層２１３の埋め込み工程で同時に行ってもよい。また、図１８（ｈ）に示すハードバイアス層２１４の埋め込み工程は必ずしも行わなくともよい。
Note that the embedding process of the hard bias layer 214 shown in FIG. 18I may be performed simultaneously with the embedding process of the insulating layer 213 shown in FIG. Further, the step of embedding the hard bias layer 214 shown in FIG.
次に、図１９（ｊ）に示す通り、キャップ層２１１上に、上部電極２１２を積層する。次に、図１９（ｋ）に示す通り、上部電極２１２を、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが行われる。
Next, as illustrated in FIG. 19J, the upper electrode 212 is stacked on the cap layer 211. Next, as shown in FIG. 19K, the upper electrode 212 is removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask.
次に、図１９（ｌ）に示す通り、上部電極２１２及びハードバイアス２１４を覆う保護層２１５を成膜する。例えば、保護層２１５として、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどの絶縁層を用いても良い。尚、保護層２１５は必ずしも設けなくともよい。
Next, as shown in FIG. 19L, a protective layer 215 that covers the upper electrode 212 and the hard bias 214 is formed. For example, an insulating layer such as SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x may be used as the protective layer 215. Note that the protective layer 215 is not necessarily provided.
尚、図１８（ａ）〜図１９（ｌ）では図示していないが、下部電極２０４や上部電極２１２へのコンタクトホールの形成を行っても良い。
Although not shown in FIGS. 18A to 19L, contact holes may be formed in the lower electrode 204 and the upper electrode 212.
次に、図２０及び図２１を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の製造方法について説明する。図２０及び図２１は、例えば図１１に示す歪検出素子２００Ｂを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, another method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 20 and 21 are schematic cross-sectional views showing a state when the strain detection element 200B shown in FIG. 11 is manufactured, for example.
本製造方法は、図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する上記方法と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 18A to 18C are performed in the same manner as the above-described method for manufacturing the strain detection element 200A.
次に、図２０（ａ）に示す通り、下部電極２０４上に、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）と、中間キャップ層２６０とを順に積層する。例えば、下地層２０５として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）を形成する。その上にピニング層２０６として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に第２磁化固定層２０７／磁気結合層２０８／第１磁化固定層２０９として、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）を形成する。その上に中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に、さらに中間キャップ層２６０として、ＭｇＯ（３ｎｍ）を形成する。ここで、中間キャップ層２６０と第２磁化自由層２４１の一部は後に説明する工程で除去される。
Next, as shown in FIG. 20A, on the lower electrode 204, an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, a first magnetization fixed layer 209, The intermediate layer 203, the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251), and the intermediate cap layer 260 are sequentially stacked. For example, Ta (3 nm) / Ru (2 nm) is formed as the base layer 205. On top of that, IrMn (7 nm) is formed as a pinning layer 206. Further, Co 75 Fe 25 (2.5 nm) / Ru (0.9 nm) / Co 40 Fe 40 B 20 (3 nm) is used as the second magnetization fixed layer 207 / magnetic coupling layer 208 / first magnetization fixed layer 209. Form. On top of that, MgO (1.6 nm) is formed as an intermediate layer 203. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251). On top of that, MgO (3 nm) is further formed as an intermediate cap layer 260. Here, the intermediate cap layer 260 and a part of the second magnetization free layer 241 are removed in a process described later.
次に、図２０（ｂ）に示す通り、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）と、キャップ層２６０とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。
Next, as shown in FIG. 20B, the underlayer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, and the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Then, the intermediate layer 203, the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251), and the cap layer 260 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、図２０（ｃ）に示すように、積層体の最表面の中間キャップ層２６０と第２磁化自由層２４１の一部、および絶縁層２１３の一部を除去する。この除去工程には、物理ミリングなどが実施される。例えば、ＡｒイオンミリングやＡｒプラズマを用いた基板バイアス処理を実施する。図２０（ｃ）に示す工程を、後に形成される第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）を含む積層体を成膜する装置内で行うことによって、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の最表面を清浄な状態として、真空中にて中間層の形成に移ることができる。例えば、中間キャップ層２６０のＭｇＯ（３ｎｍ）を完全に除去し、第２磁化自由層２４１のＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）のうち３ｎｍを除去した後、第２磁化自由層２４１としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（１ｎｍ）を形成する。
Next, as shown in FIG. 20C, the intermediate cap layer 260 and a part of the second magnetization free layer 241 on the outermost surface of the stacked body and a part of the insulating layer 213 are removed. For this removal step, physical milling or the like is performed. For example, substrate bias processing using Ar ion milling or Ar plasma is performed. The step shown in FIG. 20C is performed in an apparatus for forming a stacked body including the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) to be formed later, whereby the first magnetization fixed layer 209 ( With the outermost surface of the second magnetic layer 202) being in a clean state, the intermediate layer can be formed in a vacuum. For example, MgO (3 nm) in the intermediate cap layer 260 is completely removed, 3 nm is removed from Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) in the second magnetization free layer 241, and then Co 40 is used as the second magnetization free layer 241. Fe 40 B 20 (1 nm) is formed.
次に、図２０（ｄ）に示す通り、第２磁化自由層２４１上に、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。尚、磁化自由層２１０とキャップ層２１１の間には、図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as illustrated in FIG. 20D, the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) and the cap layer 211 are sequentially stacked on the second magnetization free layer 241. For example, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201). On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211. Note that MgO (1.5 nm) may be formed between the magnetization free layer 210 and the cap layer 211 as a diffusion prevention layer (not shown).
次に、図２０（ｅ）に示す通り、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。ここで、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）を含む積層体の平面寸法を、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）を含む積層体の平面寸法よりも大きく加工する。
Next, as shown in FIG. 20E, the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) and the cap layer 211 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Here, the planar dimension of the stacked body including the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) is larger than the planar dimension of the stacked body including the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Process.
次に、第１磁化自由層２４２を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization free layer 242. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図２０（ａ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 20A in which the stacked body including the second magnetic layer 202 is formed.
以下、図２０（ｆ）及び図２１に示す通り、図１８（ｉ）及び図１９を参照して説明した工程とほぼ同様の工程によって、図１１に示した歪検出素子２００Ｂを製造する事が可能である。このような製造方法を用いた場合、図２０（ａ）を参照して説明した工程においては、ＭＲ効果に重要な影響を与える中間層２０３近傍の積層構造（第１磁化固定層２０９、中間層２０３及び第２磁化自由層２４１）を真空中で一貫して成膜できるため、高いＭＲ変化率を得る観点から好ましい。
In the following, as shown in FIGS. 20F and 21, the strain detection element 200B shown in FIG. 11 may be manufactured by a process substantially similar to the process described with reference to FIGS. Is possible. When such a manufacturing method is used, in the process described with reference to FIG. 20A, a laminated structure (the first magnetization fixed layer 209, the intermediate layer) in the vicinity of the intermediate layer 203 that significantly affects the MR effect. 203 and the second magnetization free layer 241) can be formed consistently in a vacuum, which is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR ratio.
次に、図２２及び図２３を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の製造方法について説明する。図２２及び図２３は、例えば図１４に示す歪検出素子２００Ｃを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, another method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 22 and 23 are schematic cross-sectional views showing a state when the strain detecting element 200C shown in FIG. 14 is manufactured, for example.
本製造方法は、図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する上記方法と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 18A to 18C are performed in the same manner as the above-described method for manufacturing the strain detection element 200A.
次に、図２２（ａ）に示す通り、下部電極２０４上に、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、中間キャップ層２６０とを順に積層する。例えば、下地層２０５として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５ｎｍ）を形成する。その上に磁化自由層２１０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（８ｎｍ）を形成する。その上に、さらに中間キャップ層２６０として、ＭｇＯ（３ｎｍ）を形成する。ここで、中間キャップ層２６０と磁化自由層２１０の一部は後に説明する工程で除去される。ここで、磁化自由層２１０と下地層２０５の間に図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as illustrated in FIG. 22A, the base layer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the intermediate cap layer 260 are sequentially stacked on the lower electrode 204. For example, Ta (3 nm) / Cu (5 nm) is formed as the base layer 205. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (8 nm) is formed as the magnetization free layer 210. On top of that, MgO (3 nm) is further formed as an intermediate cap layer 260. Here, a part of the intermediate cap layer 260 and the magnetization free layer 210 is removed in a process described later. Here, MgO (1.5 nm) may be formed as a diffusion prevention layer (not shown) between the magnetization free layer 210 and the underlayer 205.
次に、図２２（ｂ）に示す通り、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、中間キャップ層２６０とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。
Next, as shown in FIG. 22B, the base layer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the intermediate cap layer 260 are removed except for a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed.
次に、磁化自由層２１０を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, the insulating layer 213 is embedded and formed around the stacked body including the magnetization free layer 210. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、図２２（ｃ）に示すように、積層体の最表面の中間キャップ層２６０と磁化自由層２１０の一部、および絶縁層２１３の一部を除去する。この除去工程には、物理ミリングなどが実施される。例えば、ＡｒイオンミリングやＡｒプラズマを用いた基板バイアス処理を実施する。図２２（ｃ）に示す工程を、後に形成される中間層２０３と第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）を含む積層体を成膜する装置内で行うことによって、磁化自由層２１０の最表面を清浄な状態として、真空中にて中間層の形成に移ることができる。例えば、中間キャップ層２６０のＭｇＯ（３ｎｍ）を完全に除去し、磁化自由層２１０のＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（８ｎｍ）のうち４ｎｍを除去することで、磁化自由層２１０としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。
Next, as shown in FIG. 22C, a part of the intermediate cap layer 260 and the magnetization free layer 210 on the outermost surface of the stacked body and a part of the insulating layer 213 are removed. For this removal step, physical milling or the like is performed. For example, substrate bias processing using Ar ion milling or Ar plasma is performed. The step shown in FIG. 22C is performed in an apparatus for forming a stacked body including the intermediate layer 203 and the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) to be formed later, so that the magnetization free layer is formed. The outermost surface of 210 can be made into a clean state, and it can move to formation of an intermediate layer in a vacuum. For example, MgO (3 nm) in the intermediate cap layer 260 is completely removed, and 4 nm of Co 40 Fe 40 B 20 (8 nm) in the magnetization free layer 210 is removed, whereby the Co 40 Fe 40 B is formed as the magnetization free layer 210. 20 (4 nm) is formed.
次に、図２２（ｄ）に示す通り、磁化自由層２１０上に、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）磁気結合層２０８／第２磁化固定層２０７として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｆｅ５０Ｃｏ５０（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）を形成する。その上にピニング層２０６として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。
Next, as shown in FIG. 22D, the intermediate layer 203, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the magnetic coupling layer 208, and the second magnetization fixed are formed on the magnetization free layer 210. A layer 207, a pinning layer 206, and a cap layer 211 are sequentially stacked. For example, MgO (1.6 nm) is formed as the intermediate layer 203. On top of that, as the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) magnetic coupling layer 208 / second magnetization fixed layer 207, Co 40 Fe 40 B 20 (2 nm) / Fe 50 Co 50 (1 nm) / Ru ( 0.9 nm) / Co 75 Fe 25 (2.5 nm). On top of that, IrMn (7 nm) is formed as a pinning layer 206. On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211.
次に、図２２（ｅ）に示す通り、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。ここで、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）を含む積層体の平面寸法を、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）を含む積層体の平面寸法よりも小さく加工する。
Next, as shown in FIG. 22E, the intermediate layer 203, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the magnetic coupling layer 208, the second magnetization fixed layer 207, and the pinning layer 206. Then, the cap layer 211 is removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Here, the planar dimension of the stacked body including the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) is processed to be smaller than the planar dimension of the stacked body including the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201). .
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図２２（ｄ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 22D in which the stacked body including the second magnetic layer 202 is formed.
以下、図２２（ｆ）及び図２３に示す通り、図１８（ｉ）及び図１９を参照して説明した工程とほぼ同様の工程によって、図１４に示した歪検出素子２００Ｃを製造する事が可能である。
Hereinafter, as shown in FIGS. 22 (f) and 23, the strain detecting element 200C shown in FIG. 14 may be manufactured through substantially the same steps as those described with reference to FIGS. 18 (i) and 19. Is possible.
次に、図２４を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の製造方法について説明する。図２４は、図２２及び図２３を参照して説明した製造方法と同様、例えば図１４に示す歪検出素子２００Ｃを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, with reference to FIG. 24, another manufacturing method of the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described. FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing a state when the strain detecting element 200C shown in FIG. 14 is manufactured, for example, as in the manufacturing method described with reference to FIGS.
本製造方法は、図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する上記方法と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 18A to 18C are performed in the same manner as the above-described method for manufacturing the strain detection element 200A.
次に、図２４（ａ）に示す通り、下部電極２０４上に、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、下地層２０５として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５ｎｍ）を形成する。その上に磁化自由層２１０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）／磁気結合層２０８／第２磁化固定層２０７として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｆｅ５０Ｃｏ５０（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）を形成する。その上にピニング層２０６として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。ここで、磁化自由層２１０と下地層２０５の間に図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 24A, on the lower electrode 204, the underlayer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), the intermediate layer 203, and the first magnetization fixed layer 209 (first magnetization layer 209). 2 magnetic layer 202), magnetic coupling layer 208, second magnetization fixed layer 207, pinning layer 206, and cap layer 211 are sequentially stacked. For example, Ta (3 nm) / Cu (5 nm) is formed as the base layer 205. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the magnetization free layer 210. On top of that, MgO (1.6 nm) is formed as an intermediate layer 203. On top of that, as the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) / magnetic coupling layer 208 / second magnetization fixed layer 207, Co 40 Fe 40 B 20 (2 nm) / Fe 50 Co 50 (1 nm) / Ru (0.9 nm) / Co 75 Fe 25 (2.5 nm) is formed. On top of that, IrMn (7 nm) is formed as a pinning layer 206. On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211. Here, MgO (1.5 nm) may be formed as a diffusion prevention layer (not shown) between the magnetization free layer 210 and the underlayer 205.
次に、図２４（ｂ）に示すように、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。
Next, as shown in FIG. 24B, the intermediate layer 203, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the magnetic coupling layer 208, the second magnetization fixed layer 207, and the pinning layer 206 and the cap layer 211 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。この工程では、中間層２０３または磁化自由層２１０の一部まででエッチング工程を止めることによって、磁化自由層２１０の平面形状が全て加工されない状態とする。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213. In this process, the etching process is stopped up to a part of the intermediate layer 203 or the magnetization free layer 210 so that the planar shape of the magnetization free layer 210 is not completely processed.
次に、図２４（ｃ）に示すように、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、上記工程において埋め込んだ絶縁層２１３とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。この工程では、下地層２０５までエッチングを行い、磁化自由層２１０の平面形状が第１磁化固定層２０９の寸法よりも大きい状態とする。
Next, as shown in FIG. 24C, the underlying layer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the insulating layer 213 embedded in the above process are removed leaving a part. . In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. In this step, etching is performed up to the base layer 205 so that the planar shape of the magnetization free layer 210 is larger than the dimension of the first magnetization fixed layer 209.
次に、磁化自由層２１０を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, the insulating layer 213 is embedded and formed around the stacked body including the magnetization free layer 210. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図２４（ａ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 24A in which the laminated body including the second magnetic layer 202 is formed.
以下、図２４（ｄ）〜図２４（ｇ）に示す通り、図１８（ｉ）及び図１９を参照して説明した工程とほぼ同様の工程によって、図１４に示した歪検出素子２００Ｃを製造する事が可能である。このような製造方法を用いた場合、図２４（ａ）を参照して説明した工程においては、ＭＲ効果に重要な影響を与える中間層２０３近傍の積層構造（磁化自由層２１０、中間層２０３及び第１磁化固定層２０９）を真空中で一貫して成膜できるため、高いＭＲ変化率を得る観点から好ましい。
Thereafter, as shown in FIGS. 24D to 24G, the strain detecting element 200C shown in FIG. 14 is manufactured through substantially the same steps as described with reference to FIGS. It is possible to do. When such a manufacturing method is used, in the process described with reference to FIG. 24A, a stacked structure (the free magnetic layer 210, the intermediate layer 203, and the intermediate layer 203 in the vicinity of the intermediate layer 203 that significantly affects the MR effect). The first magnetization fixed layer 209) can be formed consistently in a vacuum, which is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR ratio.
［２．第２の実施の形態］
次に、図２５を参照して、第２の実施の形態に係る歪検出素子２００の構成を説明する。図２５は、第２の実施の形態に係る歪検出素子２００の構成を示す模式的な斜視図である。尚、本実施の形態に係る歪検出素子２００も、図１に示す圧力センサに搭載する事が可能である。
[2. Second Embodiment]
Next, the configuration of the strain detection element 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 25 is a schematic perspective view showing the configuration of the strain sensing element 200 according to the second embodiment. The strain detection element 200 according to the present embodiment can also be mounted on the pressure sensor shown in FIG.
図２５に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第２の磁性層２０２を複数有している。換言すれば、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２の接合を複数有する。従って、これら複数の接合を電気的に直列または並列に接続することにより、シグナルノイズ比(signal-noise ratio：ＳＮＲ、ＳＮ比)を向上させることができる。
As shown in FIG. 25, the strain sensing element 200 according to the present embodiment has a plurality of second magnetic layers 202. In other words, a plurality of junctions of the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202 are provided. Therefore, a signal-noise ratio (SNR, SN ratio) can be improved by electrically connecting the plurality of junctions in series or in parallel.
即ち、図２５に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１、複数の第２の磁性層２０２、並びに、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の間に設けられた中間層２０３を有する。本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の実施の形態に係る歪検出素子２００と同様に、逆磁歪効果及びＭＲ効果を利用して歪検出素子２００に生じた歪を検出する事が出来る。
That is, as shown in FIG. 25, the strain sensing element 200 according to the present embodiment includes a first magnetic layer 201, a plurality of second magnetic layers 202, and a first magnetic layer 201 and a second magnetic layer. An intermediate layer 203 is provided between the two layers 202. Similar to the strain detection element 200 according to the first embodiment, the strain detection element 200 according to the present embodiment detects strain generated in the strain detection element 200 using the inverse magnetostrictive effect and the MR effect. I can do it.
本実施の形態において、第１の磁性層２０１は強磁性体からなり、例えば磁化自由層として機能する。また、第２の磁性層２０２も強磁性体からなり、例えば参照層として機能する。第２の磁性層２０２は、磁化固定層であっても良いし、磁化自由層であっても良い。
In the present embodiment, the first magnetic layer 201 is made of a ferromagnetic material and functions as, for example, a magnetization free layer. The second magnetic layer 202 is also made of a ferromagnetic material and functions as a reference layer, for example. The second magnetic layer 202 may be a magnetization fixed layer or a magnetization free layer.
図２５に示す通り、歪検出素子２００は、第２の磁性層２０２を複数有している。即ち、第１の磁性層２０１の下面は、中間層２０３を介して複数の第２の磁性層２０２の上面と対向している。換言すれば、第２の磁性層２０２が、Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一の方向に分断されている。従って、第１の磁性層２０１の下面は、一部において第２の磁性層２０２のうちのいずれかと対向している。尚、図２５においては、歪検出素子２００が第２の磁性層２０２を４つ備えた例について示しているが、第２の磁性層２０２の数は２つでも良いし、３つ以上でも良い。
As shown in FIG. 25, the strain detection element 200 includes a plurality of second magnetic layers 202. In other words, the lower surface of the first magnetic layer 201 is opposed to the upper surfaces of the plurality of second magnetic layers 202 with the intermediate layer 203 interposed therebetween. In other words, the second magnetic layer 202 is divided in at least one of the X direction and the Y direction. Therefore, the lower surface of the first magnetic layer 201 partially faces one of the second magnetic layers 202. 25 shows an example in which the strain detecting element 200 includes four second magnetic layers 202, the number of the second magnetic layers 202 may be two, or may be three or more. .
また、図２５に示す通り、第１の磁性層２０１は第２の磁性層２０２と比較して大きく形成されている。即ち、第２の磁性層２０２に対向する第１の磁性層２０１の下面は、第１の磁性層２０１に対向する第２の磁性層２０２の上面と比較して広く形成されている。換言すれば、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法は、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における寸法と比較して大きく形成されている。
In addition, as shown in FIG. 25, the first magnetic layer 201 is formed larger than the second magnetic layer 202. That is, the lower surface of the first magnetic layer 201 facing the second magnetic layer 202 is formed wider than the upper surface of the second magnetic layer 202 facing the first magnetic layer 201. In other words, the dimension of the first magnetic layer 201 in the XY plane is formed larger than the dimension of the second magnetic layer 202 in the XY plane.
また、図２５に示す通り、第１の磁性層２０１は、下面の一部において第２の磁性層２０２と対向している。これに対し、第２の磁性層２０２は、上面の全体において第１の磁性層２０１と対向している。換言すれば、第２の磁性層２０２はＸＹ平面において第１の磁性層２０１の内側に設けられる。
Further, as shown in FIG. 25, the first magnetic layer 201 faces the second magnetic layer 202 at a part of the lower surface. On the other hand, the second magnetic layer 202 is opposed to the first magnetic layer 201 on the entire upper surface. In other words, the second magnetic layer 202 is provided inside the first magnetic layer 201 in the XY plane.
尚、図２５に示す通り、中間層２０３のＸＹ平面における寸法は、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法と略一致する。
As shown in FIG. 25, the dimension of the intermediate layer 203 in the XY plane substantially matches the dimension of the first magnetic layer 201 in the XY plane.
ここで、例えば、Ｎ個の歪検出素子２００が電気的に直列に接続されている場合、得られる電気信号の大きさはＮ倍となる。その一方で、熱ノイズ及びショットキーノイズはＮ１／２倍になる。すなわち、シグナルノイズ比(signal-noise ratio：ＳＮＲ、ＳＮ比)はＮ１／２倍になる。従って、直列に接続する歪検出素子２００の数Ｎを増やすことで、ＳＮ比を改善することができる。
Here, for example, when N strain detection elements 200 are electrically connected in series, the magnitude of the obtained electric signal is N times. On the other hand, thermal noise and Schottky noise are N 1/2 times. That is, the signal-noise ratio (SNR, SN ratio) is N 1/2 times. Therefore, the SN ratio can be improved by increasing the number N of strain detection elements 200 connected in series.
一方、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２の接合を複数設けた場合、それぞれの接合における歪−電気抵抗特性を同様（もしくは完全逆極性）とすることが望ましい。この為には、複数の接合が含まれる領域の歪が均一であると良い。
On the other hand, when a plurality of junctions of the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202 are provided, it is desirable that the strain-electric resistance characteristics in each junction be the same (or completely reverse polarity). For this purpose, it is preferable that the strain in a region including a plurality of joints is uniform.
次に、複数の歪検出素子２００をある領域内に設け、これら歪検出素子２００を直列に接続する場合について考える。例えば歪検出素子２００を小さくした場合、この領域内に設けられる歪検出素子２００の数を増やすことが出来るため、より多くの歪検出素子２００を直列に接続する事が可能である。しかしながら、図４及び図５を参照して説明した通り、歪検出素子２００の寸法が小さい場合、第１の磁性層２０１端部における磁極の影響によって、第１の磁性層２０１内部に反磁界が発生してしまう事がある。この場合、それぞれの接合におけるゲージファクタが低下する場合がある。
Next, consider a case where a plurality of strain sensing elements 200 are provided in a certain region and these strain sensing elements 200 are connected in series. For example, when the strain detection elements 200 are made smaller, the number of strain detection elements 200 provided in this region can be increased, so that more strain detection elements 200 can be connected in series. However, as described with reference to FIGS. 4 and 5, when the dimension of the strain sensing element 200 is small, a demagnetizing field is generated inside the first magnetic layer 201 due to the influence of the magnetic pole at the end of the first magnetic layer 201. It may occur. In this case, the gauge factor at each joint may decrease.
図２５に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２の接合を複数有している。この複数の接合の電気抵抗値は、それぞれ上述したＭＲ効果による影響を受ける。従って、例えば１の電極を第１の磁性層２０１と接続し、他の電極を複数の第２の磁性層２０２と電気的に並列に接続した場合、歪検出素子２００を複数並列に接続した状態とすることが出来る。また、例えば１の電極を一の第２の磁性層と電気的に接続し、他の電極を他の第２の磁性層と電気的に接続することにより、歪検出素子２００を複数直列に接続した状態とすることが出来る。従って、ＳＮ比を向上させることができる。
As shown in FIG. 25, the strain sensing element 200 according to the present embodiment has a plurality of junctions of the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202. The electrical resistance values of the plurality of junctions are affected by the MR effect described above. Therefore, for example, when one electrode is connected to the first magnetic layer 201 and the other electrode is electrically connected to the plurality of second magnetic layers 202, a plurality of strain detection elements 200 are connected in parallel. It can be. Further, for example, a plurality of strain detection elements 200 are connected in series by electrically connecting one electrode to one second magnetic layer and electrically connecting the other electrode to another second magnetic layer. It can be made the state. Therefore, the SN ratio can be improved.
また、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、直列または並列に接続された複数の歪検出素子２００として動作する。従って、例えば限られた領域に複数の歪検出素子を独立に設ける場合と比較して、第１の磁性層２０１を大きく製造する事が可能である。従って、第１の磁性層２０１内部における反磁界の発生を抑制する事が可能である。
The strain detection element 200 according to the present embodiment operates as a plurality of strain detection elements 200 connected in series or in parallel. Therefore, for example, the first magnetic layer 201 can be made larger than when a plurality of strain detection elements are independently provided in a limited region. Therefore, the generation of a demagnetizing field in the first magnetic layer 201 can be suppressed.
次に、図２６〜図２９を参照して、歪検出素子２００の他の構成例について説明する。図２６〜図２８は歪検出素子２００の他の構成例を示す模式的な斜視図であり、図２９は歪検出素子２００の他の構成例を示す模式的な平面図である。尚、以下に示す各構成例に係る歪検出素子２００及び図２５に示す歪検出素子２００は、お互いに組み合わせて使用する事も可能である。
Next, another configuration example of the strain detection element 200 will be described with reference to FIGS. 26 to 28 are schematic perspective views showing other configuration examples of the strain detection element 200, and FIG. 29 is a schematic plan view showing another configuration example of the strain detection element 200. Note that the strain detection element 200 according to each configuration example described below and the strain detection element 200 illustrated in FIG. 25 can be used in combination with each other.
図２５に示す例においては、中間層２０３のＸＹ平面における寸法が、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法と略一致していた。しかしながら、図２６（ａ）に示す通り、複数の中間層２０３のそれぞれのＸＹ平面における寸法は、複数の第２の磁性層２０２のそれぞれのＸＹ平面における寸法と略一致していても良い。
In the example shown in FIG. 25, the dimension of the intermediate layer 203 in the XY plane substantially coincides with the dimension of the first magnetic layer 201 in the XY plane. However, as shown in FIG. 26A, the dimensions of the plurality of intermediate layers 203 in the XY plane may substantially match the dimensions of the plurality of second magnetic layers 202 in the XY plane.
また、図２５及び図２６（ａ）に示す例において、歪検出素子２００は、第２の磁性層２０２、中間層２０３及び第１の磁性層２０１が順に積層されて構成されていた。しかしながら、図２６（ｂ）及び図２６（ｃ）に示す通り、歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２が順に積層されて構成されていても良い。
In the example shown in FIGS. 25 and 26A, the strain sensing element 200 is configured by laminating a second magnetic layer 202, an intermediate layer 203, and a first magnetic layer 201 in this order. However, as shown in FIGS. 26B and 26C, the strain sensing element 200 may be configured by laminating the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202 in this order. good.
また、図２５及び図２６（ａ）、図２６（ｂ）及び図２６（ｃ）に示す例において、歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１の上方及び下方のいずれか一方に、中間層２０３を介して第２の磁性層２０２を積層して構成されていた。しかしながら、図２６（ｄ）及び図２６（ｅ）に示す通り、第１の磁性層２０１の上方及び下方の双方に、中間層２０３を介して第２の磁性層２０２を積層して構成されていても良い。
In the example shown in FIGS. 25, 26A, 26B, and 26C, the strain detection element 200 is positioned between the upper and lower sides of the first magnetic layer 201. The second magnetic layer 202 is laminated via the layer 203. However, as shown in FIGS. 26D and 26E, the second magnetic layer 202 is laminated on both the upper and lower sides of the first magnetic layer 201 with the intermediate layer 203 interposed therebetween. May be.
また、図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に示す通り、第１の磁性層２０１と中間層２０３との間に、第３の磁性層２５１を介在させても良い。図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に示す例においては、第２の磁性層２０２、中間層２０３及び第３の磁性層２５１のＸＹ平面における寸法が略一致しており、これらは第１の磁性層２０１のＸＹ平面における寸法よりも小さい。第３の磁性層２５１は強磁性体からなり、第１の磁性層２０１と共に磁化自由層として機能する。即ち、第３の磁性層２５１は第１の磁性層２０１と磁気結合し、第３の磁性層２５１の磁化方向は第１の磁性層２０１の磁化方向と一致する。図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に示すような構造を用いた場合、後述するように、磁化固定層／中間層／磁化自由層の積層構造の中で、ＭＲ効果に寄与の大きい中間層近傍の積層構造を真空中一貫成膜で製造することが可能なため、高いＭＲ変化率を得る観点において製造上好ましい。
In addition, as shown in FIGS. 27A and 27B, a third magnetic layer 251 may be interposed between the first magnetic layer 201 and the intermediate layer 203. In the example shown in FIGS. 27A and 27B, the dimensions in the XY plane of the second magnetic layer 202, the intermediate layer 203, and the third magnetic layer 251 are substantially the same. The size of the magnetic layer 201 is smaller than the dimension in the XY plane. The third magnetic layer 251 is made of a ferromagnetic material and functions as a magnetization free layer together with the first magnetic layer 201. That is, the third magnetic layer 251 is magnetically coupled to the first magnetic layer 201, and the magnetization direction of the third magnetic layer 251 matches the magnetization direction of the first magnetic layer 201. When the structure shown in FIGS. 27A and 27B is used, an intermediate layer that greatly contributes to the MR effect in the laminated structure of the magnetization fixed layer / intermediate layer / magnetization free layer as will be described later. Since the laminated structure in the vicinity of the layers can be manufactured by consistent film formation in a vacuum, it is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR change rate.
また、図２５及び図２６及び図２７に示す例において、第１の磁性層２０１は第２の磁性層２０２と比較して大きく形成されており、第２の磁性層２０２は、ＸＹ平面内において第１の磁性層２０１の内部に収まっていた。しかしながら、図２８に示す通り、第２の磁性層２０２を第１の磁性層２０１と同程度または第１の磁性層２０１と比較して大きく形成しても良いし、第２の磁性層２０２が、ＸＹ平面内において第１の磁性層２０１からはみ出ていても良い。
In the example shown in FIGS. 25, 26, and 27, the first magnetic layer 201 is formed larger than the second magnetic layer 202, and the second magnetic layer 202 is formed in the XY plane. It was within the first magnetic layer 201. However, as shown in FIG. 28, the second magnetic layer 202 may be formed to be approximately the same as the first magnetic layer 201 or larger than the first magnetic layer 201, and the second magnetic layer 202 , And may protrude from the first magnetic layer 201 in the XY plane.
また、図２９（ａ）に示す通り、第２の磁性層２０２は、ＸＹ平面内において第１の磁性層２０１の内部に収めても良い。このような態様は、前述したとおり、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２が重なる領域に含まれる第１の磁性層２０１の端部における磁化の乱れた領域を減らす観点で好ましく、ひいては高ゲージファクタを得る観点で好ましい。また、高いＳＮ比を有する歪検出素子を提供することができる。
In addition, as shown in FIG. 29A, the second magnetic layer 202 may be housed inside the first magnetic layer 201 in the XY plane. As described above, such an aspect is preferable from the viewpoint of reducing the region in which magnetization is disturbed at the end of the first magnetic layer 201 included in the region where the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 overlap, As a result, it is preferable from the viewpoint of obtaining a high gauge factor. In addition, a strain detection element having a high S / N ratio can be provided.
ただし、図２９（ｂ）及び図２９（ｉ）に示す通り、第２の磁性層２０２は、ＸＹ平面内において第１の磁性層２０１からはみ出していても良い。このような態様においても、高いＳＮ比を有する歪検出素子を提供することができる。
However, as shown in FIGS. 29B and 29I, the second magnetic layer 202 may protrude from the first magnetic layer 201 in the XY plane. Even in such an aspect, a strain detection element having a high S / N ratio can be provided.
また、図２９（ａ）、図２９（ｂ）及び図２９（ｃ）に示す通り、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における形状は略正方形としても良いし、図２９（ｄ）及び図２９（ｅ）に示す通り、Ｘ方向の寸法及びＹ方向の寸法に差を有する略長方形状とし、形状磁気異方性を持たせても良い。同様に、図２９（ａ）、図２９（ｂ）及び図２９（ｄ）に示す通り、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における形状は略正方形としても良いし、図２９（ｃ）及び図２９（ｅ）に示す通り、Ｘ方向の寸法及びＹ方向の寸法に差を有する略長方形状とし、形状磁気異方性を持たせても良い。第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２のＸＹ平面における形状は任意である。
In addition, as shown in FIGS. 29A, 29B, and 29C, the shape of the first magnetic layer 201 in the XY plane may be substantially square, or FIGS. 29D and 29 may be used. As shown in (e), a substantially rectangular shape having a difference between the dimension in the X direction and the dimension in the Y direction may be used to provide shape magnetic anisotropy. Similarly, as shown in FIGS. 29A, 29B, and 29D, the shape of the second magnetic layer 202 in the XY plane may be substantially square, or FIGS. As shown in FIG. 29 (e), a substantially rectangular shape having a difference between the dimension in the X direction and the dimension in the Y direction may be used to provide shape magnetic anisotropy. The shapes of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 in the XY plane are arbitrary.
第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の少なくとも一方がＸＹ平面において略長方形状に形成された場合、長軸方向が磁化容易方向となる。従って、例えばハードバイアスを用いることなく第１の磁性層２０１の初期磁化方向を設定する事が可能となり、歪検出素子２００の製造コストを削減する事が出来る。
When at least one of the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 is formed in a substantially rectangular shape on the XY plane, the major axis direction is the easy magnetization direction. Accordingly, for example, the initial magnetization direction of the first magnetic layer 201 can be set without using a hard bias, and the manufacturing cost of the strain detection element 200 can be reduced.
また、図２９（ｆ）及び図２９（ｇ）に示す通り、第１の磁性層２０１のＸＹ平面における形状は略円状としても良いし、図２９（ｈ）に示す通り、長円状（楕円状）とし、形状磁気異方性を持たせても良い。また、図２９（ｇ）に示す通り、第２の磁性層２０２のＸＹ平面における形状は略円状としても良い。更に、図２９（ｆ），図２９（ｇ）及び図２９（ｈ）に示す通り、これら第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２は、適宜組み合わせて使用する事が出来る。
Also, as shown in FIGS. 29 (f) and 29 (g), the shape of the first magnetic layer 201 in the XY plane may be substantially circular, or as shown in FIG. It may be oval) and may have shape magnetic anisotropy. As shown in FIG. 29G, the shape of the second magnetic layer 202 in the XY plane may be substantially circular. Furthermore, as shown in FIGS. 29 (f), 29 (g), and 29 (h), the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 can be used in appropriate combination.
また、図２９（ａ）〜図２９（ｈ）に示す通り、第２の磁性層２０２のＸＹ平面内における大きさは第１の磁性層２０１より小さくても良いし、図２９（ｉ）に示す通り、同程度またはそれ以上であっても良い。
Further, as shown in FIGS. 29A to 29H, the size of the second magnetic layer 202 in the XY plane may be smaller than that of the first magnetic layer 201, and FIG. As shown, it may be the same or higher.
次に、図３０〜図５３を参照して、本実施の形態に係る歪検出素子２００の構成例について説明する。
Next, a configuration example of the strain detection element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 30 to 53.
図３０は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の構成例２００ａを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ａは、下部電極２０４と、上部電極２１２の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、並列に接続してなる。
FIG. 30 is a schematic perspective view showing a configuration example 200a of the strain detection element 200 according to the present embodiment. The strain sensing element 200a includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) between the lower electrode 204 and the upper electrode 212. ) Are connected in parallel.
即ち、図３０に示す通り、歪検出素子２００ａは、下部電極２０４と、下部電極２０４上に設けられた複数の第２の積層体ｌｂａ２と、複数の第２の積層体ｌｂａ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂａ１と、第１の積層体ｌｂａ１上に設けられた上部電極２１２とを備える。複数の第２の積層体ｌｂａ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。第１の積層体ｌｂａ１は、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as shown in FIG. 30, the strain detection element 200a spans the lower electrode 204, the plurality of second stacked bodies lba2 provided on the lower electrode 204, and the upper surfaces of the plurality of second stacked bodies lba2. A first stacked body lba1 provided and an upper electrode 212 provided on the first stacked body lba1 are provided. The plurality of second stacked bodies lba2 include an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), respectively. Are sequentially laminated. The first stacked body lba1 is formed by sequentially stacking an intermediate layer 203, a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and a cap layer 211.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図３０に示す歪検出素子２００ａの複数の第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２５に示す構造と同様である。図３０に示す歪検出素子２００ａにおいても、図２６（ａ）に示す第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. The planar shapes of the plurality of first magnetization fixed layers 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200a shown in FIG. This is the same as the structure shown in FIG. Also in the strain sensing element 200a shown in FIG. 30, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) shown in FIG. A planar shape may be used.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第２磁化固定層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of the Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nanometers (nm). The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the second magnetization fixed layer 207, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the magnetic coupling layer 208, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
各層の材料は、図１０を参照して説明した歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
As the material of each layer, the same material as that of the strain detection element 200A described with reference to FIG. 10 can be used.
図３１は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の構成例２００ｂを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｂは、２つの下部電極２０４の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、直列に接続してなる。即ち、図３０に示す歪検出素子２００ａにおいては下部電極２０４及び上部電極２１２のうちの一方を陽極、他方を陰極としていたが、図３１に示す歪検出素子２００ｂにおいては、例えば２つの下部電極２０４のうちの一方を陽極とし、他方を陰極とする。
FIG. 31 is a schematic perspective view showing another configuration example 200b of the strain detection element 200 according to the present embodiment. The strain detection element 200b includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) between two lower electrodes 204. A plurality of junctions are connected in series. That is, in the strain sensing element 200a shown in FIG. 30, one of the lower electrode 204 and the upper electrode 212 is an anode and the other is a cathode. In the strain sensing element 200b shown in FIG. One of them is an anode and the other is a cathode.
図３１に示す通り、歪検出素子２００ｂは、複数の下部電極２０４と、複数の下部電極２０４上にそれぞれ設けられた複数の第２の積層体ｌｂｂ２と、複数の第２の積層体ｌｂｂ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂｂ１とを備える。複数の第２の積層体ｌｂｂ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。第１の積層体ｌｂｂ１は、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
As illustrated in FIG. 31, the strain detection element 200b includes a plurality of lower electrodes 204, a plurality of second stacked bodies lbb2 provided on the plurality of lower electrodes 204, and top surfaces of the plurality of second stacked bodies lbb2. And a first laminated body lbb1 provided across. The plurality of second stacked bodies lbb2 include an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), respectively. Are sequentially laminated. The first stacked body lbb1 is formed by sequentially stacking an intermediate layer 203, a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and a cap layer 211.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図３１に示す歪検出素子２００ｂの複数の第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２５に示す構造と同様である。図３１に示す歪検出素子２００ａにおいても、図２６（ａ）に示す第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。また、キャップ層２１１上には、保護層として、例えば図示しない絶縁層を設けることができる。このような絶縁層としては、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. Further, the planar shapes of the plurality of first magnetization fixed layers 209 (second magnetic layer 202), intermediate layer 203, and magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200b shown in FIG. This is the same as the structure shown in FIG. Also in the strain sensing element 200a shown in FIG. 31, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) shown in FIG. A planar shape may be used. Further, on the cap layer 211, for example, an insulating layer (not shown) can be provided as a protective layer. As such an insulating layer, for example, SiO x , AlO x , SiN x and AlN x can be used.
各層の材料は、図１０を参照して説明した歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
As the material of each layer, the same material as that of the strain detection element 200A described with reference to FIG. 10 can be used.
図３２は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の構成例２００ｃを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｃは２つの下部電極２０４を有しており、それぞれの下部電極２０４と磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）との間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を並列に接続してなる。また、これら並列に接続された複数の接合は、更に２つの下部電極２０４の間で直列に接続されている。即ち、図３２に示す歪検出素子２００ｃにおいては、例えば２つの下部電極２０４のうちの一方を陽極とし、他方を陰極とする。
FIG. 32 is a schematic perspective view showing another configuration example 200c of the strain detection element 200 according to the present embodiment. The strain sensing element 200c has two lower electrodes 204, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer) is provided between each lower electrode 204 and the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201). A plurality of junctions composed of a layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) are connected in parallel. The plurality of junctions connected in parallel are further connected in series between the two lower electrodes 204. That is, in the strain detection element 200c shown in FIG. 32, for example, one of the two lower electrodes 204 is an anode and the other is a cathode.
即ち、図３２に示す通り、歪検出素子２００ｃは、複数の下部電極２０４と、複数の下部電極２０４上にさらに複数設けられた複数の第２の積層体ｌｂｃ２と、複数の第２の積層体ｌｂｃ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂｃ１とを備える。複数の第２の積層体ｌｂｃ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。第１の積層体ｌｂｃ１は、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。また、１つの下部電極２０４上には、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とからなる積層体が複数設けられている。
That is, as shown in FIG. 32, the strain detection element 200c includes a plurality of lower electrodes 204, a plurality of second stacked bodies lbc2 provided on the plurality of lower electrodes 204, and a plurality of second stacked bodies. a first stacked body lbc1 provided across the upper surface of lbc2. The plurality of second stacked bodies lbc2 include an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), respectively. Are sequentially laminated. The first stacked body lbc1 is formed by sequentially stacking an intermediate layer 203, a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and a cap layer 211. On one lower electrode 204, an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), and A plurality of laminated bodies are provided.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、キャップ層２１１上には、保護層として、例えば図示しない絶縁層を設けることができる。このような絶縁層としては、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. Further, on the cap layer 211, for example, an insulating layer (not shown) can be provided as a protective layer. As such an insulating layer, for example, SiO x , AlO x , SiN x and AlN x can be used.
各層の材料は、図１０を参照して説明した歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
As the material of each layer, the same material as that of the strain detection element 200A described with reference to FIG. 10 can be used.
図３３は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の構成例２００ｄを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｄは、２つの下部電極２０４の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、直列に接続してなる。即ち、図３３に示す歪検出素子２００ｄにおいては、例えば２つの下部電極２０４のうちの一方を陽極とし、他方を陰極とする。
FIG. 33 is a schematic perspective view showing another configuration example 200d of the strain detection element 200 according to the present embodiment. The strain detection element 200d includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) between two lower electrodes 204. A plurality of junctions are connected in series. That is, in the strain detection element 200d shown in FIG. 33, for example, one of the two lower electrodes 204 is an anode and the other is a cathode.
即ち、図３３に示す通り、歪検出素子２００ｄは、２つの下部電極２０４と、この２つの下部電極２０４上にそれぞれ設けられた２つの第２の積層体ｌｂｄ２と、これら２つの第２の積層体ｌｂｄ２の間に位置する第２の積層体ｌｂｄ２と、隣接する２つの第２の積層体ｌｂｄ２の上面にまたがって設けられた複数の第１の積層体ｌｂｄ１とを備える。複数の第２の積層体ｌｂｄ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。複数の第１の積層体ｌｂｄ１は、それぞれ中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as shown in FIG. 33, the strain detection element 200d includes two lower electrodes 204, two second stacked bodies lbd2 provided on the two lower electrodes 204, and the two second stacked layers, respectively. A second stacked body lbd2 positioned between the bodies lbd2, and a plurality of first stacked bodies lbd1 provided across the upper surfaces of two adjacent second stacked bodies lbd2. The plurality of second stacked bodies lbd2 include an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), respectively. Are sequentially laminated. The plurality of first stacked bodies lbd1 are each formed by sequentially stacking an intermediate layer 203, a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and a cap layer 211.
複数の第２の積層体ｌｂｄ２はお互いに離間している。また、これら複数の第２の積層体ｌｂｄ２の上端は、複数の第１の積層体ｌｂｄ１を介して電気的に接続されている。更に、複数の第１の積層体ｌｂｄ１もお互いに離間しており、それぞれ２つの第２の積層体ｌｂｄ２をまたぐように形成されている。また、２つの第２の積層体ｌｂｄ２に含まれる下地層２０５はそれぞれ下部電極２０４に接続されており、これによって複数の第２の積層体ｌｂｄ２が電気的に直列に接続されている。
The plurality of second stacked bodies lbd2 are separated from each other. The upper ends of the plurality of second stacked bodies lbd2 are electrically connected via the plurality of first stacked bodies lbd1. Further, the plurality of first stacked bodies lbd1 are also spaced apart from each other and formed so as to straddle the two second stacked bodies lbd2. In addition, the foundation layers 205 included in the two second stacked bodies lbd2 are each connected to the lower electrode 204, whereby the plurality of second stacked bodies lbd2 are electrically connected in series.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、キャップ層２１１上には、保護層として、例えば図示しない絶縁層を設けることができる。このような絶縁層としては、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. Further, on the cap layer 211, for example, an insulating layer (not shown) can be provided as a protective layer. As such an insulating layer, for example, SiO x , AlO x , SiN x and AlN x can be used.
各層の材料は、図１０を参照して説明した歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
As the material of each layer, the same material as that of the strain detection element 200A described with reference to FIG. 10 can be used.
図３４は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の構成例２００ｅを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｅは、２つの上部電極２１２の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、直列に接続してなる。
FIG. 34 is a schematic perspective view showing another configuration example 200e of the strain detection element 200 according to the present embodiment. The strain detection element 200e includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) between two upper electrodes 212. A plurality of junctions are connected in series.
即ち、図３４に示す通り、歪検出素子２００ｅは、複数の第２の積層体ｌｂｅ２と、隣接する２つの第２の積層体ｌｂｅ２の上面にまたがって設けられた複数の第１の積層体ｌｂｅ１と、最も離間する２つの第１の積層体ｌｂｅ１上にそれぞれ設けられた、２つの上部電極２１２を備えてなる。複数の第２の積層体ｌｂｅ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。複数の第１の積層体ｌｂｅ１は、それぞれ中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as illustrated in FIG. 34, the strain detection element 200e includes a plurality of second stacked bodies lbe2 and a plurality of first stacked bodies lbe1 provided across the upper surfaces of two adjacent second stacked bodies lbe2. And two upper electrodes 212 respectively provided on the two first stacked bodies lbe1 that are the most spaced apart. The plurality of second stacked bodies lbe2 are respectively composed of a base layer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Are sequentially laminated. The plurality of first stacked bodies lbe1 are each formed by sequentially stacking an intermediate layer 203, a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and a cap layer 211.
複数の第２の積層体ｌｂｅ２はお互いに離間している。また、これら複数の第２の積層体ｌｂｅ２の上端は、第１の積層体ｌｂｅ１を介して電気的に接続されている。更に、複数の第１の積層体ｌｂｅ１もお互いに離間しており、それぞれ２つの第２の積層体ｌｂｅ２をまたぐように形成されている。また、２つの第２の積層体ｌｂｅ２に含まれるキャップ層２１１はそれぞれ上部電極２１２に接続されており、これによって複数の第２の積層体ｌｂｅ２が電気的に直列に接続されている。
The plurality of second stacked bodies lbe2 are separated from each other. The upper ends of the plurality of second stacked bodies lbe2 are electrically connected via the first stacked body lbe1. Further, the plurality of first stacked bodies lbe1 are also spaced apart from each other and formed so as to straddle the two second stacked bodies lbe2. Further, the cap layers 211 included in the two second stacked bodies lbe2 are respectively connected to the upper electrode 212, whereby the plurality of second stacked bodies lbe2 are electrically connected in series.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201.
各層の材料は、図１０を参照して説明した歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
As the material of each layer, the same material as that of the strain detection element 200A described with reference to FIG. 10 can be used.
図３５は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の構成例２００ｆを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｆは、下部電極２０４及び上部電極２１２の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、直列に接続してなる。
FIG. 35 is a schematic perspective view showing another configuration example 200f of the strain detection element 200 according to the present embodiment. The strain detection element 200f includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) between the lower electrode 204 and the upper electrode 212. A plurality of junctions consisting of are connected in series.
即ち、図３５に示す通り、歪検出素子２００ｆは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた第２の積層体ｌｂｆ２と、この第２の積層体ｌｂｆ２に隣接して更に設けられた第２の積層体ｌｂｆ２と、この隣接する２つの第２の積層体ｌｂｆ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂｆ１と、上記更に設けられた第２の積層体の上面に更に設けられた第１の積層体ｌｂｆ１と、この更に設けられた第１の積層体ｌｂｆ１上に設けられた上部電極２１２とを備える。２つの第２の積層体ｌｂｆ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。２つの第１の積層体ｌｂｆ１は、それぞれ中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as shown in FIG. 35, the strain detection element 200f is further provided adjacent to the lower electrode 204, the second stacked body lbf2 provided on the lower electrode 204, and the second stacked body lbf2. The second stacked body lbf2, the first stacked body lbf1 provided across the upper surfaces of the two adjacent second stacked bodies lbf2, and the upper surface of the second stacked body further provided. The first laminated body lbf1 provided and the upper electrode 212 provided on the first laminated body lbf1 further provided are provided. The two second stacked bodies lbf2 respectively include an under layer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Are sequentially laminated. The two first stacked bodies lbf1 are each formed by sequentially stacking an intermediate layer 203, a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and a cap layer 211.
２つの第２の積層体ｌｂｆ２はお互いに離間している。また、これら２つの第２の積層体ｌｂｆ２の上端は、２つの第１の積層体ｌｂｆ１を介して電気的に接続されている。更に、２つの第１の積層体ｌｂｆ１もお互いに離間しており、一方は２つの第２の積層体ｌｂｆ２をまたぐように、他方は１つの第２の積層体ｌｂｆ２上に形成されている。また、１つの第１の積層体ｌｂｆ１に接続された方の第２の積層体ｌｂｆ２の下地層２０５は下部電極２０４に接続され、１つの第２の積層体ｌｂｆ２に接続された方の第１の積層体ｌｂｆ１のキャップ層２１１は上部電極２１２に接続されている。これによって上記複数の第２の積層体ｌｂｆ２各積層体が電気的に直列に接続されている。
The two second stacked bodies lbf2 are separated from each other. Further, the upper ends of these two second stacked bodies lbf2 are electrically connected via the two first stacked bodies lbf1. Further, the two first stacked bodies lbf1 are also separated from each other. One of the two stacked bodies lbf1 is formed on one second stacked body lbf2 so as to straddle the two second stacked bodies lbf2. The base layer 205 of the second stacked body lbf2 connected to one first stacked body lbf1 is connected to the lower electrode 204, and the first connected to one second stacked body lbf2. The cap layer 211 of the stacked body lbf 1 is connected to the upper electrode 212. As a result, each of the plurality of second stacked bodies lbf2 is electrically connected in series.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201.
各層の材料は、図１０を参照して説明した歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
As the material of each layer, the same material as that of the strain detection element 200A described with reference to FIG. 10 can be used.
図３６は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の構成例２００ｇを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｇは、歪検出素子２００ａと異なり、中間層２０３と第１の磁性層２０１との間に、第３の磁性層２５１を有してなる。また、歪検出素子２００ｇは、下部電極２０４と、上部電極２１２の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、並列に接続してなる。
FIG. 36 is a schematic perspective view showing a configuration example 200g of the strain detection element 200 according to the present embodiment. Unlike the strain detection element 200a, the strain detection element 200g includes a third magnetic layer 251 between the intermediate layer 203 and the first magnetic layer 201. The strain detection element 200g includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer) between the lower electrode 204 and the upper electrode 212. A plurality of junctions made of the layer 201) are connected in parallel.
即ち、図３６に示す通り、歪検出素子２００ｇは、下部電極２０４と、下部電極２０４上に設けられた複数の第２の積層体ｌｂｇ２と、複数の第２の積層体ｌｂｇ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂｇ１と、第１の積層体ｌｂｇ１上に設けられた上部電極２１２とを備える。複数の第２の積層体ｌｂｇ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）とを順に積層してなる。第１の積層体ｌｂｇ１は、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as shown in FIG. 36, the strain detection element 200g spans the lower electrode 204, the plurality of second stacked bodies lbg2 provided on the lower electrode 204, and the upper surfaces of the plurality of second stacked bodies lbg2. A first stacked body lbg1 provided and an upper electrode 212 provided on the first stacked body lbg1 are provided. The plurality of second stacked bodies lbg2 include an underlayer 205, a pinning layer 206, a second magnetization fixed layer 207, a magnetic coupling layer 208, a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), respectively. The intermediate layer 203 and the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251) are sequentially stacked. The first stacked body lbg1 is formed by sequentially stacking a first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) and a cap layer 211.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。第２磁化自由層２４１は、第３の磁性層２５１に相当する。第１磁化自由層２４２は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図３６に示す歪検出素子２００ｇの複数の第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）と、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２７（ａ）に示す構造と同様である。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The second magnetization free layer 241 corresponds to the third magnetic layer 251. The first magnetization free layer 242 corresponds to the first magnetic layer 201. In addition, a plurality of first magnetization fixed layers 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, a second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251) of the strain detection element 200g shown in FIG. The planar shape of the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) is the same as the structure shown in FIG.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第２磁化固定層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第２磁化自由層２４１には、例えば、１．５ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。第１磁化自由層２４２には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of the Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nanometers (nm). The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the second magnetization fixed layer 207, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the magnetic coupling layer 208, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the second magnetization free layer 241, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 1.5 nm is used. For the first magnetization free layer 242, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
図３６に示す歪検出素子２００ｇにおいては、第２磁化自由層２４１の平面寸法が、第１磁化固定層２０９と同様である。ここで、第２磁化自由層２４１は第１磁化自由層２４２と磁気結合し、磁化自由層として機能させることができる。ここで、第２磁化自由層２４１は第１磁化固定層２０９と同様に第１磁化自由層２４２よりも小さい素子寸法とされているが、相対的に寸法が大きく磁化の乱れの少ない第１の磁性層２４２と接続して磁気結合しているため、第２磁化自由層２４１の磁化の乱れも少なくすることができる。よって、本実施形態の効果を得ることができる。図３６に示す歪検出素子２００ｇを用いた場合、後述するように、磁化固定層／中間層／磁化自由層の積層構造の中で、ＭＲ効果に寄与の大きい中間層２０３近傍の積層構造を真空中で一貫して製造することが可能なため、高いＭＲ変化率を得る観点において好ましい。
In the strain sensing element 200g shown in FIG. 36, the planar dimension of the second magnetization free layer 241 is the same as that of the first magnetization fixed layer 209. Here, the second magnetization free layer 241 can be magnetically coupled to the first magnetization free layer 242 and function as a magnetization free layer. Here, the second magnetization free layer 241 has an element size smaller than that of the first magnetization free layer 242 as in the case of the first magnetization fixed layer 209. However, the first magnetization free layer 241 has a relatively large size and less magnetization disturbance. Since the magnetic layer 242 is connected and magnetically coupled, the disturbance of magnetization of the second magnetization free layer 241 can be reduced. Therefore, the effect of this embodiment can be acquired. When the strain sensing element 200g shown in FIG. 36 is used, the laminated structure in the vicinity of the intermediate layer 203 that greatly contributes to the MR effect in the laminated structure of the magnetization fixed layer / intermediate layer / magnetization free layer is vacuumed, as will be described later. It is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR change rate because it can be manufactured consistently.
ここで、第２磁化自由層２４１に用いる材料は、前述した磁化自由層２１０（図１０）に用いる材料と同様のものを用いることができる。第２磁化自由層２４１の膜厚は、厚くしすぎると、第１磁化自由層２４２との磁気結合による磁化の乱れの低減効果が弱まるため、４ｎｍ以下とすることが好ましく、２ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。また、第１磁化自由層２４２に用いる材料は、前述した磁化自由層２１０（図１０）に用いる材料と同様のものを用いることができる。その他の各層の材料は、歪検出素子２００Ａの材料と同様のものを用いることが出来る。
Here, the material used for the second magnetization free layer 241 may be the same as the material used for the magnetization free layer 210 (FIG. 10) described above. If the thickness of the second magnetization free layer 241 is too large, the effect of reducing magnetization disturbance due to magnetic coupling with the first magnetization free layer 242 is weakened, and therefore it is preferably 4 nm or less. Is more preferable. Further, the material used for the first magnetization free layer 242 can be the same as the material used for the magnetization free layer 210 (FIG. 10) described above. As the materials of the other layers, the same materials as those of the strain detection element 200A can be used.
また、図３６に示す歪検出素子２００ｇは、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２からなる接合を並列に接続して構成されているが、例えば図３７に示す歪検出素子２００ｈの様に、直列に接続しても良いし、図３８に示す歪検出素子２００ｉの様に、並列及び直列に接続しても良い。
In addition, the strain detecting element 200g shown in FIG. 36 is configured by connecting in parallel the junction formed of the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202. It may be connected in series like the detecting element 200h, or may be connected in parallel and in series like the strain detecting element 200i shown in FIG.
図３９は歪検出素子２００ａの構成例を、図４０は歪検出素子２００ｂの構成例を示す模式的な斜視図である。図３９及び図４０に例示したように、歪検出素子２００は、下部電極２０４と上部電極２１２との間に充填された絶縁層（絶縁部分）２１３を備えていても良い。
39 is a schematic perspective view showing a configuration example of the strain detection element 200a, and FIG. 40 is a schematic perspective view showing a configuration example of the strain detection element 200b. As illustrated in FIGS. 39 and 40, the strain detection element 200 may include an insulating layer (insulating portion) 213 filled between the lower electrode 204 and the upper electrode 212.
絶縁層２１３には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）などを用いることができる。絶縁層２１３により、歪検出素子２００ａのリーク電流を抑制することができる。
For the insulating layer 213, for example, aluminum oxide (for example, Al 2 O 3 ), silicon oxide (for example, SiO 2 ), or the like can be used. The insulating layer 213 can suppress the leakage current of the strain detection element 200a.
図４１は歪検出素子２００ａの構成例を、図４２は歪検出素子２００ｂの他の構成例を示す模式的な斜視図である。図４１及び図４２に例示したように、歪検出素子２００ａは、下部電極２０４と上部電極２１２との間に、互いに離間して設けられた２つのハードバイアス層（ハードバイアス部分）２１４と、下部電極２０４とハードバイアス層２１４の間に充填された絶縁層２１３を備えていても良い。
FIG. 41 is a schematic perspective view showing a configuration example of the strain detection element 200a, and FIG. 42 is a schematic perspective view showing another configuration example of the strain detection element 200b. As illustrated in FIGS. 41 and 42, the strain detection element 200a includes two hard bias layers (hard bias portions) 214 provided between the lower electrode 204 and the upper electrode 212 so as to be separated from each other, and a lower portion. An insulating layer 213 filled between the electrode 204 and the hard bias layer 214 may be provided.
ハードバイアス層２１４は、ハードバイアス層２１４の磁化により、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定する。ハードバイアス層２１４により、外部からの圧力が膜部に印加されていない状態において、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定できる。
The hard bias layer 214 sets the magnetization direction of the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) to a desired direction by the magnetization of the hard bias layer 214. With the hard bias layer 214, the magnetization direction of the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) can be set to a desired direction in a state where no external pressure is applied to the film part.
ハードバイアス層２１４およびその周辺の層は、図１３を参照して説明したハードバイアス層２１４の材料と同様のものを用いることができる。
As the hard bias layer 214 and its peripheral layers, the same material as the hard bias layer 214 described with reference to FIG. 13 can be used.
図４３は、歪検出素子２００の他の構成例２００ｊを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｊは、トップスピンバルブ型の構造を有している。また、歪検出素子２００ｊは、下部電極２０４と、上部電極２１２の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、並列に接続してなる。
FIG. 43 is a schematic perspective view showing another configuration example 200j of the strain detection element 200. FIG. The strain detection element 200j has a top spin valve type structure. The strain detection element 200j includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer) between the lower electrode 204 and the upper electrode 212. A plurality of junctions made of the layer 201) are connected in parallel.
即ち、図４３に示す通り、歪検出素子２００ｊは、下部電極２０４と、下部電極２０４上に設けられた第１の積層体ｌｂｊ１と、第１の積層体ｌｂｊ１の上面に設けられた複数の第２の積層体ｌｂｊ２と、複数の第２の積層体ｌｂｊ２上にまたがって設けられた上部電極２１２とを備える。複数の第１の積層体ｌｂｊ１は、それぞれ下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とを順に積層してなる。第２の積層体ｌｂｊ２は、それぞれ中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、複ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as shown in FIG. 43, the strain detecting element 200j includes a lower electrode 204, a first stacked body lbj1 provided on the lower electrode 204, and a plurality of first stacked bodies lbj1 provided on the upper surface of the first stacked body lbj1. Two stacked bodies lbj2 and an upper electrode 212 provided across the plurality of second stacked bodies lbj2. Each of the plurality of first stacked bodies lbj1 includes a base layer 205 and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) stacked in order. The second stacked body lbj2 includes an intermediate layer 203, a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), a magnetic coupling layer 208, a second magnetization fixed layer 207, a multi-pinning layer 206, and A cap layer 211 is laminated in order.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図４３に示す歪検出素子２００ｊの第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２６（ｃ）に示す構造と同様である。図４３に示す歪検出素子２００ｊにおいても、図２６（ｂ）に示す第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。また、図７（ｂ）に示す様な第３の磁性層２５１を加えた構造を用いても良い。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. In addition, the planar shapes of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200j shown in FIG. The structure is the same as that shown in c). Also in the strain sensing element 200j shown in FIG. 43, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) shown in FIG. A planar shape may be used. Further, a structure in which a third magnetic layer 251 as shown in FIG. 7B is added may be used.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｃｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＣｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第２磁化固定層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For the underlayer 205, for example, Ta / Cu is used. The thickness of this Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nm. The thickness of this Cu layer is 5 nm, for example. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 50 Co 50 is used. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 50 Co 50 layer is, for example, 1 nm. For the magnetic coupling layer 208, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the second magnetization fixed layer 207, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
歪検出素子２００ａにおいては、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）よりも下（−Ｚ軸方向）に形成されている。これに対し、歪検出素子２００ｊにおいては、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）よりも上（＋Ｚ軸方向）に形成されている。従って、歪検出素子２００ｊに含まれる各層の材料は、歪検出素子２００ａに含まれる各層の材料を上下反転させて用いることができる。
In the strain sensing element 200a, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) is formed below (−Z axis direction) the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201). On the other hand, in the strain sensing element 200j, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) is formed above (+ Z axis direction) the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201). Yes. Therefore, the material of each layer included in the strain detection element 200j can be used by inverting the material of each layer included in the strain detection element 200a.
また、図４３に示す歪検出素子２００ｊは、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２からなる接合を並列に接続して構成されているが、例えば図４４に示す歪検出素子２００ｋの様に、直列に接続しても良いし、図４５に示す歪検出素子２００ｌの様に、並列及び直列に接続しても良い。
In addition, the strain detection element 200j shown in FIG. 43 is configured by connecting in parallel the junction formed of the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202. For example, the strain detection element 200j shown in FIG. It may be connected in series like the detecting element 200k, or may be connected in parallel and in series like the strain detecting element 200l shown in FIG.
図４６は、歪検出素子２００の他の構成例２００ｍを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｍは、単一の磁化固定層を用いたシングルピン構造が適用されている。また、歪検出素子２００ｍは、下部電極２０４と、上部電極２１２の間に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、並列に接続してなる。
FIG. 46 is a schematic perspective view showing another configuration example 200m of the strain detection element 200. FIG. A single pin structure using a single magnetization fixed layer is applied to the strain detection element 200m. The strain detection element 200m includes a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer) between the lower electrode 204 and the upper electrode 212. A plurality of junctions made of the layer 201) are connected in parallel.
即ち、図４６に示す通り、歪検出素子２００ｍは、下部電極２０４と、下部電極２０４上に設けられた複数の第２の積層体ｌｂｍ２と、複数の第２の積層体ｌｂｍ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂｍ１と、第１の積層体ｌｂｍ１上に設けられた上部電極２１２とを備える。複数の第２の積層体ｌｂｍ２は、それぞれ下地層２０５と、ピニング層２０６と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。第１の積層体ｌｂｍ１は、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as shown in FIG. 46, the strain detection element 200m extends over the lower electrode 204, the plurality of second stacked bodies lbm2 provided on the lower electrode 204, and the upper surfaces of the plurality of second stacked bodies lbm2. A first stacked body lbm1 provided and an upper electrode 212 provided on the first stacked body lbm1 are provided. The plurality of second stacked bodies lbm2 are each formed by sequentially stacking a base layer 205, a pinning layer 206, and a first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). The first stacked body lbm1 is formed by sequentially stacking the intermediate layer 203, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the cap layer 211.
第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図３０に示す歪検出素子２００ｍの複数の第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２５に示す構造と同様である。図４６に示す歪検出素子２００ｍにおいても、図２６（ａ）に示す第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。また、図２７（ａ）に示す通り、第１の磁性層２０１と中間層２０３との間に、第３の磁性層２５１を介在させても良い。
The first magnetization fixed layer 209 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. The planar shapes of the plurality of first magnetization fixed layers 209 (second magnetic layer 202), intermediate layer 203, and magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200m shown in FIG. This is the same as the structure shown in FIG. Also in the strain sensing element 200m shown in FIG. 46, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) shown in FIG. A planar shape may be used. In addition, as shown in FIG. 27A, a third magnetic layer 251 may be interposed between the first magnetic layer 201 and the intermediate layer 203.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of this Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nm. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the pinning layer 206, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the first magnetization fixed layer 209, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
歪検出素子２００ｍの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
The material of each layer of the strain detection element 200m can be the same as the material of each layer of the strain detection element 200A.
また、図４６に示す歪検出素子２００ｍは、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２からなる接合を並列に接続して構成されているが、例えば図４７に示す歪検出素子２００ｎの様に、直列に接続しても良いし、図４８に示す歪検出素子２００ｏの様に、並列及び直列に接続しても良い。
In addition, the strain detection element 200m shown in FIG. 46 is configured by connecting in parallel a junction formed of the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202. For example, the strain detection element 200m shown in FIG. It may be connected in series like the detecting element 200n, or may be connected in parallel and in series like the strain detecting element 200o shown in FIG.
図４９は、歪検出素子２００の他の構成例２００ｐを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００ｐにおいては、第２の磁性層２０２を磁化固定層ではなく参照層２５２として機能させる。また、歪検出素子２００ｐは、下部電極２０４と、上部電極２１２の間に、参照層２５２（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）とからなる複数の接合を、並列に接続してなる。
FIG. 49 is a schematic perspective view showing another configuration example 200p of the strain detection element 200. FIG. In the strain detection element 200p, the second magnetic layer 202 is caused to function as a reference layer 252 instead of a magnetization fixed layer. The strain detection element 200p includes a reference layer 252 (second magnetic layer 202), an intermediate layer 203, and a magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) between the lower electrode 204 and the upper electrode 212. Are connected in parallel.
即ち、図４９に示す通り、歪検出素子２００ｐは、下部電極２０４と、下部電極２０４上に設けられた複数の第２の積層体ｌｂｐ２と、複数の第２の積層体ｌｂｐ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂｐ１と、第１の積層体ｌｂｐ１上に設けられた上部電極２１２とを備える。複数の第２の積層体ｌｂｐ２は、それぞれ下地層２０５と、参照層２５２（第２の磁性層２０２）とを順に積層してなる。第１の積層体ｌｂｐ１は、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as shown in FIG. 49, the strain detection element 200p spans the lower electrode 204, the plurality of second stacked bodies lbp2 provided on the lower electrode 204, and the upper surfaces of the plurality of second stacked bodies lbp2. A first stacked body lbp1 provided and an upper electrode 212 provided on the first stacked body lbp1 are provided. Each of the plurality of second stacked bodies lbp2 is formed by sequentially stacking a base layer 205 and a reference layer 252 (second magnetic layer 202). The first stacked body lbp1 is formed by sequentially stacking the intermediate layer 203, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the cap layer 211.
参照層２５２は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図４９に示す歪検出素子２００ｐの参照層２５２（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状は、図２５に示す構造と同様である。図４９に示す歪検出素子２００ｐにおいても、図２６（ａ）に示す参照層２５２（第２の磁性層２０２）、中間層２０３、磁化自由層２０１（第１の磁性層２０１）の平面形状を用いてもよい。また、図２７（ａ）に示す通り、第１の磁性層２０１と中間層２０３との間に、第３の磁性層２５１を介在させても良い。
The reference layer 252 corresponds to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 210 corresponds to the first magnetic layer 201. The planar shape of the reference layer 252 (second magnetic layer 202), intermediate layer 203, and magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) of the strain sensing element 200p shown in FIG. 49 is the same as the structure shown in FIG. It is the same. Also in the strain sensing element 200p shown in FIG. 49, the planar shapes of the reference layer 252 (second magnetic layer 202), the intermediate layer 203, and the magnetization free layer 201 (first magnetic layer 201) shown in FIG. It may be used. In addition, as shown in FIG. 27A, a third magnetic layer 251 may be interposed between the first magnetic layer 201 and the intermediate layer 203.
下地層２０５には、例えば、Ｃｒが用いられる。このＣｒ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、５ｎｍである。参照層２５２には、例えば、１０ｎｍの厚さのＣｏ８０Ｐｔ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For the underlayer 205, for example, Cr is used. The thickness (length in the Z-axis direction) of this Cr layer is, for example, 5 nm. For the reference layer 252, for example, a Co 80 Pt 20 layer having a thickness of 10 nm is used. For the intermediate layer 203, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 210, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
ここで、参照層２５２に用いる材料は、磁化自由層２１０に用いる材料に対して、同一の歪に対する磁化方向の変化の態様が異なる様に選定することができる。例えば、参照層２５２は磁化自由層２１０に比べて歪に対する磁化の変化が起こりにくい材料を用いることができる。
Here, the material used for the reference layer 252 can be selected so that the change in the magnetization direction with respect to the same strain is different from the material used for the magnetization free layer 210. For example, the reference layer 252 can be made of a material that hardly changes in magnetization with respect to strain as compared with the magnetization free layer 210.
また、図４９に示す歪検出素子２００ｐは、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２からなる接合を並列に接続して構成されているが、例えば図５０に示す歪検出素子２００ｑの様に、直列に接続しても良いし、図５１に示す歪検出素子２００ｒの様に、並列及び直列に接続しても良い。
Further, the strain detection element 200p shown in FIG. 49 is configured by connecting in parallel the junction formed of the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202. For example, the strain detection element 200p shown in FIG. It may be connected in series like the detecting element 200q, or may be connected in parallel and in series like the strain detecting element 200r shown in FIG.
図５２は、歪検出素子２００の他の構成例２００ｓを示す模式的な斜視図である。図５２に示す通り、歪検出素子２００ｓにおいては、第１の磁性層２０１の上下に、中間層２０３を介して第２の磁性層２０２が形成されている。また、歪検出素子２００ｓは、下部電極２０４と、上部電極２１２の間に、第２の磁性層２０２と、中間層２０３と、第１の磁性層２０１とからなる複数の接合を、直列及び並列に接続してなる。
FIG. 52 is a schematic perspective view showing another configuration example 200s of the strain detection element 200. FIG. As shown in FIG. 52, in the strain detection element 200s, the second magnetic layer 202 is formed above and below the first magnetic layer 201 via the intermediate layer 203. In the strain detection element 200s, a plurality of junctions composed of the second magnetic layer 202, the intermediate layer 203, and the first magnetic layer 201 are connected in series and in parallel between the lower electrode 204 and the upper electrode 212. Connected to.
即ち、図５２に示す通り、歪検出素子２００ｓは、下部電極２０４と、下部電極２０４上に設けられた複数の第２の積層体ｌｂｓ２と、複数の第２の積層体ｌｂｓ２の上面にまたがって設けられた第１の積層体ｌｂｓ１と、第１の積層体ｌｂｓ１上に設けられた複数の第３の積層体ｌｂｓ３と、この複数の第３の積層体ｌｂｓ３の上面にまたがって設けられた上部電極２１２とを備える。複数の第２の積層体ｌｂｓ２は、それぞれ下地層２０５と、下部ピニング層２２１と、下部第２磁化固定層２２２と、下部磁気結合層２２３と、下部第１磁化固定層２２４とを順に積層してなる。第１の積層体ｌｂｓ１は、下部中間層２２５と、磁化自由層２２６とを順に積層してなる。複数の第３の積層体ｌｂｓ３は、それぞれ上部中間層２２７と、上部第１磁化固定層２２８と、上部磁気結合層２２９と、上部第２磁化固定層２３０と、上部ピニング層２３１と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。
That is, as illustrated in FIG. 52, the strain detection element 200 s spans the lower electrode 204, the plurality of second stacked bodies lbs2 provided on the lower electrode 204, and the upper surfaces of the plurality of second stacked bodies lbs2. The first stacked body lbs1 provided, the plurality of third stacked bodies lbs3 provided on the first stacked body lbs1, and the upper part provided over the upper surfaces of the plurality of third stacked bodies lbs3 An electrode 212. Each of the plurality of second stacked bodies lbs2 includes a base layer 205, a lower pinning layer 221, a lower second magnetization fixed layer 222, a lower magnetic coupling layer 223, and a lower first magnetization fixed layer 224, which are sequentially stacked. It becomes. The first stacked body lbs1 is formed by sequentially stacking a lower intermediate layer 225 and a magnetization free layer 226. The plurality of third stacked bodies lbs3 includes an upper intermediate layer 227, an upper first magnetization fixed layer 228, an upper magnetic coupling layer 229, an upper second magnetization fixed layer 230, an upper pinning layer 231, and a cap layer, respectively. 211 in order.
下部第１磁化固定層２２４及び上部第１磁化固定層２２８は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２２６は、第１の磁性層２０１に相当する。また、図５２に示す歪検出素子２００ｓの下部第１磁化固定層２２４（第２の磁性層２０２）と、下部中間層２２５（中間層２０３）と、磁化自由層２２６（第１の磁性層２０１）と、上部中間層２２７（中間層２０３）と、上部第１磁化固定層２２８（第２の磁性層２０２）の平面形状は、図２６（ｄ）及び図２６（ｅ）に示す構造を組み合わせたものである。
The lower first magnetization fixed layer 224 and the upper first magnetization fixed layer 228 correspond to the second magnetic layer 202. The magnetization free layer 226 corresponds to the first magnetic layer 201. 52, the lower first magnetization fixed layer 224 (second magnetic layer 202), the lower intermediate layer 225 (intermediate layer 203), and the magnetization free layer 226 (first magnetic layer 201) of the strain detection element 200s shown in FIG. ), The upper intermediate layer 227 (intermediate layer 203), and the upper first magnetization fixed layer 228 (second magnetic layer 202) are combined with the structures shown in FIGS. 26 (d) and 26 (e). It is a thing.
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。下部ピニング層２２１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。下部第２磁化固定層２２２には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。下部磁気結合層２２３には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。下部第１磁化固定層２２４には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。下部中間層２２５には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２２６には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。上部中間層２２７には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。上部第１磁化固定層２２８には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。上部磁気結合層２２９には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。上部第２磁化固定層２３０には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。上部ピニング層２３１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 205. The thickness of the Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nanometers (nm). The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example. For the lower pinning layer 221, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For the lower second magnetization fixed layer 222, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the lower magnetic coupling layer 223, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the lower first magnetization fixed layer 224, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the lower intermediate layer 225, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the magnetization free layer 226, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used. For the upper intermediate layer 227, for example, an MgO layer having a thickness of 1.6 nm is used. For the upper first magnetization fixed layer 228, for example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 50 Co 50 is used. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 50 Co 50 layer is, for example, 1 nm. For the upper magnetic coupling layer 229, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used. For the upper second magnetization fixed layer 230, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the upper pinning layer 231, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used. For example, Ta / Ru is used for the cap layer 211. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.
歪検出素子２００ｓの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
The material of each layer of the strain detection element 200s can be the same as the material of each layer of the strain detection element 200A.
また、図５２に示す歪検出素子２００ｓは、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２からなる接合を直列及び並列に接続して構成されているが、例えば図５３に示す歪検出素子２００ｔの様に、直列及び並列に接続しても良い。
In addition, the strain detection element 200s shown in FIG. 52 is configured by connecting junctions including the first magnetic layer 201, the intermediate layer 203, and the second magnetic layer 202 in series and in parallel. It may be connected in series and in parallel like the strain detecting element 200t shown.
次に、図５４及び図５５を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の製造方法について説明する。図５４及び図５５は、例えば図３０に示す歪検出素子２００ａを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, with reference to FIGS. 54 and 55, a method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described. 54 and 55 are schematic cross-sectional views showing a state when the strain detecting element 200a shown in FIG. 30 is manufactured, for example.
本製造方法は、図５４（ａ）〜図５４（ｄ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示す工程と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 54A to 54D are performed in the same manner as the steps shown in FIGS. 18A to 18D for manufacturing the strain detection element 200A.
次に、図５４（ｅ）に示す通り、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、キャップ層２６０とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。この工程で、第２の磁性層２０２を含む積層体が複数に分断され、複数の第２の磁性層２０２が形成される。
Next, as shown in FIG. 54E, the underlayer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, and the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Then, the cap layer 260 is removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. In this step, the stacked body including the second magnetic layer 202 is divided into a plurality of parts, and a plurality of second magnetic layers 202 are formed.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、図５４（ｆ）に示すように、積層体の最表面の中間キャップ層２６０と第１磁化固定層２０９の一部、および絶縁層２１３の一部を除去する。この除去工程には、物理ミリングなどが実施される。例えば、ＡｒイオンミリングやＡｒプラズマを用いた基板バイアス処理を実施する。図５４（ｆ）に示す工程を、後に形成される磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）を含む積層体を成膜する装置内で行うことによって、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の最表面を清浄な状態として、真空中にて中間層の形成に移ることができる。例えば、中間キャップ層２６０のＭｇＯ（３ｎｍ）を完全に除去し、第１磁化固定層２０９のＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（８ｎｍ）のうち５ｎｍを除去した後、第１磁化固定層２０９としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）を形成する。
Next, as shown in FIG. 54F, a part of the intermediate cap layer 260 and the first magnetization fixed layer 209 on the outermost surface of the stacked body and a part of the insulating layer 213 are removed. For this removal step, physical milling or the like is performed. For example, substrate bias processing using Ar ion milling or Ar plasma is performed. The step shown in FIG. 54F is performed in an apparatus for forming a stack including the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) to be formed later, whereby the first magnetization fixed layer 209 (second The outermost surface of the magnetic layer 202) can be made clean to move to formation of the intermediate layer in a vacuum. For example, MgO (3 nm) of the intermediate cap layer 260 is completely removed, 5 nm of Co 40 Fe 40 B 20 (8 nm) of the first magnetization fixed layer 209 is removed, and then Co 40 is used as the first magnetization fixed layer 209. Fe 40 B 20 (3 nm) is formed.
次に、図５４（ｇ）に示す通り、第１磁化固定層２０９上に、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に、磁化自由層２１０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。尚、磁化自由層２１０とキャップ層２１１の間には、図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as illustrated in FIG. 54G, the intermediate layer 203, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the cap layer 211 are sequentially stacked on the first magnetization fixed layer 209. For example, MgO (1.6 nm) is formed as the intermediate layer 203. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the magnetization free layer 210. On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211. Note that MgO (1.5 nm) may be formed between the magnetization free layer 210 and the cap layer 211 as a diffusion prevention layer (not shown).
次に、図５４（ｈ）に示す通り、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。ここで、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）を含む積層体の平面寸法を、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）を含む積層体の平面寸法と重なる様に加工する。
Next, as shown in FIG. 54H, the intermediate layer 203, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the cap layer 211 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Here, the planar dimension of the stacked body including the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) is processed so as to overlap the planar dimension of the stacked body including the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). To do.
次に、磁化自由層２１０を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, the insulating layer 213 is embedded and formed around the stacked body including the magnetization free layer 210. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図５４（ｄ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 54D in which the stacked body including the second magnetic layer 202 is formed.
次に、図５４（ｉ）に示す通り、絶縁層２１３中にハードバイアス層２１４を埋め込む。例えば、ハードバイアス層２１４を埋め込むためのホールを絶縁層２１３に形成する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。この工程において、ホールの形成は周辺の絶縁層２１３を貫通するところまで行っても良いし、途中で止めても良い。図５４（ｉ）ではホールの形成を途中で止めて、絶縁層２１３を貫通させない場合を例示している。ホールを、絶縁層２１３を貫通するところまでエッチングした場合には、図５４（ｉ）に示すハードバイアス層２１４の埋め込み工程において、ハードバイアス層２１４の下に図示しない絶縁層を成膜する必要がある。
Next, as shown in FIG. 54I, the hard bias layer 214 is embedded in the insulating layer 213. For example, a hole for embedding the hard bias layer 214 is formed in the insulating layer 213. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. In this step, the hole may be formed as far as it penetrates the peripheral insulating layer 213 or may be stopped halfway. FIG. 54 (i) illustrates a case where the formation of holes is stopped halfway and the insulating layer 213 is not penetrated. When the hole is etched to the point where it penetrates the insulating layer 213, it is necessary to form an insulating layer (not shown) under the hard bias layer 214 in the step of embedding the hard bias layer 214 shown in FIG. is there.
次に、形成したホールにハードバイアス層２１４を埋め込む。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面にハードバイアス層２１４を成膜し、その後レジストパターンを除去する。ここでは、例えば、ハードバイアス層用下地層として、Ｃｒ（５ｎｍ）を形成し、その上にハードバイアス層２１４として、例えば、Ｃｏ８０Ｐｔ２０（２０ｎｍ）を形成する。その上に、さらに図示しないキャップ層を形成しても良い。このキャップ層として、歪検出素子２００Ａのキャップ層に使用可能な材料として上述した材料を用いても良いし、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどの絶縁層を用いても良い。
Next, the hard bias layer 214 is embedded in the formed hole. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the hard bias layer 214 is formed on the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. Here, for example, Cr (5 nm) is formed as the base layer for the hard bias layer, and for example, Co 80 Pt 20 (20 nm) is formed as the hard bias layer 214 thereon. A cap layer (not shown) may be further formed thereon. As the cap layer, the above-described materials that can be used for the cap layer of the strain sensing element 200A may be used, or an insulating layer such as SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x may be used.
次に、室温で外部磁界を加えて、ハードバイアス層２１４に含まれるハード磁性材料の磁化方向の設定を行う。この外部磁界によるハードバイアス層２１４の磁化方向の設定は、ハードバイアス層２１４の埋め込み後であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, an external magnetic field is applied at room temperature to set the magnetization direction of the hard magnetic material included in the hard bias layer 214. The setting of the magnetization direction of the hard bias layer 214 by the external magnetic field may be performed at any timing as long as the hard bias layer 214 is embedded.
尚、図５４（ｉ）に示すハードバイアス層２１４の埋め込み工程は、図５４（ｈ）に示す絶縁層２１３の埋め込み工程で同時に行ってもよい。また、図５４（ｉ）に示すハードバイアス層２１４の埋め込み工程は必ずしも行わなくともよい。
Note that the embedding process of the hard bias layer 214 shown in FIG. 54 (i) may be performed simultaneously with the embedding process of the insulating layer 213 shown in FIG. 54 (h). Also, the step of embedding the hard bias layer 214 shown in FIG. 54 (i) is not necessarily performed.
次に、図５５（ｊ）に示す通り、キャップ層２１１上に、上部電極２１２を積層する。次に、図５５（ｋ）に示す通り、上部電極２１２を、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが行われる。
Next, as illustrated in FIG. 55J, the upper electrode 212 is stacked on the cap layer 211. Next, as shown in FIG. 55 (k), the upper electrode 212 is removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask.
次に、図５５（ｌ）に示す通り、上部電極２１２及びハードバイアス２１４を覆う保護層２１５を成膜する。例えば、保護層２１５として、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどの絶縁層を用いても良い。尚、保護層２１５は必ずしも設けなくともよい。
Next, as shown in FIG. 55L, a protective layer 215 that covers the upper electrode 212 and the hard bias 214 is formed. For example, an insulating layer such as SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x may be used as the protective layer 215. Note that the protective layer 215 is not necessarily provided.
尚、図５４（ａ）〜図５５（ｌ）では図示していないが、下部電極２０４や上部電極２１２へのコンタクトホールの形成を行っても良い。
Although not shown in FIGS. 54A to 55L, contact holes may be formed in the lower electrode 204 and the upper electrode 212.
次に、図５６を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の製造方法について説明する。図５６は、例えば図３１に示す歪検出素子２００ｂを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, another method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 56 is a schematic cross-sectional view showing a state when, for example, the strain detection element 200b shown in FIG. 31 is manufactured.
本製造方法は、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する上記方法と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 18A and 18B are performed in the same manner as the method for manufacturing the strain detection element 200A.
次に、図５６（ａ）に示すように、下部電極２０４の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。この工程において、下部電極２０４の平面形状が複数に分断される。すなわち、第１の下部電極と第２の下部電極が形成される。
Next, as shown in FIG. 56A, the planar shape of the lower electrode 204 is processed. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. In this step, the planar shape of the lower electrode 204 is divided into a plurality. That is, the first lower electrode and the second lower electrode are formed.
さらに、下部電極２０４の周辺に絶縁層１２６の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層１２６を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層１２６として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Further, the insulating layer 126 is embedded and formed around the lower electrode 204. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 126 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. As the insulating layer 126, for example, SiO x , AlO x , SiN x, AlN x, or the like can be used.
次に、図５６（ｂ）に示す通り、下部電極２０４上に、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９と、中間キャップ層２６０とを順に積層する。この工程は、図１８（ｄ）を参照して説明した方法と同様に行う事が出来る。
Next, as shown in FIG. 56B, on the lower electrode 204, the base layer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, the first magnetization fixed layer 209, The intermediate cap layer 260 is laminated in order. This step can be performed in the same manner as the method described with reference to FIG.
次に、図５６（ｃ）に示す通り、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、キャップ層２６０とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。また、この工程は、図５６（ａ）を参照して説明した工程において分断された下部電極２０４上に、第２の磁性層２０２を含む積層体がそれぞれ独立して設けられるように行われる。
Next, as shown in FIG. 56C, the underlayer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, and the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Then, the cap layer 260 is removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Further, this step is performed so that the stacked body including the second magnetic layer 202 is independently provided on the lower electrode 204 separated in the step described with reference to FIG.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
以下、図５６（ｄ）〜図５６（ｇ）に示す通り、図５４（ｆ）〜図５４（ｉ）を参照して説明した工程とほぼ同様の工程を行う。
Thereafter, as shown in FIGS. 56 (d) to 56 (g), substantially the same steps as those described with reference to FIGS. 54 (f) to 54 (i) are performed.
次に、図５６（ｈ）に示す通り、キャップ層２１１及びハードバイアス２１４を覆う保護層２１５を成膜する。例えば、保護層２１５として、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどの絶縁層を用いても良い。尚、保護層２１５は必ずしも設けなくともよい。
Next, as shown in FIG. 56H, a protective layer 215 that covers the cap layer 211 and the hard bias 214 is formed. For example, an insulating layer such as SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x may be used as the protective layer 215. Note that the protective layer 215 is not necessarily provided.
尚、図５６（ａ）〜図５６（ｈ）では図示していないが、下部電極２０４や上部電極２１２へのコンタクトホールの形成を行っても良い。
Although not shown in FIGS. 56A to 56H, contact holes may be formed in the lower electrode 204 and the upper electrode 212.
次に、図５７を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の製造方法について説明する。図５７は、例えば図３７に示す歪検出素子２００ｈを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, with reference to FIG. 57, another method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described. FIG. 57 is a schematic cross-sectional view showing a state when the strain detecting element 200h shown in FIG. 37 is manufactured, for example.
本製造方法は、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する上記方法と同様に行われる。また、図５６（ａ）に示す工程については、歪検出素子２００ｂを製造する上記方法と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 18A and 18B are performed in the same manner as the method for manufacturing the strain detection element 200A. Further, the process shown in FIG. 56A is performed in the same manner as the above-described method for manufacturing the strain detection element 200b.
次に、図５７（ａ）に示す通り、下部電極２０４上に、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）と、中間キャップ層２６０とを順に積層する。例えば、下地層２０５として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）を形成する。その上にピニング層２０６として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に第２磁化固定層２０７／磁気結合層２０８／第１磁化固定層２０９として、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）を形成する。その上に中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に、さらに中間キャップ層２６０として、ＭｇＯ（３ｎｍ）を形成する。ここで、中間キャップ層２６０と第２磁化自由層２４１の一部は後に説明する工程で除去される。
Next, as shown in FIG. 57A, on the lower electrode 204, the underlayer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, the first magnetization fixed layer 209, The intermediate layer 203, the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251), and the intermediate cap layer 260 are sequentially stacked. For example, Ta (3 nm) / Ru (2 nm) is formed as the base layer 205. On top of that, IrMn (7 nm) is formed as a pinning layer 206. Further, Co 75 Fe 25 (2.5 nm) / Ru (0.9 nm) / Co 40 Fe 40 B 20 (3 nm) is used as the second magnetization fixed layer 207 / magnetic coupling layer 208 / first magnetization fixed layer 209. Form. On top of that, MgO (1.6 nm) is formed as an intermediate layer 203. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251). On top of that, MgO (3 nm) is further formed as an intermediate cap layer 260. Here, the intermediate cap layer 260 and a part of the second magnetization free layer 241 are removed in a process described later.
次に、図５７（ｂ）に示す通り、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４１（第３の磁性層２５１）と、キャップ層２６０とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。また、この工程は、図５６（ａ）を参照して説明した工程において分断された下部電極２０４上に、第２の磁性層２０２を含む積層体がそれぞれ独立して設けられるように行われる。
Next, as shown in FIG. 57B, the underlayer 205, the pinning layer 206, the second magnetization fixed layer 207, the magnetic coupling layer 208, and the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). Then, the intermediate layer 203, the second magnetization free layer 241 (third magnetic layer 251), and the cap layer 260 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Further, this step is performed so that the stacked body including the second magnetic layer 202 is independently provided on the lower electrode 204 separated in the step described with reference to FIG.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、図５７（ｃ）に示すように、積層体の最表面の中間キャップ層２６０と第２磁化自由層２４１の一部、および絶縁層２１３の一部を除去する。この除去工程には、物理ミリングなどが実施される。例えば、ＡｒイオンミリングやＡｒプラズマを用いた基板バイアス処理を実施する。図５７（ｃ）に示す工程を、後に形成される第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）を含む積層体を成膜する装置内で行うことによって、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の最表面を清浄な状態として、真空中にて中間層の形成に移ることができる。例えば、中間キャップ層２６０のＭｇＯ（３ｎｍ）を完全に除去し、第２磁化自由層２４１のＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）のうち３ｎｍを除去した後、第２磁化自由層２４１としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（１ｎｍ）を形成する。
Next, as shown in FIG. 57C, the intermediate cap layer 260 and a part of the second magnetization free layer 241 on the outermost surface of the stacked body and a part of the insulating layer 213 are removed. For this removal step, physical milling or the like is performed. For example, substrate bias processing using Ar ion milling or Ar plasma is performed. The step shown in FIG. 57C is performed in an apparatus for forming a stacked body including the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) to be formed later, whereby the first magnetization fixed layer 209 ( With the outermost surface of the second magnetic layer 202) being in a clean state, the intermediate layer can be formed in a vacuum. For example, MgO (3 nm) in the intermediate cap layer 260 is completely removed, 3 nm is removed from Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) in the second magnetization free layer 241, and then Co 40 is used as the second magnetization free layer 241. Fe 40 B 20 (1 nm) is formed.
次に、図５７（ｄ）に示す通り、第２磁化自由層２４１上に、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、第１磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。尚、磁化自由層２１０とキャップ層２１１の間には、図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as illustrated in FIG. 57D, the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201) and the cap layer 211 are sequentially stacked on the second magnetization free layer 241. For example, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the first magnetization free layer 242 (first magnetic layer 201). On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211. Note that MgO (1.5 nm) may be formed between the magnetization free layer 210 and the cap layer 211 as a diffusion prevention layer (not shown).
次に、図５７（ｅ）に示す通り、第２磁化自由層２４１（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。ここで、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）を含む積層体の平面寸法を、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）を含む積層体の平面寸法と重なる様に加工する。
Next, as shown in FIG. 57E, the second magnetization free layer 241 (first magnetic layer 201) and the cap layer 211 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. Here, the planar dimension of the stacked body including the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201) is processed so as to overlap the planar dimension of the stacked body including the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). To do.
次に、磁化自由層２１０を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, the insulating layer 213 is embedded and formed around the stacked body including the magnetization free layer 210. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図５７（ａ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 57A in which the stacked body including the second magnetic layer 202 is formed.
以下、図５７（ｆ）に示す通り、図５６（ｈ）を参照して説明した工程とほぼ同様の工程によって、図３７に示した歪検出素子２００ｈを製造する事が可能である。このような製造方法を用いた場合、図５６（ａ）を参照して説明した工程においては、ＭＲ効果に重要な影響を与える中間層２０３近傍の積層構造（第１磁化固定層２０９、中間層２０３及び第２磁化自由層２４１）を真空中で一貫して成膜できるため、高いＭＲ変化率を得る観点から好ましい。
In the following, as shown in FIG. 57 (f), the strain detecting element 200h shown in FIG. 37 can be manufactured by substantially the same process as described with reference to FIG. 56 (h). When such a manufacturing method is used, in the process described with reference to FIG. 56 (a), a laminated structure (the first magnetization fixed layer 209, the intermediate layer) in the vicinity of the intermediate layer 203 that has an important influence on the MR effect. 203 and the second magnetization free layer 241) can be formed consistently in a vacuum, which is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR ratio.
次に、図５８を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の製造方法について説明する。図５８は、例えば図４３に示す歪検出素子２００ｊを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, another method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 58 is a schematic cross-sectional view showing a state when, for example, the strain detection element 200j shown in FIG. 43 is manufactured.
本製造方法は、図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する上記方法と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 18A to 18C are performed in the same manner as the above-described method for manufacturing the strain detection element 200A.
次に、図５８（ａ）に示す通り、下部電極２０４上に、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、下地層２０５として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５ｎｍ）を形成する。その上に磁化自由層２１０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）／磁気結合層２０８／第２磁化固定層２０７として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｆｅ５０Ｃｏ５０（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）を形成する。その上にピニング層２０６として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。ここで、磁化自由層２１０と下地層２０５の間に図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 58A, on the lower electrode 204, the underlayer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), the intermediate layer 203, and the first magnetization fixed layer 209 (first magnetization layer 209). 2 magnetic layer 202), magnetic coupling layer 208, second magnetization fixed layer 207, pinning layer 206, and cap layer 211 are sequentially stacked. For example, Ta (3 nm) / Cu (5 nm) is formed as the base layer 205. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the magnetization free layer 210. On top of that, MgO (1.6 nm) is formed as an intermediate layer 203. On top of that, as the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) / magnetic coupling layer 208 / second magnetization fixed layer 207, Co 40 Fe 40 B 20 (2 nm) / Fe 50 Co 50 (1 nm) / Ru (0.9 nm) / Co 75 Fe 25 (2.5 nm) is formed. On top of that, IrMn (7 nm) is formed as a pinning layer 206. On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211. Here, MgO (1.5 nm) may be formed as a diffusion prevention layer (not shown) between the magnetization free layer 210 and the underlayer 205.
次に、図５８（ｂ）に示すように、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。この工程で、第２の磁性層２０２を含む積層体が複数に分断され、複数の第２の磁性層２０２が形成される。
Next, as shown in FIG. 58B, the intermediate layer 203, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the magnetic coupling layer 208, the second magnetization fixed layer 207, and the pinning layer 206 and the cap layer 211 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. In this step, the stacked body including the second magnetic layer 202 is divided into a plurality of parts, and a plurality of second magnetic layers 202 are formed.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。この工程では、中間層２０３または磁化自由層２１０の一部まででエッチング工程を止めることによって、磁化自由層２１０の平面形状が全て加工されない状態とする。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213. In this process, the etching process is stopped up to a part of the intermediate layer 203 or the magnetization free layer 210 so that the planar shape of the magnetization free layer 210 is not completely processed.
次に、図５８（ｃ）に示すように、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、上記工程において埋め込んだ絶縁層２１３とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。この工程では、下地層２０５にまでエッチングを行い、磁化自由層２１０の平面形状が第１磁化固定層２０９の寸法よりも大きい状態とする。
Next, as shown in FIG. 58C, the base layer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the insulating layer 213 embedded in the above process are removed leaving a part. . In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. In this step, the underlying layer 205 is etched so that the planar shape of the magnetization free layer 210 is larger than the dimension of the first magnetization fixed layer 209.
次に、磁化自由層２１０を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, the insulating layer 213 is embedded and formed around the stacked body including the magnetization free layer 210. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図５８（ａ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 58A in which the stacked body including the second magnetic layer 202 is formed.
以下、図５８（ｄ）〜図５８（ｇ）に示す通り、図５４（ｉ）及び図５５を参照して説明した工程とほぼ同様の工程によって、図４３に示した歪検出素子２００ｊを製造する事が可能である。このような製造方法を用いた場合、図５８（ａ）を参照して説明した工程においては、ＭＲ効果に重要な影響を与える中間層２０３近傍の積層構造（磁化自由層２１０、中間層２０３及び第１磁化固定層２０９）を真空中で一貫して成膜できるため、高いＭＲ変化率を得る観点から好ましい。
Thereafter, as shown in FIGS. 58 (d) to 58 (g), the strain detecting element 200j shown in FIG. 43 is manufactured through substantially the same steps as those described with reference to FIGS. 54 (i) and 55. It is possible to do. When such a manufacturing method is used, in the process described with reference to FIG. 58 (a), a laminated structure in the vicinity of the intermediate layer 203 (magnetization free layer 210, intermediate layer 203, and The first magnetization fixed layer 209) can be formed consistently in a vacuum, which is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR ratio.
次に、図５９を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の製造方法について説明する。図５９は、例えば図４４に示す歪検出素子２００ｋを製造する時の様子を示す模式的な断面図である。
Next, another method for manufacturing the strain sensing element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 59 is a schematic cross-sectional view showing a state when, for example, the strain detection element 200k shown in FIG. 44 is manufactured.
本製造方法は、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示す工程については、歪検出素子２００Ａを製造する上記方法と同様に行われる。
In this manufacturing method, the steps shown in FIGS. 18A and 18B are performed in the same manner as the method for manufacturing the strain detection element 200A.
次に、図５９（ａ）に示す通り、膜部１２０上に、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを順に積層する。例えば、下地層２０５として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５ｎｍ）を形成する。その上に磁化自由層２１０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を形成する。その上に中間層２０３として、ＭｇＯ（１．６ｎｍ）を形成する。その上に第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）／磁気結合層２０８／第２磁化固定層２０７として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｆｅ５０Ｃｏ５０（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）を形成する。その上にピニング層２０６として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に、キャップ層２１１として、Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）を形成する。ここで、磁化自由層２１０と下地層２０５の間に図示しない拡散防止層として、ＭｇＯ（１．５ｎｍ）を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 59A, on the film portion 120, the underlayer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), the intermediate layer 203, and the first magnetization fixed layer 209 (first magnetization layer 209). 2 magnetic layer 202), magnetic coupling layer 208, second magnetization fixed layer 207, pinning layer 206, and cap layer 211 are sequentially stacked. For example, Ta (3 nm) / Cu (5 nm) is formed as the base layer 205. On top of that, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is formed as the magnetization free layer 210. On top of that, MgO (1.6 nm) is formed as an intermediate layer 203. On top of that, as the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202) / magnetic coupling layer 208 / second magnetization fixed layer 207, Co 40 Fe 40 B 20 (2 nm) / Fe 50 Co 50 (1 nm) / Ru (0.9 nm) / Co 75 Fe 25 (2.5 nm) is formed. On top of that, IrMn (7 nm) is formed as a pinning layer 206. On top of that, Cu (3 nm) / Ta (2 nm) / Ru (10 nm) is formed as a cap layer 211. Here, MgO (1.5 nm) may be formed as a diffusion prevention layer (not shown) between the magnetization free layer 210 and the underlayer 205.
次に、図５９（ｂ）に示すように、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。この工程で、第２の磁性層２０２を含む積層体が複数に分断され、複数の第２の磁性層２０２が形成される。
Next, as shown in FIG. 59B, the intermediate layer 203, the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202), the magnetic coupling layer 208, the second magnetization fixed layer 207, and the pinning layer 206 and the cap layer 211 are removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. In this step, the stacked body including the second magnetic layer 202 is divided into a plurality of parts, and a plurality of second magnetic layers 202 are formed.
次に、第１磁化固定層２０９を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。この工程では、中間層２０３または磁化自由層２１０の一部まででエッチング工程を止めることによって、磁化自由層２１０の平面形状が全て加工されない状態とする。
Next, an insulating film 213 is embedded around the stacked body including the first magnetization fixed layer 209. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213. In this process, the etching process is stopped up to a part of the intermediate layer 203 or the magnetization free layer 210 so that the planar shape of the magnetization free layer 210 is not completely processed.
次に、図５９（ｃ）に示すように、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、上記工程において埋め込んだ絶縁層２１３とを、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを実施する。この工程では、下地層２０５にまでエッチングを行う。また、この工程は、図５９（ｂ）において分断された複数の第１磁化固定層２０９が、ＸＹ平面から見て磁化自由層２１０と重なる様に行われる。
Next, as shown in FIG. 59 (c), the underlying layer 205, the magnetization free layer 210 (first magnetic layer 201), and the insulating layer 213 embedded in the above process are removed leaving a part. . In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. For example, Ar ion milling is performed. In this step, etching is performed up to the base layer 205. Further, this step is performed so that the plurality of first magnetization fixed layers 209 divided in FIG. 59B overlap with the magnetization free layer 210 when viewed from the XY plane.
次に、磁化自由層２１０を含む積層体の周辺に、絶縁層２１３の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層２１３を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層２１３として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
Next, the insulating layer 213 is embedded and formed around the stacked body including the magnetization free layer 210. In this process, for example, a lift-off process is performed. For example, the insulating layer 213 is formed over the entire surface while leaving the resist pattern formed by photolithography, and then the resist pattern is removed. For example, SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x can be used as the insulating layer 213.
次に、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの外部磁場を印加しつつ３００℃で一時間のアニールを行う。ここで、磁界中アニールは、第２の磁性層２０２を含む積層体を形成した図５９（ａ）の工程以降であれば、どのタイミングで行ってもよい。
Next, annealing in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the first magnetization fixed layer 209 (second magnetic layer 202). For example, annealing is performed for one hour at 300 ° C. while applying an external magnetic field of 7 kOe. Here, the annealing in the magnetic field may be performed at any timing as long as it is after the step of FIG. 59A in which the stacked body including the second magnetic layer 202 is formed.
次に、例えば図５９（ｄ）に示す通り、絶縁層２１３にハードバイアス層２１４を埋め込む。本工程は、例えば、図５４（ｅ）を参照して説明した工程と同様に行う事が出来る。
Next, for example, as illustrated in FIG. 59D, the hard bias layer 214 is embedded in the insulating layer 213. This step can be performed, for example, in the same manner as the step described with reference to FIG.
次に、図５９（ｅ）に示す通り、キャップ層２１１上に、上部電極２１２を積層する。次に、図５９（ｆ）に示す通り、上部電極２１２を、一部を残して除去する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが行われる。この工程において、上部電極２１２の平面形状が複数に分断される。すなわち、第１の上部電極と第２の上部電極が形成される。
Next, as shown in FIG. 59 (e), the upper electrode 212 is laminated on the cap layer 211. Next, as shown in FIG. 59F, the upper electrode 212 is removed leaving a part. In this step, the resist is patterned by photolithography, and then physical milling or chemical milling is performed using a resist pattern (not shown) as a mask. In this step, the planar shape of the upper electrode 212 is divided into a plurality of parts. That is, the first upper electrode and the second upper electrode are formed.
次に、図５９（ｇ）に示す通り、上部電極２１２及びハードバイアス２１４を覆う保護層２１５を成膜する。例えば、保護層２１５として、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどの絶縁層を用いても良い。尚、保護層２１５は必ずしも設けなくともよい。
Next, as shown in FIG. 59G, a protective layer 215 is formed to cover the upper electrode 212 and the hard bias 214. For example, an insulating layer such as SiO x , AlO x , SiN x, and AlN x may be used as the protective layer 215. Note that the protective layer 215 is not necessarily provided.
尚、図５９（ａ）〜図５９（ｇ）では図示していないが、下部電極２０４や上部電極２１２へのコンタクトホールの形成を行っても良い。このような製造方法を用いた場合、図５９（ａ）を参照して説明した工程においては、ＭＲ効果に重要な影響を与える中間層２０３近傍の積層構造（磁化自由層２１０、中間層２０３及び第１磁化固定層２０９）を真空中で一貫して成膜できるため、高いＭＲ変化率を得る観点から好ましい。
Although not shown in FIGS. 59A to 59G, contact holes may be formed in the lower electrode 204 and the upper electrode 212. When such a manufacturing method is used, in the process described with reference to FIG. 59 (a), a laminated structure in the vicinity of the intermediate layer 203 (magnetization free layer 210, intermediate layer 203, and The first magnetization fixed layer 209) can be formed consistently in a vacuum, which is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR ratio.
［３．第３の実施の形態］
次に、第１及び第２の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサの構成例１００について説明する。図６０は、本実施の形態に係る圧力センサ１００の構成を示す模式的な斜視図、図６１は図１のＡ−Ａ’から見た模式的な断面図、図６２は圧力センサ１００の構成を示す模式的な平面図である。
[3. Third Embodiment]
Next, a configuration example 100 of a pressure sensor equipped with the strain detection element 200 according to the first and second embodiments will be described. 60 is a schematic perspective view showing the configuration of the pressure sensor 100 according to the present embodiment, FIG. 61 is a schematic cross-sectional view seen from AA ′ of FIG. 1, and FIG. It is a typical top view which shows.
図６０に示す通り、圧力センサ１００は、基板１１０と、基板１１０の一の面に設けられた膜部１２０と、膜部１２０上に設けられた歪検出素子２００を備える。歪検出素子２００は、第１または第２の実施の形態に係る歪検出素子２００である。歪検知素子２００は、膜部１２０上の一部に設けられる。また、膜部１２０上には、歪検出素子２００に接続される配線１３１、パッド１３２、配線１３３及びパッド１３４が設けられている。
As shown in FIG. 60, the pressure sensor 100 includes a substrate 110, a film part 120 provided on one surface of the substrate 110, and a strain detection element 200 provided on the film part 120. The strain detection element 200 is the strain detection element 200 according to the first or second embodiment. The strain sensing element 200 is provided in a part on the film part 120. Further, a wiring 131, a pad 132, a wiring 133, and a pad 134 connected to the strain detection element 200 are provided on the film unit 120.
図６１に示す通り、基板１１０は空洞部１１１を有する板状の基板であり、膜部１２０が外部の圧力に応じて撓むように膜部１２０を支持する支持部として機能する。本実施の形態において、空洞部１１１は基板１１０を貫通する円筒状の穴である。基板１１０は、例えばシリコンなどの半導体材料、金属などの導電材料、または、絶縁性材料からなる。また、基板１１０は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでいても良い。
As shown in FIG. 61, the substrate 110 is a plate-like substrate having a hollow portion 111, and functions as a support portion that supports the film portion 120 so that the film portion 120 bends according to external pressure. In the present embodiment, the cavity 111 is a cylindrical hole that penetrates the substrate 110. The substrate 110 is made of, for example, a semiconductor material such as silicon, a conductive material such as metal, or an insulating material. Further, the substrate 110 may contain, for example, silicon oxide, silicon nitride, or the like.
空洞部１１１の内部は、膜部１２０を撓ませることが出来るように設計されている。例えば、空洞部１１１の内部は減圧状態または真空状態であっても良い。また、空洞部１１１の内部には、空気などの気体または液体が充填されていても良い。更に、空洞部１１１は、外部と連通されていても良い。
The inside of the cavity portion 111 is designed so that the film portion 120 can be bent. For example, the inside of the cavity 111 may be in a reduced pressure state or a vacuum state. In addition, the cavity 111 may be filled with a gas such as air or a liquid. Furthermore, the cavity 111 may be communicated with the outside.
図６１に示す通り、膜部１２０は、基板１１０と比較して薄く形成されている。また、膜部１２０は、空洞部１１１の直上に位置し、外部の圧力に応じて撓む振動部１２１と、振動部１２１と一体形成され、基板１１１によって支持される被支持部１２２を有する。歪検知素子２００は、振動部１２１の一部に設けられる。例えば図６２（ａ）に示す通り、被支持部１２２は、振動部１２１を取り囲んでいる。以下、膜部１２０の空洞部１１１の直上に位置する領域を第１の領域Ｒ１と呼ぶ。
As shown in FIG. 61, the film part 120 is formed thinner than the substrate 110. Further, the film unit 120 includes a vibrating part 121 that is positioned immediately above the cavity part 111 and bends according to external pressure, and a supported part 122 that is integrally formed with the vibrating part 121 and supported by the substrate 111. The strain sensing element 200 is provided in a part of the vibration part 121. For example, as shown in FIG. 62A, the supported portion 122 surrounds the vibrating portion 121. Hereinafter, a region located immediately above the cavity 111 of the film unit 120 is referred to as a first region R1.
第１の領域Ｒ１は種々の形に形成する事が可能であり、例えば図６２（ａ）に示す通り、略真円状に形成しても良いし、図６２（ｂ）に示す通り、楕円状（例えば、扁平円形状）に形成しても良いし、図６２（ｃ）に示す通り、略正方形状に形成しても良いし、図６２（ｅ）に示す通り、長方形状に形成しても良い。また、例えば第１の領域Ｒ１を略正方形状または略長方形状に形成した場合には、図６２（ｄ）または図６２（ｆ）に示す通り、４隅の部分を丸く形成する事も可能である。更に、第１の領域Ｒ１は、多角形や正多角形とすることも可能である。
The first region R1 can be formed in various shapes. For example, the first region R1 may be formed in a substantially perfect circle shape as shown in FIG. 62 (a), or an ellipse as shown in FIG. 62 (b). (For example, a flat circular shape), as shown in FIG. 62 (c), it may be formed in a substantially square shape, or as shown in FIG. 62 (e), it is formed in a rectangular shape. May be. For example, when the first region R1 is formed in a substantially square shape or a substantially rectangular shape, the four corner portions can be formed round as shown in FIG. 62 (d) or 62 (f). is there. Furthermore, the first region R1 can be a polygon or a regular polygon.
膜部１２０の材料には、例えば、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ポリイミドまたはパラキシリレン系ポリマーなどのフレキシブルプラスティック材料等の絶縁性材料を用いても良い。また、膜部１２０の材料には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含んでも良い。また、膜部１２０の材料には、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良いし、Ａｌ等の金属材料を用いても良い。
As the material of the film part 120, for example, an insulating material such as a flexible plastic material such as SiO x , SiN x , polyimide, or paraxylylene-based polymer may be used. In addition, the material of the film unit 120 may include, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. Further, as the material of the film part 120, for example, a semiconductor material such as silicon or a metal material such as Al may be used.
膜部１２０は、基板１１０と比較して薄く形成される。膜部１２０の厚み（Ｚ方向の幅）は、例えば、０．１マイクロメートル（μｍ）以上３μｍ以下である。膜部１２０の厚みは、０．２μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。膜部１２０には、例えば、厚さが０．２μｍの酸化シリコン膜と、厚さが０．４μｍのシリコン膜との積層体を用いても良い。
The film part 120 is formed thinner than the substrate 110. The thickness (width in the Z direction) of the film part 120 is, for example, not less than 0.1 micrometer (μm) and not more than 3 μm. The thickness of the film part 120 is preferably 0.2 μm or more and 1.5 μm or less. For the film part 120, for example, a stacked body of a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm and a silicon film having a thickness of 0.4 μm may be used.
図６２に示す通り、歪検出素子２００は、膜部１２０上の第１の領域Ｒ１内に複数配置することができる。また、歪検出素子２００は、それぞれ第１の領域Ｒ１の外縁に沿って配置される。即ち、図６２に示す例においては、複数の歪検出素子２００のそれぞれと、第１の領域Ｒ１の外縁との間の距離（最短距離Ｌｍｉｎ）は、互いに同じである。膜部１２０上の第１の領域Ｒ１内に配置する歪検出素子２００の数は１でもよい。
As shown in FIG. 62, a plurality of strain detecting elements 200 can be arranged in the first region R1 on the film part 120. In addition, the strain detection element 200 is disposed along the outer edge of the first region R1. That is, in the example shown in FIG. 62, the distance (shortest distance Lmin) between each of the plurality of strain detection elements 200 and the outer edge of the first region R1 is the same. The number of strain detection elements 200 arranged in the first region R1 on the film unit 120 may be one.
例えば図６２（ａ）及び図６２（ｂ）に示す通り、第１の領域Ｒ１の外縁が曲線である場合、歪検出素子２００はその曲線に沿って配置される。また、例えば図６２（ｃ）及び（ｄ）に示す通り、第１の領域Ｒ１の外縁が直線である場合、歪検出素子２００はその直線に沿って直線状に配置される。
For example, as shown in FIGS. 62A and 62B, when the outer edge of the first region R1 is a curve, the strain detection element 200 is arranged along the curve. For example, as shown in FIGS. 62C and 62D, when the outer edge of the first region R1 is a straight line, the strain detection element 200 is linearly arranged along the straight line.
また、図６２中には、膜部１２０に外接する矩形と、この矩形の対角線を、一点鎖線で示している。この矩形及び一点鎖線によって分断された膜部１２０上における領域を、第１〜第４の平面領域と呼ぶ事とすると、歪検出素子２００は、第１〜第４の平面領域内に、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って、複数配置されている。
In FIG. 62, a rectangle circumscribing the film portion 120 and a diagonal line of the rectangle are indicated by a one-dot chain line. When the region on the film part 120 divided by the rectangle and the alternate long and short dash line is referred to as the first to fourth plane regions, the strain detecting element 200 is in the first to fourth plane regions. A plurality of regions are arranged along the outer edge of the region R1.
歪検出素子２００は、図６０に示す配線１３１を介してパッド１３２と、配線１３３を介してパッド１３４と接続されている。圧力センサ１００によって圧力の検出を行う場合には、これらパッド１３２及び１３４を介して歪検出素子２００に電圧が印加され、歪検出素子２００の電気抵抗値が測定される。尚、配線１３１及び配線１３３の間には、層間絶縁層を設けても良い。
The strain detection element 200 is connected to the pad 132 via the wiring 131 and the pad 134 via the wiring 133 shown in FIG. When pressure is detected by the pressure sensor 100, a voltage is applied to the strain detection element 200 via the pads 132 and 134, and the electrical resistance value of the strain detection element 200 is measured. Note that an interlayer insulating layer may be provided between the wiring 131 and the wiring 133.
歪検出素子２００として、例えば図１０に示す歪検出素子２００Ａの様に、下部電極２０４及び上部電極２１２を備えた構成を採用する場合には、例えば下部電極２０４に配線１３１が接続され、上部電極２１２に配線１３３が接続される。一方、図３１に示す歪検出素子２００ｂの様に、上部電極を有さず、下部電極２０４を２つ有している構成や、図３４に示す歪検出素子２００ｅの様に、下部電極を有さず、上部電極２１２を２つ有している構成を採用する場合には、一方の下部電極２０４または上部電極２１２に配線１３１が接続され、他方の下部電極２０４または上部電極２１２に配線１３３が接続される。尚、複数の歪検出素子２００は、図示しない配線を介して直列または並列に接続されていても良い。これにより、ＳＮ比を増大することができる。
In the case of adopting a configuration including the lower electrode 204 and the upper electrode 212 as the strain detection element 200A shown in FIG. 10 as the strain detection element 200, for example, the wiring 131 is connected to the lower electrode 204, and the upper electrode A wiring 133 is connected to 212. On the other hand, the strain detection element 200b shown in FIG. 31 does not have an upper electrode and has two lower electrodes 204, or the strain detection element 200e shown in FIG. 34 has a lower electrode. In the case where a configuration having two upper electrodes 212 is employed, the wiring 131 is connected to one lower electrode 204 or the upper electrode 212, and the wiring 133 is connected to the other lower electrode 204 or the upper electrode 212. Connected. The plurality of strain detection elements 200 may be connected in series or in parallel via a wiring (not shown). Thereby, SN ratio can be increased.
歪検出素子２００のサイズは、極めて小さくても良い。歪検出素子２００のＸＹ平面における面積は、第１の領域Ｒ１の面積よりも十分に小さくできる。例えば、歪検出素子２００の面積は、第１の領域Ｒ１の面積の１／５以下とすることができる。例えば、歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１の面積は、第１の領域Ｒ１の面積の１／５以下とすることができる。複数の歪検出素子２００を直列または並列に接続することによって、第１の領域Ｒ１の面積よりも十分に小さい歪検出素子２００を用いた場合でも、高いゲージファクタ、もしくは高いＳＮ比を実現することができる。
The size of the strain detection element 200 may be extremely small. The area of the strain detection element 200 in the XY plane can be sufficiently smaller than the area of the first region R1. For example, the area of the strain detection element 200 can be set to 1/5 or less of the area of the first region R1. For example, the area of the first magnetic layer 201 included in the strain detection element 200 can be set to 1/5 or less of the area of the first region R1. By connecting a plurality of strain detection elements 200 in series or in parallel, a high gauge factor or a high S / N ratio can be realized even when the strain detection element 200 sufficiently smaller than the area of the first region R1 is used. Can do.
例えば、第１の領域Ｒ１の直径が６０μｍ程度の場合に、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の第１の寸法は、１２μｍ以下とすることができる。例えば、第１の領域Ｒ１の直径が６００μｍ程度の場合には、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の寸法は、１２０μｍ以下とすることができる。歪検出素子２００の加工精度などを考慮すると、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の寸法を過度に小さくする必要はない。そのため、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の寸法は、例えば、０．０５μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。
For example, when the diameter of the first region R1 is about 60 μm, the first dimension of the strain detection element 200 (or the first magnetic layer 201) can be 12 μm or less. For example, when the diameter of the first region R1 is about 600 μm, the dimension of the strain detection element 200 (or the first magnetic layer 201) can be 120 μm or less. In consideration of the processing accuracy of the strain detection element 200, the dimension of the strain detection element 200 (or the first magnetic layer 201) does not need to be excessively small. Therefore, the dimension of the strain detection element 200 (or the first magnetic layer 201) can be set to, for example, 0.05 μm or more and 30 μm or less.
尚、図６０〜図６２に示す例においては、基板１１０と膜部１２０を別体として構成しているが、膜部１２０を基板１１０と一体に形成しても良い。また、膜部１２０には、基板１１０と同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。膜部１２０を基板１１０と一体に形成する場合には、基板１１０のうちの薄く形成された部分が膜部１２０（振動部１２１）となる。更に、振動部１２１は、図６０〜図６２に示すように、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って連続的に支持されていても良いし、第１の領域Ｒ１の外縁のうちの一部で支持されていても良い。
In the example shown in FIGS. 60 to 62, the substrate 110 and the film part 120 are configured separately, but the film part 120 may be formed integrally with the substrate 110. Further, the film portion 120 may be made of the same material as the substrate 110 or may be made of a different material. In the case where the film unit 120 is formed integrally with the substrate 110, a thinly formed portion of the substrate 110 becomes the film unit 120 (vibration unit 121). Furthermore, as shown in FIGS. 60 to 62, the vibrating portion 121 may be continuously supported along the outer edge of the first region R1, or a part of the outer edge of the first region R1. May be supported.
また、図６２に示す例においては、膜部１２０の上に複数の歪検出素子２００が設けられているが、例えば膜部１２０の上に歪検出素子２００を一つだけ設けても良い。
In the example shown in FIG. 62, a plurality of strain detection elements 200 are provided on the film part 120. However, for example, only one strain detection element 200 may be provided on the film part 120.
次に、図６３〜図６５を参照して、圧力センサ１００について行ったシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、膜部１２０に圧力を加えた場合における、膜部１２０上の各位置での歪の大きさεを計算している。このシミュレーションは、有限要素法解析によって膜部１２０の表面を複数に分割し、分割された各要素にフックの法則を適用することによって行われている。
Next, the results of a simulation performed on the pressure sensor 100 will be described with reference to FIGS. In this simulation, the strain magnitude ε at each position on the film part 120 when pressure is applied to the film part 120 is calculated. This simulation is performed by dividing the surface of the film part 120 into a plurality of parts by a finite element method analysis and applying Hooke's law to each of the divided elements.
図６３は、シミュレーションに用いたモデルについて説明するための模式的な斜視図である。図６３に示す通り、シミュレーションにおいては、膜部１２０の振動部１２１を円形とした。また、振動部１２１の直径Ｌ１（直径Ｌ２）を５００μｍとし、膜部１２０の厚さＬｔは、２μｍとした。更に、振動部１２１の外縁は、完全に拘束された固定端とした。
FIG. 63 is a schematic perspective view for explaining a model used in the simulation. As shown in FIG. 63, in the simulation, the vibration part 121 of the film part 120 is circular. Moreover, the diameter L1 (diameter L2) of the vibration part 121 was 500 μm, and the thickness Lt of the film part 120 was 2 μm. Furthermore, the outer edge of the vibration part 121 is a fixed end that is completely restrained.
尚、シミュレーションにおいては、膜部１２０の材料としてシリコンを想定している。従って、膜部１２０のヤング率は１６５ＧＰａとし、ポアソン比は、０．２２とした。
In the simulation, silicon is assumed as the material of the film part 120. Therefore, the Young's modulus of the film part 120 was 165 GPa and the Poisson's ratio was 0.22.
更に、図６３に示す通り、膜部１２０には下面から圧力が加わるものとし、圧力の大きさは１３．３３ｋＰａとし、且つ振動部１２１に均一に加わるものとした。また、有限要素法においては、振動部１２１を、ＸＹ平面内においては５μｍのメッシュサイズで分割し、Ｚ方向においては、２μｍの間隔で分割した。
Furthermore, as shown in FIG. 63, pressure is applied to the film part 120 from the lower surface, the pressure is 13.33 kPa, and the vibration part 121 is applied uniformly. Further, in the finite element method, the vibrating part 121 is divided at a mesh size of 5 μm in the XY plane, and is divided at an interval of 2 μm in the Z direction.
次に、図６４及び図６５を参照し、シミュレーションの結果について説明する。図６４は、シミュレーションの結果を示すグラフであり、縦軸は歪の大きさεを示しており、横軸は振動部１２１の中心からの距離ｒｘを半径ｒで規格化した値ｒｘ／ｒを示している。尚、図６４においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪としている。
Next, simulation results will be described with reference to FIGS. 64 and 65. FIG. 64 is a graph showing the results of simulation, in which the vertical axis represents the magnitude of strain ε, and the horizontal axis represents a value r x / normalized distance r x from the center of the vibration part 121 by the radius r. r is shown. In FIG. 64, the strain in the tensile direction is the positive strain, and the strain in the compression direction is the negative strain.
図６４には、半径方向（Ｘ方向）の歪εｒと、周方向の歪εθと、これら歪の差である異方歪Δε（＝εｒ−εθ）とを示している。尚、図３を参照して説明した様な、逆磁歪効果による第１の磁性層２０１の磁化方向の変化には、この異方歪Δεが寄与する。
FIG. 64 shows a radial direction (X direction) strain ε r , a circumferential direction strain ε θ, and an anisotropic strain Δε (= ε r −ε θ ) which is a difference between these strains. The anisotropic strain Δε contributes to the change in the magnetization direction of the first magnetic layer 201 due to the inverse magnetostrictive effect as described with reference to FIG.
図６４に示したように、凸状に撓んでいる振動部１２１の中心付近においては、半径方向の歪εｒ及び周方向の歪εθは引張歪である。これに対し、凹状に撓んでいる外縁付近では、半径方向の歪εｒ及び周方向の歪εθは圧縮歪である。中心付近において、異方歪Δεはゼロであり、等方歪となっている。外縁付近では、異方歪Δεは圧縮の値を示しており、外縁直近で最も大きい異方歪が得られる。円形の振動部１２１では、この異方歪Δεが中心からの放射線方向に対して常に同様に得られる。従って、歪検出素子２００を、振動部１２１の外縁付近に配置することにより、歪の検出を感度良く行う事が出来る。このように、歪検出素子２００を、振動部１２１の外縁付近の一部に配置することができる。
As shown in FIG. 64, the radial strain ε r and the circumferential strain ε θ are tensile strains in the vicinity of the center of the vibrating portion 121 bent in a convex shape. On the other hand, in the vicinity of the outer edge bent in a concave shape, the radial strain ε r and the circumferential strain ε θ are compressive strains. Near the center, the anisotropic strain Δε is zero and is an isotropic strain. In the vicinity of the outer edge, the anisotropic strain Δε indicates a compression value, and the largest anisotropic strain is obtained in the immediate vicinity of the outer edge. In the circular vibrating portion 121, this anisotropic strain Δε is always obtained in the same manner with respect to the radiation direction from the center. Therefore, by arranging the strain detection element 200 in the vicinity of the outer edge of the vibration part 121, the strain can be detected with high sensitivity. In this manner, the strain detection element 200 can be disposed in a part near the outer edge of the vibration unit 121.
図６５は、振動部１２１に生じる異方歪ΔεのＸＹ面内分布を示すコンター図である。図６５においては、図６４に示した極座標系での異方歪Δε（Δεｒ−θ）をデカルト座標系での異方歪Δε（ΔεＸ−Ｙ）に変換して、振動部１２１の全面において解析した結果が例示されている。
FIG. 65 is a contour diagram showing the XY in-plane distribution of the anisotropic strain Δε generated in the vibration part 121. In FIG. 65, the anisotropic strain Δε (Δε r−θ ) in the polar coordinate system shown in FIG. 64 is converted into the anisotropic strain Δε (Δε XY ) in the Cartesian coordinate system, and the entire surface of the vibration unit 121. The result of analysis is shown in FIG.
図６５において、「９０％」〜「１０％」の文字で示されている線は、振動部１２１外縁の直近における最も大きい異方歪ΔεＸ−Ｙの値（絶対値）の、それぞれ９０％〜１０％の異方歪Δεが得られる位置を示している。図６５に示す通り、同様の大きさの異方歪ΔεＸ−Ｙは限られた領域で得られる。
In FIG. 65, the lines indicated by the characters “90%” to “10%” represent 90% of the value (absolute value) of the largest anisotropic strain Δε XY in the immediate vicinity of the outer edge of the vibration part 121. The position where 10% anisotropic strain Δε is obtained is shown. As shown in FIG. 65, the anisotropic strain Δε XY having the same magnitude can be obtained in a limited region.
ここで、例えば図６２（ａ）に示す通り、膜部１２０上に、複数の歪検出素子２００を設ける場合、磁化固定層の磁化方向はピン固着を目的とした磁界中アニール方向に揃うため、同一方向をむく。従って、歪検出素子２００は、ほぼ一様な大きさの異方歪が生じる範囲内に配置することが望ましい。
Here, for example, as shown in FIG. 62A, when a plurality of strain sensing elements 200 are provided on the film part 120, the magnetization direction of the magnetization fixed layer is aligned with the annealing direction in the magnetic field for the purpose of pin fixation. Peel the same direction. Therefore, it is desirable that the strain detecting element 200 is disposed within a range in which an anisotropic strain having a substantially uniform size is generated.
この点、第１の実施の形態に示した歪検出素子２００は、比較的小さくしても高いゲージファクタ（歪検知感度）を実現することができる。従って、膜部１２０の寸法が小さい場合でも、ほぼ一様な大きさの異方歪が生じる範囲内に歪検出素子２００を配置し、高いゲージファクタを得ることができる。また、歪検出素子２００を膜部１２０上に複数配置して、同様な圧力に対する電気抵抗変化（例えば極性など）を得ようとする場合、図６５に示すように同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に近接して配置することが好ましい。第１の実施の形態に示した歪検出素子２００は比較的小さくしても高いゲージファクタ（歪検知感度）を実現することができるため、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に数多く配置することが可能となる。
In this regard, the strain detection element 200 shown in the first embodiment can achieve a high gauge factor (strain detection sensitivity) even if it is relatively small. Therefore, even when the dimension of the film part 120 is small, the strain detecting element 200 can be disposed within a range in which an anisotropic strain having a substantially uniform size is generated, and a high gauge factor can be obtained. Further, when a plurality of strain detecting elements 200 are arranged on the film part 120 to obtain a similar change in electric resistance (for example, polarity) with respect to the same pressure, the same anisotropic strain Δε X− as shown in FIG. It is preferable to arrange in the vicinity of the region near the outer edge where Y is obtained. Since the strain detection element 200 shown in the first embodiment can achieve a high gauge factor (strain detection sensitivity) even if it is relatively small, the vicinity of the outer edge where a similar anisotropic strain Δε XY can be obtained. It is possible to arrange many in the area.
また、第２の実施の形態に係る、第１の磁性層２０１に対して第２の磁性層２０２が複数設けられた構造を有する歪検出素子２００を用いることによって、第１の磁性層２０１の寸法は、必要とされる歪の分解能に応じて過剰に小さくせず、反磁界の影響による磁化の乱れを可能な限り低減し、接続される第２の磁性層２０２の寸法のみを小さくして、第１の磁性層２０１／中間層２０３／第２の磁性層２０２の接合を複数とすることによって、前述したＳＮ比の増大効果を得ることができる。第２の実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１の平面寸法を過分に小さくせずに、第１の磁性層２０１／中間層２０３／第２の磁性層２０２の接合を同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に近接して配置することでＳＮ比の高い圧力センサを実現することができる。
Further, by using the strain sensing element 200 having a structure in which a plurality of second magnetic layers 202 are provided with respect to the first magnetic layer 201 according to the second embodiment, The size is not excessively reduced in accordance with the required strain resolution, the disturbance of magnetization due to the influence of the demagnetizing field is reduced as much as possible, and only the size of the connected second magnetic layer 202 is reduced. By increasing the number of junctions of the first magnetic layer 201 / intermediate layer 203 / second magnetic layer 202, the above-described effect of increasing the S / N ratio can be obtained. In the strain sensing element 200 according to the second embodiment, the first magnetic layer 201 / intermediate layer 203 / second magnetic layer 202 can be joined without excessively reducing the planar dimension of the first magnetic layer 201. Is placed close to a region near the outer edge where a similar anisotropic strain Δε XY is obtained, a pressure sensor with a high S / N ratio can be realized.
ここで、図６２を参照して説明した通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１〜第４の平面領域内に、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って、複数配置されている。従って、第１〜第４の平面領域内に配置された複数の歪検出素子２００によって一様な歪を検出する事が出来る。
Here, as described with reference to FIG. 62, a plurality of strain detection elements 200 according to the present embodiment are arranged in the first to fourth plane regions along the outer edge of the first region R1. ing. Accordingly, uniform strain can be detected by the plurality of strain detection elements 200 arranged in the first to fourth plane regions.
次に、図６６を参照して、圧力センサ１００の他の構成例について説明する。図６６は、圧力センサ１００の他の構成例を示す平面図である。図６６に示した圧力センサ１００は、図６２に示す圧力センサ１００とほぼ同様に構成されているが、歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１が、略正方形でなく、略長方形に形成されている点において異なる。
Next, another configuration example of the pressure sensor 100 will be described with reference to FIG. FIG. 66 is a plan view showing another configuration example of the pressure sensor 100. The pressure sensor 100 illustrated in FIG. 66 is configured in substantially the same manner as the pressure sensor 100 illustrated in FIG. 62, but the first magnetic layer 201 included in the strain detection element 200 is not substantially square but substantially rectangular. It differs in that it is formed.
図６６（ａ）には、膜部１２０の振動部１２１が略円形状である態様を、図６６（ｂ）には、膜部１２０の振動部１２１が略長円形状である態様を、図６６（ｄ）には、膜部１２０の振動部１２１が略正方形状である態様を、図６６（ｅ）には、膜部１２０の振動部１２１が略長方形状である態様を示している。また、図６６（ｃ）は、図６６（ｂ）の一部の拡大図である。
66 (a) shows a mode in which the vibrating part 121 of the film part 120 is substantially circular, and FIG. 66 (b) shows a mode in which the vibrating part 121 of the film part 120 is substantially oval. 66 (d) shows an aspect in which the vibration part 121 of the film part 120 has a substantially square shape, and FIG. 66 (e) shows an aspect in which the vibration part 121 of the film part 120 has a substantially rectangular shape. FIG. 66 (c) is an enlarged view of a part of FIG. 66 (b).
図６６（ｃ）に示す通り、膜部１２０には複数の歪検出素子２００が、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って配置されている。ここで、歪検出素子２００の重心Ｇと、第１の領域Ｒ１の外縁とを最短距離で結ぶ直線を直線Ｌとすると、この直線Ｌの方向と歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１の長手方向との角度が、０°よりも大きく９０°よりも小さくなるように設定されている。
As shown in FIG. 66 (c), a plurality of strain detection elements 200 are arranged in the film part 120 along the outer edge of the first region R1. Here, assuming that a straight line connecting the center of gravity G of the strain detection element 200 and the outer edge of the first region R1 with the shortest distance is a straight line L, the direction of the straight line L and the first magnetic layer included in the strain detection element 200 The angle of 201 with the longitudinal direction is set to be greater than 0 ° and smaller than 90 °.
上述した通り、歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１を、長方形状または長円形状等、形状磁気異方性を有する形状にした場合、磁化自由層２０１の初期磁化方向を、長手方向に設定する事が可能である。また、図６６（ｃ）に示した直線Ｌの方向は、歪検出素子２００に生じる歪の方向を示している。従って、この直線Ｌの方向と歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１の長手方向との角度を、０°よりも大きく９０°よりも小さく設定することにより、磁化自由層２０１の初期磁化方向と歪検出素子２００に生じる歪の方向を調整して、正負の圧力に対して感応する圧力センサを製造する事が出来る。尚、この角度は、３０度以上６０度以下がさらに好ましい。
As described above, when the first magnetic layer 201 included in the strain sensing element 200 has a shape having a shape magnetic anisotropy such as a rectangular shape or an oval shape, the initial magnetization direction of the magnetization free layer 201 is set to the longitudinal direction. It is possible to set the direction. Further, the direction of the straight line L shown in FIG. 66C indicates the direction of strain generated in the strain detection element 200. Therefore, by setting the angle between the direction of the straight line L and the longitudinal direction of the first magnetic layer 201 included in the strain detection element 200 to be larger than 0 ° and smaller than 90 °, the initial value of the magnetization free layer 201 can be reduced. A pressure sensor sensitive to positive and negative pressures can be manufactured by adjusting the magnetization direction and the direction of strain generated in the strain detection element 200. This angle is more preferably 30 degrees or more and 60 degrees or less.
また、上記角度の最大値と最小値との差が、例えば５度以下となる様に設定した場合、複数の歪検出素子２００で同様の圧力―電気抵抗特性を得ることができる。
Further, when the difference between the maximum value and the minimum value of the angle is set to be, for example, 5 degrees or less, the same pressure-electric resistance characteristics can be obtained with the plurality of strain detection elements 200.
尚、図６６に示す例においては、圧力センサ１００が複数の歪検出素子２００を備えていたが、１つのみ備えていても良い。
In the example shown in FIG. 66, the pressure sensor 100 includes a plurality of strain detection elements 200, but may include only one.
次に、図６７を参照して、歪検出素子２００の配線パターンについて説明する。図６７（ａ）、図６７（ｂ）及び図６７（ｄ）は、歪検出素子２００の配線パターンについて説明するための回路図である。また、図６７（ｃ）は、歪検出素子２００の配線パターンについて説明するための概略的な平面図である。
Next, a wiring pattern of the strain detection element 200 will be described with reference to FIG. 67A, 67B, and 67D are circuit diagrams for explaining a wiring pattern of the strain detection element 200. FIG. FIG. 67C is a schematic plan view for explaining the wiring pattern of the strain detection element 200.
圧力センサ１００に、複数の歪検出素子２００を設けた場合、例えば、図６７（ａ）に示す通り、全ての歪検出素子２００を直列に接続しても良い。ここで、歪検出素子２００のバイアス電圧は、例えば、５０ミリボルト（ｍＶ）以上１５０ｍＶ以下である。Ｎ個の歪検出素子２００を直列に接続した場合、バイアス電圧は、５０ｍＶ×Ｎ以上１５０ｍＶ×Ｎ以下となる。例えば、直列に接続されている歪検出素子の数Ｎが２５である場合には、バイアス電圧は、１Ｖ以上３．７５Ｖ以下となる。
When a plurality of strain detection elements 200 are provided in the pressure sensor 100, for example, all the strain detection elements 200 may be connected in series as shown in FIG. Here, the bias voltage of the strain detection element 200 is, for example, 50 millivolts (mV) or more and 150 mV or less. When N strain detection elements 200 are connected in series, the bias voltage is 50 mV × N or more and 150 mV × N or less. For example, when the number N of strain detection elements connected in series is 25, the bias voltage is 1 V or more and 3.75 V or less.
バイアス電圧の値が１Ｖ以上であると、歪検出素子２００から得られる電気信号を処理する電気回路の設計は容易になり、実用的に好ましい。一方、バイアス電圧（端子間電圧）が１０Ｖを超えると、歪検出素子２００から得られる電気信号を処理する電気回路においては、望ましくない。実施形態においては、適切な電圧範囲になるように、直列に接続される歪検出素子２００の数Ｎ及びバイアス電圧が設定される。
When the value of the bias voltage is 1 V or more, the design of an electric circuit for processing an electric signal obtained from the strain detection element 200 is facilitated, which is practically preferable. On the other hand, when the bias voltage (inter-terminal voltage) exceeds 10 V, it is not desirable in an electric circuit that processes an electric signal obtained from the strain detection element 200. In the embodiment, the number N of strain detection elements 200 connected in series and the bias voltage are set so as to be in an appropriate voltage range.
例えば、複数の歪検出素子２００を電気的に直列に接続したときの電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下となるのが好ましい。例えば、電気的に直列に接続された複数の歪検出素子２００の端子間（一方の端の端子と、他方の端の端子との間）に印加される電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下である。
For example, the voltage when a plurality of strain detection elements 200 are electrically connected in series is preferably 1 V or more and 10 V or less. For example, the voltage applied between the terminals of the plurality of strain detection elements 200 electrically connected in series (between one terminal and the other terminal) is 1 V or more and 10 V or less.
この電圧を発生させるためには、１つの歪検出素子２００に印加されるバイアス電圧が５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検出素子２００の数Ｎは、２０以上２００以下が好ましい。１つの歪検出素子２００に印加されるバイアス電圧が１５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検出素子２００の数Ｎは、７以上６６以下であることが好ましい。
In order to generate this voltage, when the bias voltage applied to one strain detection element 200 is 50 mV, the number N of strain detection elements 200 connected in series is preferably 20 or more and 200 or less. When the bias voltage applied to one strain detection element 200 is 150 mV, the number N of strain detection elements 200 connected in series is preferably 7 or more and 66 or less.
尚、複数の歪検出素子２００は、例えば、図６７（ｂ）に示す通り、全て並列に接続されていても良い。
The plurality of strain detection elements 200 may be all connected in parallel as shown in FIG. 67 (b), for example.
また、例えば、図６７（ｃ）に示す通り、図６２を参照して説明した第１〜第４の平面領域にそれぞれ複数の歪検出素子２００を配置し、これを第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０とした場合、図６７（ｄ）に示す通り、第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０によってホイートストンブリッジ回路を構成しても良い。ここで、図６７（ｄ）に示す第１の歪検出素子群３１０と第３の歪検出素子群３３０は同極性の歪―電気抵抗特性が得られ、第２の歪検出素子群３２０と第４の歪検出素子群３４０は第１の歪検出素子群３１０と第３の歪検出素子群３３０とは逆極性の歪―電気抵抗特性を得ることができる。尚、第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０に含まれる歪検出素子２００の数は１でもよい。これにより、例えば、検出特性の温度補償を行うことができる。
Further, for example, as shown in FIG. 67 (c), a plurality of strain detection elements 200 are arranged in the first to fourth plane regions described with reference to FIG. When the detection element groups 310, 320, 330, and 340 are used, a Wheatstone bridge circuit may be configured by the first to fourth strain detection element groups 310, 320, 330, and 340, as shown in FIG. 67 (d). . Here, the first strain detection element group 310 and the third strain detection element group 330 shown in FIG. 67 (d) have the same polarity of strain-electric resistance characteristics, and the second strain detection element group 320 and the The first strain detection element group 310 and the third strain detection element group 330 can obtain a strain-electric resistance characteristic having the opposite polarity to the first strain detection element group 310 and the third strain detection element group 330. Note that the number of strain detection elements 200 included in the first to fourth strain detection element groups 310, 320, 330, and 340 may be one. Thereby, for example, temperature compensation of detection characteristics can be performed.
次に、図６８を参照して、本実施の形態に係る圧力センサ１００の製造方法について、より詳しく説明する。図６８は圧力センサ１００の製造方法を示す模式的な斜視図である。
Next, with reference to FIG. 68, the manufacturing method of the pressure sensor 100 according to the present embodiment will be described in more detail. FIG. 68 is a schematic perspective view showing a manufacturing method of the pressure sensor 100.
本実施の形態に係る圧力センサ１００の製造方法においては、図６８（ａ）に示す様に、基板１１０の一の面１１２に、膜部１２０を形成する。例えば基板１１０がＳｉ基板であった場合、膜部１２０として、ＳｉＯｘ／Ｓｉの薄膜をスパッタによって成膜しても良い。
In the method for manufacturing pressure sensor 100 according to the present embodiment, film portion 120 is formed on one surface 112 of substrate 110 as shown in FIG. For example, when the substrate 110 is a Si substrate, a SiO x / Si thin film may be formed by sputtering as the film portion 120.
尚、例えば基板１１０としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を採用する場合には、Ｓｉ基板上のＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜を膜部１２０として採用する事も出来る。この場合、膜部１２０の形成は、Ｓｉ基板とＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜との貼り合わせである。
For example, when an SOI (Silicon On Insulator) substrate is employed as the substrate 110, a SiO 2 / Si laminated film on the Si substrate can be employed as the film part 120. In this case, the film portion 120 is formed by bonding the Si substrate and the SiO 2 / Si laminated film.
次に、図６８（ｂ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、配線部１３１及びパッド１３２を形成する。即ち、配線部１３１及びパッド１３２となる導電膜を成膜し、その導電膜を、一部を残して除去する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
Next, as shown in FIG. 68 (b), a wiring part 131 and a pad 132 are formed on one surface 112 of the substrate 110. That is, a conductive film to be the wiring portion 131 and the pad 132 is formed, and the conductive film is removed leaving a part. In this step, photolithography and etching may be used, or lift-off may be used.
また、配線部１３１及びパッド１３２の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、配線部１３１及びパッド１３２のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
Further, the periphery of the wiring portion 131 and the pad 132 may be embedded with an insulating film (not shown). In this case, for example, lift-off may be used. In the lift-off, for example, after etching the pattern of the wiring part 131 and the pad 132, before removing the resist, an insulating film (not shown) is formed on the entire surface, and then the resist is removed.
次に、図６８（ｃ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２、並びに、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の間に位置する中間層２０３を成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 68C, the first magnetic layer 201, the second magnetic layer 202, and the first magnetic layer 201 and the second magnetic layer 202 are formed on one surface 112 of the substrate 110. An intermediate layer 203 located between the two is formed.
次に、図６８（ｄ）に示す通り、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２及び中間層２０３を、一部を残して除去し、歪検出素子２００を形成する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
Next, as shown in FIG. 68 (d), the first magnetic layer 201, the second magnetic layer 202, and the intermediate layer 203 are removed except for a part thereof to form the strain detection element 200. In this step, photolithography and etching may be used, or lift-off may be used.
また、歪検出素子２００の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、歪検出素子２００のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
Further, the periphery of the strain detection element 200 may be embedded with an insulating film (not shown). In this case, for example, lift-off may be used. In the lift-off, for example, after etching the pattern of the strain detection element 200, before removing the resist, an insulating film (not shown) is formed on the entire surface, and then the resist is removed.
次に、図６８（ｄ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、配線部１３３及びパッド１３４を形成する。即ち、配線部１３３及びパッド１３４となる導電膜を成膜し、その導電膜を、一部を残して除去する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
Next, as shown in FIG. 68 (d), a wiring portion 133 and a pad 134 are formed on one surface 112 of the substrate 110. That is, a conductive film to be the wiring portion 133 and the pad 134 is formed, and the conductive film is removed leaving a part. In this step, photolithography and etching may be used, or lift-off may be used.
また、配線部１３３及びパッド１３４の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、配線部１３３及びパッド１３４のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
Further, the periphery of the wiring portion 133 and the pad 134 may be embedded with an insulating film (not shown). In this case, for example, lift-off may be used. In the lift-off, for example, after etching the pattern of the wiring portion 133 and the pad 134, before removing the resist, an insulating film (not shown) is formed on the entire surface, and then the resist is removed.
次に、図６８（ｅ）に示す通り基板１１０の一部を、基板１１０の他の面１１３から除去して、基板１１０に空洞部１１１を形成する。この工程において除去する領域は、基板１１０の第１の領域Ｒ１に相当する部分である。尚、本実施の形態においては、基板１１０の第１の領域Ｒ１内に位置する部分を全て除去しているが、基板１１０の一部を残すことも可能である。例えば、膜部１２０と基板１１０を一体に形成する場合には、基板１１０の一部を除去して薄膜化し、この薄膜化された部分を膜部１２０としても良い。
Next, as shown in FIG. 68 (e), a part of the substrate 110 is removed from the other surface 113 of the substrate 110 to form a cavity 111 in the substrate 110. The region to be removed in this step is a portion corresponding to the first region R1 of the substrate 110. In the present embodiment, all the portions located in the first region R1 of the substrate 110 are removed, but a portion of the substrate 110 can be left. For example, when the film part 120 and the substrate 110 are integrally formed, a part of the substrate 110 may be removed to form a thin film, and the thinned part may be used as the film part 120.
本実施の形態において、図６８（ｅ）に示す工程にはエッチングが用いられる。例えば膜部１２０がＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜である場合、本工程は、基板１１０の他の面１１３からの深堀加工によって行われても良い。また、本工程には、両面アライナー露光装置を用いることができる。これにより、歪検出素子２００の位置に合わせて、レジストのホールパターンを他の面１１３にパターニングできる。
In this embodiment mode, etching is used in the step shown in FIG. For example, when the film part 120 is a laminated film of SiO 2 / Si, this step may be performed by deep drilling from the other surface 113 of the substrate 110. Moreover, a double-sided aligner exposure apparatus can be used for this process. Thereby, the hole pattern of the resist can be patterned on the other surface 113 in accordance with the position of the strain detection element 200.
また、エッチングにおいては、例えばＲＩＥを用いたボッシュプロセスが用いることができる。ボッシュプロセスでは、例えば、ＳＦ６ガスを用いたエッチング工程と、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた堆積工程と、を繰り返す。これにより、基板１１０の側壁のエッチングを抑制しつつ、基板１１０の深さ方向（Ｚ軸方向）に選択的にエッチングが行われる。エッチングのエンドポイントとして、例えば、ＳｉＯｘ層が用いられる。すなわち、エッチングの選択比がＳｉとは異なるＳｉＯｘ層を用いてエッチングを終了させる。エッチングストッパ層として機能するＳｉＯｘ層は、膜部１１０の一部として用いられても良い。ＳｉＯｘ層は、エッチングの後に、例えば、無水フッ化水素及びアルコールなどの処理などで除去されても良い。基板１１０のエッチングはボッシュプロセス以外にウェット工程による異方性エッチングや犠牲層を用いたエッチングを行っても良い。
In etching, for example, a Bosch process using RIE can be used. In the Bosch process, for example, an etching process using SF 6 gas and a deposition process using C 4 F 8 gas are repeated. Thereby, etching is selectively performed in the depth direction (Z-axis direction) of the substrate 110 while suppressing the etching of the sidewall of the substrate 110. For example, a SiO x layer is used as an etching end point. That is, the etching is terminated using an SiO x layer having a different etching selectivity than Si. The SiO x layer functioning as an etching stopper layer may be used as a part of the film part 110. The SiO x layer may be removed after the etching, for example, by treatment with anhydrous hydrogen fluoride and alcohol. In addition to the Bosch process, the substrate 110 may be etched by anisotropic etching using a wet process or etching using a sacrificial layer.
次に、図６９〜図７１を参照して、本実施の形態に係る圧力センサ２００の構成例４４０について説明する。
Next, a configuration example 440 of the pressure sensor 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図６９は、圧力センサ４４０の構成を示す模式的な斜視図である。図７０及び図７１は、圧力センサ４４０を例示するブロック図である。
FIG. 69 is a schematic perspective view showing the configuration of the pressure sensor 440. 70 and 71 are block diagrams illustrating the pressure sensor 440. FIG.
図６９及び図７０に示すように、圧力センサ４４０には、基部４７１、検知部４５０、半導体回路部４３０、アンテナ４１５、電気配線４１６、送信回路４１７、及び、受信回路４１７ｒが設けられている。尚、本実施の形態に係る検知部４５０は、例えば第１または第２の実施の形態に係る歪検出素子２００である。
As shown in FIGS. 69 and 70, the pressure sensor 440 includes a base 471, a detection unit 450, a semiconductor circuit unit 430, an antenna 415, an electrical wiring 416, a transmission circuit 417, and a reception circuit 417r. The detection unit 450 according to the present embodiment is, for example, the strain detection element 200 according to the first or second embodiment.
アンテナ４１５は、電気配線４１６を介して、半導体回路部４３０と電気的に接続されている。
The antenna 415 is electrically connected to the semiconductor circuit portion 430 through the electric wiring 416.
送信回路４１７は、検知部４５０に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路４１７の少なくとも一部は、半導体回路部４３０に設けることができる。
The transmission circuit 417 wirelessly transmits data based on the electrical signal flowing through the detection unit 450. At least part of the transmission circuit 417 can be provided in the semiconductor circuit portion 430.
受信回路４１７ｒは、電子機器４１８ｄからの制御信号を受信する。受信回路４１７ｒの少なくとも一部は、半導体回路部４３０に設けることができる。受信回路４１７ｒを設けるようにすれば、例えば、電子機器４１８ｄを操作することで、圧力センサ４４０の動作を制御することができる。
The receiving circuit 417r receives a control signal from the electronic device 418d. At least a part of the reception circuit 417r can be provided in the semiconductor circuit portion 430. If the receiving circuit 417r is provided, for example, the operation of the pressure sensor 440 can be controlled by operating the electronic device 418d.
図７０に示すように、送信回路４１７には、例えば、検知部４５０に接続されたＡＤコンバータ４１７ａと、マンチェスター符号化部４１７ｂと、を設けることができる。切替部４１７ｃを設け、送信と受信を切り替えるようにすることができる。この場合、タイミングコントローラ４１７ｄを設け、タイミングコントローラ４１７ｄにより切替部４１７ｃにおける切り替えを制御することができる。またさらに、データ訂正部４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ（ＶＣＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を設けることができる。
As shown in FIG. 70, the transmission circuit 417 can include, for example, an AD converter 417a connected to the detection unit 450 and a Manchester encoding unit 417b. A switching unit 417c can be provided to switch between transmission and reception. In this case, a timing controller 417d is provided, and switching in the switching unit 417c can be controlled by the timing controller 417d. Furthermore, a data correction unit 417e, a synchronization unit 417f, a determination unit 417g, and a voltage controlled oscillator 417h (VCO; Voltage Controlled Oscillator) can be provided.
図７１に示すように、圧力センサ４４０と組み合わせて用いられる電子機器４１８ｄには、受信部４１８が設けられる。電子機器４１８ｄとしては、例えば、携帯端末などの電子装置を例示することができる。
As shown in FIG. 71, an electronic device 418d used in combination with the pressure sensor 440 is provided with a receiving unit 418. As the electronic device 418d, for example, an electronic device such as a portable terminal can be exemplified.
この場合、送信回路４１７を有する圧力センサ４４０と、受信部４１８を有する電子機器４１８ｄと、を組み合わせて用いることができる。
In this case, the pressure sensor 440 including the transmission circuit 417 and the electronic device 418d including the reception unit 418 can be used in combination.
電子機器４１８ｄには、マンチェスター符号化部４１７ｂ、切替部４１７ｃ、タイミングコントローラ４１７ｄ、データ訂正部４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ、記憶部４１８ａ、中央演算部４１８ｂ（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を設けることができる。
The electronic device 418d includes a Manchester encoding unit 417b, a switching unit 417c, a timing controller 417d, a data correction unit 417e, a synchronization unit 417f, a determination unit 417g, a voltage control oscillator 417h, a storage unit 418a, a central processing unit 418b (CPU; Central).
Processing Unit) can be provided.
この例では、圧力センサ４４０は、固定部４６７をさらに含んでいる。固定部４６７は、膜部４６４（７０ｄ）を基部４７１に固定する。固定部４６７は、外部圧力が印加されたときであっても撓みにくいように、膜部４６４よりも厚み寸法を厚くすることができる。
In this example, the pressure sensor 440 further includes a fixing portion 467. The fixing part 467 fixes the film part 464 (70d) to the base part 471. The fixing part 467 can be made thicker than the film part 464 so that it is difficult to bend even when an external pressure is applied.
固定部４６７は、例えば、膜部４６４の周縁に等間隔に設けることができる。膜部４６４（７０ｄ）の周囲をすべて連続的に取り囲むように固定部４６７を設けることもできる。固定部４６７は、例えば、基部４７１の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部４６７は、例えば、シリコンなどから形成することができる。固定部４６７は、例えば、膜部４６４（７０ｄ）の材料と同じ材料から形成することもできる。
For example, the fixing portions 467 can be provided at equal intervals around the periphery of the film portion 464. The fixing portion 467 may be provided so as to continuously surround the entire periphery of the film portion 464 (70d). The fixing portion 467 can be formed from the same material as that of the base portion 471, for example. In this case, the fixing portion 467 can be formed from, for example, silicon. For example, the fixing portion 467 can be formed of the same material as the material of the film portion 464 (70d).
次に、図７２〜図８３を参照して、圧力センサ４４０の製造方法を例示する。図７２〜図８３は、圧力センサ４４０の製造方法を例示する模式的な平面図及び断面図である。
Next, a manufacturing method of the pressure sensor 440 will be illustrated with reference to FIGS. 72 to 83 are schematic plan views and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the pressure sensor 440.
図７２（ａ）及び図７２（ｂ）に示すように、半導体基板５３１の表面部分に半導体層５１２Ｍを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上面に素子分離絶縁層５１２Ｉを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート５１２Ｇを形成する。続いて、ゲート５１２Ｇの両側に、ソース５１２Ｓとドレイン５１２Ｄとを形成することで、トランジスタ５３２が形成される。続いて、この上に層間絶縁膜５１４ａを形成し、さらに層間絶縁膜５１４ｂを形成する。
As shown in FIGS. 72A and 72B, a semiconductor layer 512 </ b> M is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 531. Subsequently, an element isolation insulating layer 512I is formed on the upper surface of the semiconductor layer 512M. Subsequently, a gate 512G is formed over the semiconductor layer 512M via an insulating layer (not shown). Subsequently, the source 512S and the drain 512D are formed on both sides of the gate 512G, whereby the transistor 532 is formed. Subsequently, an interlayer insulating film 514a is formed thereon, and further an interlayer insulating film 514b is formed.
続いて、非空洞部となる領域において、層間絶縁膜５１４ａ、５１４ｂの一部に、トレンチ及び孔を形成する。続いて、孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー５１４ｃ〜５１４ｅを形成する。この場合、例えば、接続ピラー５１４ｃは、１つのトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続され、接続ピラー５１４ｄはドレイン５１２Ｄに電気的に接続される。例えば、接続ピラー５１４ｅは、別のトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続される。続いて、トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部５１４ｆ、５１４ｇを形成する。配線部５１４ｆは、接続ピラー５１４ｃ及び接続ピラー５１４ｄに電気的に接続される。配線部５１４ｇは、接続ピラー５１４ｅに電気的に接続される。続いて、層間絶縁膜５１４ｂの上に、層間絶縁膜５１４ｈを形成する。
Subsequently, a trench and a hole are formed in part of the interlayer insulating films 514a and 514b in a region to be a non-cavity. Subsequently, a conductive material is embedded in the holes to form connection pillars 514c to 514e. In this case, for example, the connection pillar 514c is electrically connected to the source 512S of one transistor 532, and the connection pillar 514d is electrically connected to the drain 512D. For example, the connection pillar 514e is electrically connected to the source 512S of another transistor 532. Subsequently, a conductive material is embedded in the trench to form wiring portions 514f and 514g. The wiring portion 514f is electrically connected to the connection pillar 514c and the connection pillar 514d. The wiring portion 514g is electrically connected to the connection pillar 514e. Subsequently, an interlayer insulating film 514h is formed over the interlayer insulating film 514b.
図７３（ａ）及び図７３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｈの上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜５１４ｉを、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。続いて、層間絶縁膜５１４ｉの所定の位置に孔を形成し、導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて平坦化する。これにより、配線部５１４ｆに接続された接続ピラー５１４ｊと、配線部５１４ｇに接続された接続ピラー５１４ｋと、が形成される。
As shown in FIGS. 73A and 73B, an interlayer insulating film 514i made of silicon oxide (SiO 2) is formed on the interlayer insulating film 514h by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. To do. Subsequently, a hole is formed in a predetermined position of the interlayer insulating film 514i, a conductive material (for example, a metal material) is embedded, and the upper surface is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Thereby, the connection pillar 514j connected to the wiring part 514f and the connection pillar 514k connected to the wiring part 514g are formed.
図７４（ａ）及び図７４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉの空洞部５７０となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層５１４ｌを埋め込む。犠牲層５１４ｌは、例えば、低温で成膜できる材料を用いて形成することができる。低温で成膜できる材料は、例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などである。
As shown in FIGS. 74A and 74B, a recess is formed in a region to be the cavity 570 of the interlayer insulating film 514i, and a sacrificial layer 514l is embedded in the recess. The sacrificial layer 514l can be formed using, for example, a material that can be formed at a low temperature. A material that can be formed at a low temperature is, for example, silicon germanium (SiGe).
図７５（ａ）及び図７５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉ及び犠牲層５１４ｌの上に、膜部５６４（７０ｄ）となる絶縁膜５６１ｂｆを形成する。絶縁膜５６１ｂｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。絶縁膜５６１ｂｆに複数の孔を設け、複数の孔に導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａを形成する。接続ピラー５６１ｆａは、接続ピラー５１４ｋと電気的に接続され、接続ピラー５６２ｆａは、接続ピラー５１４ｊと電気的に接続される。
As shown in FIGS. 75A and 75B, an insulating film 561bf to be a film portion 564 (70d) is formed on the interlayer insulating film 514i and the sacrificial layer 514l. The insulating film 561bf can be formed using, for example, silicon oxide (SiO2). A plurality of holes are provided in the insulating film 561bf, and a conductive material (for example, a metal material) is embedded in the plurality of holes to form connection pillars 561fa and connection pillars 562fa. The connection pillar 561fa is electrically connected to the connection pillar 514k, and the connection pillar 562fa is electrically connected to the connection pillar 514j.
図７６（ａ）及び図７６（ｂ）に示すように、絶縁膜５６１ｂｆ、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａの上に、配線５５７となる導電層５６１ｆを形成する。
As shown in FIGS. 76A and 76B, a conductive layer 561f to be the wiring 557 is formed over the insulating film 561bf, the connection pillar 561fa, and the connection pillar 562fa.
図７７（ａ）及び図７７（ｂ）に示すように、導電層５６１ｆの上に、積層膜５５０ｆを形成する。
As shown in FIGS. 77A and 77B, a stacked film 550f is formed over the conductive layer 561f.
図７８（ａ）及び図７８（ｂ）に示すように、積層膜５５０ｆを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層５６５となる絶縁膜５６５ｆを形成する。絶縁膜５６５ｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。
As shown in FIGS. 78A and 78B, the laminated film 550f is processed into a predetermined shape, and an insulating film 565f to be the insulating layer 565 is formed thereon. The insulating film 565f can be formed using, for example, silicon oxide (SiO2).
図７９（ａ）及び図７９（ｂ）に示すように、絶縁膜５６５ｆの一部を除去し、導電層５６１ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５７が形成される。このとき、導電層５６１ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆａに電気的に接続される接続ピラー５６２ｆｂとなる。さらに、この上に、絶縁層５６６となる絶縁膜５６６ｆを形成する。
As shown in FIGS. 79A and 79B, a part of the insulating film 565f is removed, and the conductive layer 561f is processed into a predetermined shape. Thereby, the wiring 557 is formed. At this time, part of the conductive layer 561f becomes a connection pillar 562fb electrically connected to the connection pillar 562fa. Further, an insulating film 566f to be the insulating layer 566 is formed thereon.
図８０（ａ）及び図８０（ｂ）に示すように、絶縁膜５６５ｆに開口部５６６ｐを形成する。これにより、接続ピラー５６２ｆｂが露出する。
As shown in FIGS. 80A and 80B, an opening 566p is formed in the insulating film 565f. As a result, the connection pillar 562fb is exposed.
図８１（ａ）及び図８１（ｂ）に示すように、上面に、配線５５８となる導電層５６２ｆを形成する。導電層５６２ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。
As shown in FIGS. 81A and 81B, a conductive layer 562f to be the wiring 558 is formed on the upper surface. A part of the conductive layer 562f is electrically connected to the connection pillar 562fb.
図８２（ａ）及び図８２（ｂ）に示すように、導電層５６２ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５８が形成される。配線５５８は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。
As shown in FIGS. 82A and 82B, the conductive layer 562f is processed into a predetermined shape. Thereby, the wiring 558 is formed. The wiring 558 is electrically connected to the connection pillar 562fb.
図８３（ａ）及び図８３（ｂ）に示すように、絶縁膜５６６ｆに所定の形状の開口部５６６ｏを形成する。開口部５６６ｏを介して、絶縁膜５６１ｂｆを加工し、さらに開口部５６６ｏを介して、犠牲層５１４ｌを除去する。これにより、空洞部５７０が形成される。犠牲層５１４ｌの除去は、例えば、ウェットエッチング法を用いて行うことができる。
As shown in FIGS. 83A and 83B, an opening 566o having a predetermined shape is formed in the insulating film 566f. The insulating film 561bf is processed through the opening 566o, and the sacrificial layer 514l is removed through the opening 566o. Thereby, the cavity 570 is formed. The removal of the sacrificial layer 514l can be performed using, for example, a wet etching method.
なお、固定部５６７をリング状とする場合には、例えば、空洞部５７０の上方における非空洞部の縁と、膜部５６４と、の間を絶縁膜で埋める。
In the case where the fixing portion 567 is ring-shaped, for example, the space between the edge of the non-cavity portion above the cavity portion 570 and the film portion 564 is filled with an insulating film.
以上の様にして圧力センサ４４０が形成される。
The pressure sensor 440 is formed as described above.
［４．第４の実施の形態］
次に、図８４を参照して、第４の実施の形態について説明する。図８４は、本実施の形態に係るマイクロフォン１５０の構成を示す模式的な断面図である。第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサ１００は、例えば、マイクロフォンに搭載する事が出来る。
[4. Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 84 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the microphone 150 according to the present embodiment. The pressure sensor 100 according to the first to third embodiments can be mounted on a microphone, for example.
本実施の形態に係るマイクロフォン１５０は、圧力センサ１００を搭載したプリント基板１５１と、プリント基板１５１を搭載した電子回路１５２と、プリント基板１５１と共に圧力センサ１００と電子回路１５２とを覆うカバー１５３とを備える。圧力センサ１００は、第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサ１００である。
The microphone 150 according to the present embodiment includes a printed circuit board 151 on which the pressure sensor 100 is mounted, an electronic circuit 152 on which the printed circuit board 151 is mounted, and a cover 153 that covers the pressure sensor 100 and the electronic circuit 152 together with the printed circuit board 151. Prepare. The pressure sensor 100 is the pressure sensor 100 according to the first to third embodiments.
カバー１５３には、アコースティックホール１５４が設けられており、ここから音波１５５が入射する。音波１５５がカバー１５３内に入射すると、圧力センサ１００によって音波１５５が検知される。電子回路１５２は、例えば、圧力センサ１００に搭載された歪検出素子に電流を流し、圧力センサ１００の抵抗値の変化を検出する。また、電子回路１５２は、増幅回路等によってこの電流値を増幅しても良い。
The cover 153 is provided with an acoustic hole 154 from which a sound wave 155 is incident. When the sound wave 155 enters the cover 153, the sound wave 155 is detected by the pressure sensor 100. For example, the electronic circuit 152 passes a current through a strain detection element mounted on the pressure sensor 100 and detects a change in the resistance value of the pressure sensor 100. Further, the electronic circuit 152 may amplify this current value by an amplifier circuit or the like.
第１〜第４の実施の形態に係る方法によって製造された圧力センサは高感度であるため、これを搭載したマイクロフォン１５０は感度良く音波１５５の検出を行う事が可能である。
Since the pressure sensor manufactured by the method according to the first to fourth embodiments has high sensitivity, the microphone 150 on which the pressure sensor is mounted can detect the sound wave 155 with high sensitivity.
［５．第５の実施の形態］
次に、図８５及び図８６を参照して、第５の実施の形態について説明する。図８５は、第５の実施の形態に係る血圧センサ１６０の構成を示す模式図である。図８６は、同血圧センサ１６０のＨ１−Ｈ２から見た模式的な断面図である。第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサ１００は、例えば、血圧センサ１６０に搭載する事が出来る。
[5. Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 85 and 86. FIG. FIG. 85 is a schematic diagram showing a configuration of a blood pressure sensor 160 according to the fifth embodiment. FIG. 86 is a schematic cross-sectional view of the blood pressure sensor 160 as viewed from H1-H2. The pressure sensor 100 according to the first to third embodiments can be mounted on the blood pressure sensor 160, for example.
図８５に示す通り、血圧センサ１６０は、例えばヒトの腕１６５の動脈１６６上に貼り付けられる。また、図８６に示す通り、血圧センサ１６０は第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサ１００を搭載しており、これによって血圧を測定する事が可能である。
As shown in FIG. 85, the blood pressure sensor 160 is affixed onto the artery 166 of the human arm 165, for example. In addition, as shown in FIG. 86, the blood pressure sensor 160 is equipped with the pressure sensor 100 according to the first to third embodiments, and thereby, blood pressure can be measured.
第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサ１００は高感度であるため、これを搭載した血圧センサ１６０は感度良く連続的に血圧の検出を行う事が可能である。
Since the pressure sensor 100 according to the first to third embodiments is highly sensitive, the blood pressure sensor 160 equipped with the pressure sensor 100 can detect blood pressure continuously with high sensitivity.
［６．第６の実施の形態］
次に、図８７を参照して、第６の実施の形態について説明する。図８７は、第６の実施の形態に係るタッチパネル１７０の構成を示す模式的な回路図である。タッチパネル１７０は、図示しないディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに搭載される。
[6. Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 87 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a touch panel 170 according to the sixth exemplary embodiment. The touch panel 170 is mounted on at least one of the inside of the display (not shown) and the outside of the display.
タッチパネル１７０は、マトリクス状に配置された複数の圧力センサ１００と、Ｙ方向に複数配置され、Ｘ方向に配置された複数の圧力センサ１００の一端にそれぞれ接続された複数の第１の配線１７１と、Ｘ方向に複数配置され、Ｙ方向に配置された複数の圧力センサ１００の他端にそれぞれ接続された複数の第２の配線１７２と、複数の第１の配線１７１及び複数の第２の配線１７２を制御する制御部１７３とを備える。圧力センサ１００は、第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサである。
The touch panel 170 includes a plurality of pressure sensors 100 arranged in a matrix, a plurality of first wirings 171 arranged in the Y direction, and connected to one end of the plurality of pressure sensors 100 arranged in the X direction. A plurality of second wirings 172 arranged in the X direction and connected to the other ends of the plurality of pressure sensors 100 arranged in the Y direction, a plurality of first wirings 171 and a plurality of second wirings, respectively. And a control unit 173 for controlling 172. The pressure sensor 100 is a pressure sensor according to the first to third embodiments.
また、制御部１７３は、第１の配線１７１を制御する第１の制御回路１７４と、第２の配線１７２を制御する第２の制御回路１７５と、第１の制御回路１７４及び第２の制御回路１７５を制御する第３の制御回路１７６とを備える。
In addition, the control unit 173 includes a first control circuit 174 that controls the first wiring 171, a second control circuit 175 that controls the second wiring 172, the first control circuit 174, and the second control circuit. And a third control circuit 176 that controls the circuit 175.
例えば、制御部１７３は、複数の第１の配線１７１及び複数の第２の配線１７２を介して圧力センサ１００に電流を流す。ここで、図示しないタッチ面が押圧された場合、圧力センサ１００はその圧力に応じて歪検出素子の抵抗値を変化させる。制御部１７３は、この抵抗値の変化を検出することにより、押圧による圧力を検出した圧力センサ１００の位置を特定する。
For example, the control unit 173 causes a current to flow through the pressure sensor 100 via the plurality of first wirings 171 and the plurality of second wirings 172. Here, when a touch surface (not shown) is pressed, the pressure sensor 100 changes the resistance value of the strain detection element according to the pressure. The control unit 173 identifies the position of the pressure sensor 100 that detects the pressure due to the pressure by detecting the change in the resistance value.
第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサ１００は高感度であるため、これを搭載したタッチパネル１７０は感度良く押圧による圧力を検出する事が可能である。また、圧力センサ１００は小型であり、解像度の高いタッチパネル１７０を製造する事が可能である。
Since the pressure sensor 100 according to the first to third embodiments is highly sensitive, the touch panel 170 on which the pressure sensor 100 is mounted can detect pressure due to pressing with high sensitivity. In addition, the pressure sensor 100 is small, and a touch panel 170 with high resolution can be manufactured.
尚、タッチパネル１７０は、圧力センサ１００の他にタッチを検出するための検出要素を備えていても良い。
The touch panel 170 may include a detection element for detecting a touch in addition to the pressure sensor 100.
［７．その他の応用例］
以上、具体例を参照しつつ、第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサ１００の応用例について説明した。しかし、圧力センサ１００は、第４〜第６に示す実施の形態の他に、気圧センサやタイヤの空気圧センサ等、様々な圧力センサデバイスに応用することができる。
[7. Other application examples]
The application examples of the pressure sensor 100 according to the first to third embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the pressure sensor 100 can be applied to various pressure sensor devices such as a pressure sensor and a tire pressure sensor in addition to the fourth to sixth embodiments.
また、歪検出素子２００、圧力センサ１００、マイクロフォン１５０、血圧センサ１６０及びタッチパネル１７０に含まれる膜部、歪検出素子、第１の磁性層、第２の磁性層及び中間層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
In addition, the elements of the strain detection element 200, the pressure sensor 100, the microphone 150, the blood pressure sensor 160 and the touch panel 170, such as the film portion, the strain detection element, the first magnetic layer, the second magnetic layer, and the intermediate layer As long as it can implement similarly by selecting suitably from a well-known range, and a similar effect can be acquired about a general structure, it is included in the scope of the present invention.
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した歪検出素子、圧力センサ１００、マイクロフォン１５０、血圧センサ１６０及びタッチパネル１７０を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての歪検出素子、圧力センサ１００、マイクロフォン１５０、血圧センサ１６０及びタッチパネル１７０も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
In addition, based on the strain detection element, the pressure sensor 100, the microphone 150, the blood pressure sensor 160, and the touch panel 170 described above as embodiments of the present invention, all strain detection elements that can be implemented by a person skilled in the art with appropriate design changes, The pressure sensor 100, the microphone 150, the blood pressure sensor 160, and the touch panel 170 are also within the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention.
［８．その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、下記の様な態様によっても実施することが可能である。
[8. Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can be implemented also with the following aspects.
［態様１］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層の第１の対向面に対向する第２の対向面を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と
を備え、
前記第１の磁性層は、前記第１の対向面の一部において前記第２の対向面と対向する
ことを特徴とする歪検出素子。
[Aspect 1]
A strain detection element provided on the deformable film part,
A first magnetic layer that changes a magnetization direction in accordance with deformation of the film part;
A second magnetic layer having a second facing surface facing the first facing surface of the first magnetic layer;
An intermediate layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer,
The strain detecting element, wherein the first magnetic layer is opposed to the second facing surface at a part of the first facing surface.
［態様２］
前記第１の対向面の面積は、前記第２の対向面の面積よりも大きい
ことを特徴とする態様１記載の歪検出素子。
[Aspect 2]
The area of the first opposing surface is larger than the area of the second opposing surface. The strain detection element according to aspect 1, wherein
［態様３］
前記第２の対向面は、前記第２の対向面の全体において前記第１の対向面と対向する
ことを特徴とする態様１または２記載の歪検出素子。
[Aspect 3]
The strain detecting element according to claim 1 or 2, wherein the second facing surface is opposed to the first facing surface in the entire second facing surface.
［態様４］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層の第１の対向面に対向する第２の対向面をそれぞれ有する複数の第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と
を備えた
ことを特徴とする歪検出素子。
[Aspect 4]
A strain detection element provided on the deformable film part,
A first magnetic layer that changes a magnetization direction in accordance with deformation of the film part;
A plurality of second magnetic layers each having a second facing surface facing the first facing surface of the first magnetic layer;
A strain detection element comprising: an intermediate layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer.
［態様５］
前記第１の磁性層は、前記第１の対向面の一部において前記第２の対向面と対向する
ことを特徴とする態様４記載の歪検出素子。
[Aspect 5]
The strain detecting element according to aspect 4, wherein the first magnetic layer is opposed to the second facing surface at a part of the first facing surface.
［態様６］
前記第１の磁性層と電気的に接続された第１の電極と、
前記複数の第２の磁性層と電気的に並列に接続された第２の電極と
を更に備え、
前記第１の磁性層と前記複数の第２の磁性層との前記中間層を介した接合が、前記第１の電極と前記第２の電極との間で電気的に並列に接続されている
ことを特徴とする態様４または５記載の歪検出素子。
[Aspect 6]
A first electrode electrically connected to the first magnetic layer;
A second electrode electrically connected in parallel with the plurality of second magnetic layers;
A junction of the first magnetic layer and the plurality of second magnetic layers through the intermediate layer is electrically connected in parallel between the first electrode and the second electrode. 6. The strain detection element according to aspect 4 or 5, wherein
［態様７］
一の前記第２の磁性層と電気的に接続された第１の電極と、
他の前記第２の磁性層と電気的に接続された第２の電極と
を更に備え、
前記第１の磁性層と前記複数の第２の磁性層との前記中間層を介した接合が、前記第１の電極と前記第２の電極との間で電気的に直列に接続されている
ことを特徴とする態様４または５記載の歪検出素子。
[Aspect 7]
A first electrode electrically connected to one of the second magnetic layers;
A second electrode electrically connected to the other second magnetic layer, and
A junction of the first magnetic layer and the plurality of second magnetic layers via the intermediate layer is electrically connected in series between the first electrode and the second electrode. 6. The strain detection element according to aspect 4 or 5, wherein
［態様８］
前記第２の磁性層の磁化方向は、一方向に固着されている
ことを特徴とする態様１〜７のうちのいずれか一項記載の歪検出素子。
[Aspect 8]
The strain detection element according to claim 1, wherein the magnetization direction of the second magnetic layer is fixed in one direction.
［態様９］
前記第２の磁性層の磁化方向は、積層方向に隣接する反強磁性層によって一方向に固着されている
ことを特徴とする態様８記載の歪検出素子。
[Aspect 9]
The strain detecting element according to aspect 8, wherein the magnetization direction of the second magnetic layer is fixed in one direction by an antiferromagnetic layer adjacent to the stacking direction.
［態様１０］
前記中間層と前記第１の磁性層の間に設けられた第３の磁性層を更に備えた
ことを特徴とする態様１〜９のうちのいずれか一項記載の歪検出素子。
[Aspect 10]
The strain detection element according to claim 1, further comprising a third magnetic layer provided between the intermediate layer and the first magnetic layer.
［態様１１］
前記中間層の平面形状は、前記第１の磁性層と同じである
ことを特徴とする態様１〜１０記載の歪検出素子。
[Aspect 11]
The planar shape of the intermediate layer is the same as that of the first magnetic layer. The strain detection element according to any one of aspects 1 to 10, wherein
［態様１２］
前記中間層の平面形状は、前記第２の磁性層と同じである
ことを特徴とする態様１〜１０記載の歪検出素子。
[Aspect 12]
The planar shape of the intermediate layer is the same as that of the second magnetic layer. The strain detection element according to any one of aspects 1 to 10, wherein
［態様１３］
前記第２の磁性層と前記膜部との間に前記第１の磁性層が設けられている
ことを特徴とする態様１〜１２記載の歪検出素子。
[Aspect 13]
The strain detecting element according to any one of aspects 1 to 12, wherein the first magnetic layer is provided between the second magnetic layer and the film portion.
［態様１４］
支持部と、前記支持部に支持された前記膜部と、前記膜部の上に設けられた態様１〜１３のうちのいずれか一項記載の歪検出素子とを備えた
ことを特徴とする圧力センサ。
[Aspect 14]
It provided with the support part, the said film part supported by the said support part, and the distortion | strain detection element as described in any one of the aspects 1-13 provided on the said film part. Pressure sensor.
［態様１５］
前記第１の磁性層は、積層方向に垂直な面内における第１の面内方向に対して、前記積層方向及び前記第１の面内方向に垂直な第２の面内方向よりも長く形成されている
ことを特徴とする態様１〜１４記載の歪検出素子。
[Aspect 15]
The first magnetic layer is formed longer than a first in-plane direction in a plane perpendicular to the stacking direction than a second in-plane direction perpendicular to the stacking direction and the first in-plane direction. The strain detection element according to any one of aspects 1 to 14, wherein:
［態様１６］
支持部と、前記支持部に支持された前記膜部と、前記膜部の上に設けられた態様１５記載の歪検出素子とを備えた圧力センサであって、
前記第１の磁性層は、前記第１の磁性層の重心と前記第１の領域の外縁とを最短距離で結ぶ直線と、前記第１の面内方向との相対角度が、０°よりも大きく９０°よりも小さくなるように設けられる
ことを特徴とする圧力センサ。
[Aspect 16]
A pressure sensor comprising: a support part; the film part supported by the support part; and the strain detection element according to aspect 15 provided on the film part,
In the first magnetic layer, a relative angle between a straight line connecting the center of gravity of the first magnetic layer and the outer edge of the first region at the shortest distance and the first in-plane direction is more than 0 °. A pressure sensor characterized by being provided so as to be larger than 90 °.
［態様１７］
前記歪検出素子を前記膜部の上に複数設けてなる
ことを特徴とする態様１４または１６記載の圧力センサ。
[Aspect 17]
The pressure sensor according to aspect 14 or 16, wherein a plurality of the strain detection elements are provided on the film part.
［態様１８］
支持部と、前記支持部に支持された前記膜部と、前記膜部の上に複数設けられた態様１５記載の歪検出素子とを備えた圧力センサであって、
前記第１の磁性層の、前記第１の磁性層の重心と前記第１の領域の外縁とを最短距離で結ぶ直線と、前記第１の面内方向との相対角度を第３角度とすると、
前記複数の歪検出素子について、最大の第３角度と最小の第３角度の差が５度以下である
ことを特徴とする圧力センサ。
[Aspect 18]
A pressure sensor comprising: a support part; the film part supported by the support part; and a plurality of strain detection elements according to aspect 15 provided on the film part,
A relative angle between a straight line connecting the center of gravity of the first magnetic layer and the outer edge of the first region of the first magnetic layer at the shortest distance and the first in-plane direction is a third angle. ,
The difference between the maximum third angle and the minimum third angle of the plurality of strain detection elements is 5 degrees or less.
［態様１９］
支持部と、前記支持部に支持された前記膜部と、前記膜部の上に複数設けられた態様１〜１３または態様１５記載の歪検出素子とを備えた圧力センサであって、
複数の前記歪検出素子のうちの少なくとも２つが電気的に直列に接続されている
ことを特徴とする圧力センサ。
[Aspect 19]
A pressure sensor comprising: a support part; the film part supported by the support part; and the strain detection elements according to aspects 1 to 13 or aspect 15 provided on the film part,
A pressure sensor, wherein at least two of the plurality of strain detection elements are electrically connected in series.
［態様２０］
態様１４または態様１６〜１９記載の圧力センサを備えたマイクロフォン。
[Aspect 20]
A microphone provided with the pressure sensor according to Aspect 14 or Aspects 16-19.
［態様２１］
態様１４または態様１６〜１９記載の圧力センサを備えた血圧センサ。
[Aspect 21]
A blood pressure sensor comprising the pressure sensor according to aspect 14 or aspects 16-19.
［態様２２］
態様１４または態様１６〜１９記載の圧力センサを備えたタッチパネル。
[Aspect 22]
A touch panel comprising the pressure sensor according to aspect 14 or aspects 16-19.
［９．その他］
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
[9. Others]
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
また、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の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。これら新規な実施の形態は、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、変更を行うことが出来る。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
Moreover, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel 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 scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
