JP2018194534A - Magnetic sensor - Google Patents

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征典 益田
Masanori Masuda
征典 益田
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Abstract

To provide a magnetic sensor that can increase the detection accuracy.SOLUTION: A magnetic sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes: an element part 20 including a magnetization free layer 21, an insulating non-magnetic layer 22 formed on the magnetization free layer 21, and a magnetization fixing layer 23 on the non-magnetic layer 22; and a magnetism collecting part 30 electrically insulated from the element part 20. When the direction of the magnetism sensing shaft of the element part 20 is denoted by a first direction, the length LFC of the magnetism collecting part 30 in the first direction is 5 mm or larger, the thickness tFC of the magnetism collecting part 30 is 5 μm, and the relation of LFC>tFC is satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor.

磁場を検出する磁気センサとして、GMR(巨大磁気抵抗)効果やTMR(トンネル磁気抵抗)効果を用いたスピンバルブ型MR磁気センサがある。
スピンバルブ型MR磁気センサは、非磁性体を強磁性体で挟んだ構造(強磁性体/非磁性/強磁性体)を有し、一方の磁性体の磁化を反強磁性体で固定(磁化固定層)し、もう一方の強磁性体(磁化自由層)の磁化は外部磁場に対して自由に回転できる構造が一般的である(スピンバルブ構造)。スピンバルブ型MR磁気センサは、外部磁場Hが加わり、磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化との相対角が変化すると、非磁性体である中間層を流れる電流が変化するため、磁場を検出することができる(例えば、特許文献1参照)。
As a magnetic sensor for detecting a magnetic field, there is a spin valve MR magnetic sensor using a GMR (giant magnetoresistance) effect or a TMR (tunnel magnetoresistance) effect.
A spin valve MR magnetic sensor has a structure in which a nonmagnetic material is sandwiched between ferromagnetic materials (ferromagnetic material / nonmagnetic material / ferromagnetic material), and the magnetization of one magnetic material is fixed by an antiferromagnetic material (magnetization). In general, the magnetization of the other ferromagnetic material (magnetization free layer) can rotate freely with respect to an external magnetic field (spin valve structure). In the spin valve MR magnetic sensor, when the external magnetic field H is applied and the relative angle between the magnetization of the magnetization fixed layer and the magnetization of the magnetization free layer changes, the current flowing through the non-magnetic intermediate layer changes. It can be detected (see, for example, Patent Document 1).

スピンバルブ型MR磁気センサは、微小な磁場で大きな磁気抵抗(MR)変化を示すことが知られており、主にハードディスクの磁気ヘッド等に用いられている。また、スピンバルブ型MR磁気センサは、ホール効果を用いた磁気センサ(ホール素子)と比較して高感度であること、つまり微小磁場の検出が可能であることが知られている(例えば、特許文献2参照)。   A spin-valve MR magnetic sensor is known to exhibit a large magnetoresistance (MR) change with a small magnetic field, and is mainly used for a magnetic head of a hard disk. In addition, it is known that a spin valve MR magnetic sensor is more sensitive than a magnetic sensor (Hall element) using the Hall effect, that is, can detect a minute magnetic field (for example, patents). Reference 2).

MRセンサには他の方式があり、例えばAMR(異方性磁気抵抗)効果を利用したAMR磁気センサがある。AMR磁気センサ(AMR素子)はGMR磁気センサやTMR磁気センサと比較して感度は小さいが、ノイズ特性が優れており、磁気検出能はGMR磁気センサやTMR磁気センサと比較しても同等レベルである(例えば、特許文献3参照)。   There are other types of MR sensor, for example, an AMR magnetic sensor using the AMR (anisotropic magnetoresistance) effect. AMR magnetic sensors (AMR elements) are less sensitive than GMR magnetic sensors and TMR magnetic sensors, but have excellent noise characteristics, and the magnetic detection performance is comparable to GMR magnetic sensors and TMR magnetic sensors. Yes (see, for example, Patent Document 3).

特開平9−199769号公報JP 9-199769 A 特開2005−221383号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-221383 特許第5044070号公報Japanese Patent No. 5044070

上述したようなGMR効果やTMR効果を用いたスピンバルブ型MR磁気センサは、ホール素子やAMR素子に比べて磁気感度が高いという特徴を持つ。しかし、生体から発生する磁場等、非常に微小な磁場を得るには感度が足りない。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出精度を向上させることの可能な磁気センサを提供することを課題としている。
The spin valve MR magnetic sensor using the GMR effect or the TMR effect as described above has a feature that the magnetic sensitivity is higher than that of the Hall element or the AMR element. However, the sensitivity is insufficient to obtain a very small magnetic field such as a magnetic field generated from a living body.
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a magnetic sensor capable of improving detection accuracy.

上記課題を解決するために、本発明の一態様の磁気センサは、磁化自由層、前記磁化自由層上に形成された絶縁性の非磁性層、および前記非磁性層上に形成された磁化固定層を有する素子部と、前記素子部と電気的に絶縁された磁気収束部と、を備え、前記素子部の感磁軸の方向を第一の方向とすると、前記磁気収束部の前記第一の方向の長さLFCは5mm以上であり、前記磁気収束部の厚みtFCは5μm以上であり、LFC>tFCを満たすことを特徴としている。   In order to solve the above problems, a magnetic sensor of one embodiment of the present invention includes a magnetization free layer, an insulating nonmagnetic layer formed on the magnetization free layer, and a magnetization fixed formed on the nonmagnetic layer. An element portion having a layer; and a magnetic concentrating portion electrically insulated from the element portion, and the first direction of the magnetic converging portion is defined as a first direction of a magnetosensitive axis direction of the element portion. The length LFC in the direction is 5 mm or more, the thickness tFC of the magnetic converging portion is 5 μm or more, and LFC> tFC is satisfied.

本発明によれば、より優れた感度特性を実現することが可能な磁気センサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetic sensor which can implement | achieve the more excellent sensitivity characteristic can be provided.

本発明の第一実施形態に係る磁気センサを示す平面図(a)と、そのA−A’断面図(b)である。It is the top view (a) which shows the magnetic sensor which concerns on 1st embodiment of this invention, and its A-A 'sectional drawing (b). 本発明の第一実施形態に係る磁気センサの変形例を示す平面図(a)と、そのA−A’断面図(b)である。It is the top view (a) which shows the modification of the magnetic sensor which concerns on 1st embodiment of this invention, and its A-A 'sectional drawing (b). 本発明の第二実施形態に係る磁気センサを示す平面図(a)と、そのA−A’断面図(b)である。It is the top view (a) which shows the magnetic sensor which concerns on 2nd embodiment of this invention, and its A-A 'sectional drawing (b). 本発明の第三実施形態に係る磁気センサを示す平面図(a)と、そのA−A’断面図(b)である。It is the top view (a) which shows the magnetic sensor which concerns on 3rd embodiment of this invention, and its A-A 'sectional drawing (b). ハードバイアス部を有する磁気センサについて説明する図であり、(a)は第四実施形態の磁気センサが有するハードバイアス部の配置を示す。It is a figure explaining the magnetic sensor which has a hard bias part, (a) shows arrangement | positioning of the hard bias part which the magnetic sensor of 4th embodiment has. 実施例1の磁気センサの磁気収束部と素子部を示す平面図である。3 is a plan view showing a magnetic converging part and an element part of the magnetic sensor of Example 1. FIG. 実施例2の磁気センサの磁気収束部と素子部を示す平面図である。It is a top view which shows the magnetic convergence part and element part of the magnetic sensor of Example 2. FIG. 比較例1および2の磁気センサの磁気収束部と素子部を示す平面図である。It is a top view which shows the magnetic convergence part and element part of the magnetic sensor of the comparative examples 1 and 2. 実施例1の磁気センサを用いて得られた磁化曲線を示すグラフである。3 is a graph showing a magnetization curve obtained using the magnetic sensor of Example 1. 実施例11〜89および比較例11〜77で用いた磁性体群の配置を示す平面(a)と、そのA−A’断面図(b)である。It is the plane (a) which shows arrangement | positioning of the magnetic body group used in Examples 11-89 and Comparative Examples 11-77, and its A-A 'sectional drawing (b). 実施例11〜55および比較例11〜77で得られた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result obtained in Examples 11-55 and Comparative Examples 11-77. 実施例11および実施例61〜64で得られた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result obtained in Example 11 and Examples 61-64. 実施例81〜89および比較例81〜82で得られた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result obtained in Examples 81-89 and Comparative Examples 81-82.

[本発明の一態様に関する詳細な説明]
<磁気センサ>
本発明の一態様に係る磁気センサは、磁化自由層、磁化自由層上に形成された絶縁性の非磁性層、および非磁性層上に形成された磁化固定層を有する素子部と、素子部と電気的に絶縁された磁気収束部と、を備える。前記素子部の感磁軸の方向を第一の方向とすると、磁気収束部の第一の方向の長さLFCは5mm以上であり、磁気収束部の厚みtFCは5μm以上であり、LFC>tFCを満たす。
[Detailed Description of One Embodiment of the Present Invention]
<Magnetic sensor>
A magnetic sensor according to one embodiment of the present invention includes an element portion including a magnetization free layer, an insulating nonmagnetic layer formed on the magnetization free layer, and a magnetization fixed layer formed on the nonmagnetic layer, and an element portion And a magnetic convergence part electrically insulated. When the direction of the magnetosensitive axis of the element portion is the first direction, the length LFC in the first direction of the magnetic converging portion is 5 mm or more, the thickness tFC of the magnetic converging portion is 5 μm or more, and LFC> tFC Meet.

本発明の一態様に係る磁気センサによれば、後述の実施例、比較例、表1及び図11等に示すように、LFCが5mm以上、tFCが5μm以上であり、且つ、LFC>tFCであることで、素子部の磁化自由層の磁化を大きく増幅することが可能となり、優れた感度特性を持つ磁気センサを実現できる。
磁性材料の内部では、磁化の向きとは逆向きの磁界が生じており、反磁界と呼ばれている。磁性材料に外部から磁場を印加した時、反磁界が存在することで、磁性体内部の実効的な磁は、反磁界の分だけ減少し、磁化もそれに伴い減少する。例えば、磁気収束部に関して言えば、後述する磁気増幅率と直結する透磁率は、外部磁場に対する磁化の割合で決まる。したがって、反磁界が小さいことは、優れた感度特性を実現するために重要な要素である。ここで、LFC>tFCとすることで、磁気収束部の感磁軸方向の反磁界を小さくすることができ、磁気センサの感度特性を向上させることが可能となる。
According to the magnetic sensor of one embodiment of the present invention, as shown in Examples, Comparative Examples, Table 1 and FIG. 11 described later, LFC is 5 mm or more, tFC is 5 μm or more, and LFC> tFC. As a result, the magnetization of the magnetization free layer of the element portion can be greatly amplified, and a magnetic sensor having excellent sensitivity characteristics can be realized.
Inside the magnetic material, a magnetic field opposite to the direction of magnetization is generated, which is called a demagnetizing field. When a magnetic field is applied to the magnetic material from the outside, the demagnetizing field is present, so that the effective magnetism inside the magnetic material is reduced by the amount of the demagnetizing field, and the magnetization is reduced accordingly. For example, with regard to the magnetic converging unit, the magnetic permeability directly connected to the magnetic amplification factor described later is determined by the ratio of magnetization with respect to the external magnetic field. Therefore, a small demagnetizing field is an important factor for realizing excellent sensitivity characteristics. Here, by setting LFC> tFC, it is possible to reduce the demagnetizing field in the direction of the magnetosensitive axis of the magnetic converging unit, and it is possible to improve the sensitivity characteristics of the magnetic sensor.

また、本発明の一態様の磁気センサは、磁気収束部を複数備え、素子部は複数の磁気収束部間に存在することが好ましい。ここで、「磁気収束部間」とは、上面視(平面視)で、二つの磁気収束部の間にできる空隙を意味する。この空隙は、磁気収束部の材料以外のもので構成されていれば、他の部材で満たされていても良く、一例として、後述の保護層や、磁化自由層がこの空隙に存在してもよい。後述の図1においては、磁気収束部30Lの右端と、磁気収束部30Rの左端間隔が「磁気収束部間」となる。   The magnetic sensor of one embodiment of the present invention preferably includes a plurality of magnetic converging units, and the element unit is present between the plurality of magnetic converging units. Here, “between magnetic converging portions” means a gap formed between two magnetic converging portions in a top view (plan view). This gap may be filled with other members as long as it is made of a material other than the magnetic converging part. For example, even if a protective layer described later or a magnetization free layer is present in this gap Good. In FIG. 1 described later, the interval between the right end of the magnetic converging unit 30L and the left end of the magnetic converging unit 30R is “between magnetic converging units”.

素子部を磁気収束部に近づけることで磁気増幅効果が得られるが、素子部の両側に磁気収束部を配置することで、より優れた感度特性をもつ磁気センサを実現できる。
また、複数の磁気収束部の間隔DFCと、磁化自由層の第一の方向の長さLFMRと、磁化固定層の第一の方向の長さLPMRは、LPMR/4≦DFC≦LFMR+5×tFCを満たすことが好ましい。図12等に示すように、LPMR/4≦DFC≦LFMR+5×tFCを満たすことで、素子部の磁化自由層の磁化をより大きく増幅することが可能となり、優れた感度特性を持つ磁気センサを実現できる。
A magnetic amplification effect can be obtained by bringing the element part closer to the magnetic converging part. However, by disposing the magnetic converging part on both sides of the element part, a magnetic sensor having better sensitivity characteristics can be realized.
Further, the interval DFC between the plurality of magnetic converging portions, the length LFMR in the first direction of the magnetization free layer, and the length LPMR in the first direction of the magnetization fixed layer satisfy LPMR / 4 ≦ DFC ≦ LFMR + 5 × tFC. It is preferable to satisfy. As shown in FIG. 12 and the like, by satisfying LPMR / 4 ≦ DFC ≦ LFMR + 5 × tFC, it becomes possible to amplify the magnetization of the magnetization free layer of the element part more greatly, and a magnetic sensor having excellent sensitivity characteristics is realized. it can.

また、本発明の一態様の磁気センサは、磁化固定層を複数有する素子部を複数備え、複数の素子部を電気的に接続する配線部を有することが好ましい。この配線部を用いて複数の磁化固定層を電気的に接続すると、センサを駆動する際に1つの接合部にかかる電圧を低減できるため、電圧ノイズが低減し、より優れたノイズ特性を得ることができる。特に直列接続にすると、絶縁破壊耐圧の向上も期待できる。したがって、より優れた特性をもつ磁気センサを実現できる。   In addition, the magnetic sensor of one embodiment of the present invention preferably includes a plurality of element portions each including a plurality of magnetization fixed layers, and includes a wiring portion that electrically connects the plurality of element portions. When a plurality of magnetization fixed layers are electrically connected using this wiring portion, the voltage applied to one junction when driving the sensor can be reduced, so that voltage noise is reduced and better noise characteristics are obtained. Can do. In particular, when connected in series, an improvement in breakdown voltage can be expected. Therefore, a magnetic sensor having better characteristics can be realized.

この場合、各素子部間の間隔は、素子作製の面積効率の観点から、100μm以下とすることが好ましい。また各素子部間の間隔は、50μm以下がより好ましく、10μm以下がさらに好ましく、5μm以下がさらに好ましい。
また、この場合、複数の素子部は、磁気収束部を区画する辺のうちの感磁軸に略直交する辺に沿って配置することが好ましい。このように配置することで、磁気収束部間の間隔を小さくすることができる。磁気収束部間の間隔が小さいと、より効率よく磁気増幅が可能となる。
In this case, the interval between the element portions is preferably set to 100 μm or less from the viewpoint of area efficiency of element fabrication. Further, the interval between the element portions is more preferably 50 μm or less, further preferably 10 μm or less, and further preferably 5 μm or less.
In this case, it is preferable that the plurality of element portions be arranged along a side that is substantially orthogonal to the magnetosensitive axis among the sides that define the magnetic converging unit. By arrange | positioning in this way, the space | interval between magnetic converging parts can be made small. When the interval between the magnetic converging portions is small, magnetic amplification can be performed more efficiently.

また、磁気収束部の厚み方向の中心と素子部の厚み方向の中心とがずれていることが好ましい。その理由は以下の通りである。本発明の一態様の磁気センサにおいて磁気収束部の厚みは5mm以上であり、素子部の厚みは例えば70nm程度であるため、磁気収束部の厚み方向の中心と素子部の厚み方向の中心とを一致させるためには、基板をイオンミリング等で深く(2.5mm以上)エッチングする必要があり、時間がかかる。これに対して、磁気収束部の厚み方向の中心と素子部の厚み方向の中心とがずれていれば、深くエッチングする必要がなくなるため、より簡便に本発明の一態様の磁気センサを作製することが可能となる。   Moreover, it is preferable that the center of the magnetic converging part in the thickness direction is shifted from the center of the element part in the thickness direction. The reason is as follows. In the magnetic sensor of one embodiment of the present invention, the thickness of the magnetic converging portion is 5 mm or more, and the thickness of the element portion is, for example, about 70 nm. In order to match, it is necessary to etch the substrate deeply (2.5 mm or more) by ion milling or the like, which takes time. On the other hand, if the center in the thickness direction of the magnetic converging portion is shifted from the center in the thickness direction of the element portion, it is not necessary to perform deep etching. Therefore, the magnetic sensor of one embodiment of the present invention can be more easily manufactured. It becomes possible.

また、素子部は感磁軸を有し、上面視において、素子部の第一の方向に直交する方向の長さは、磁気収束部の第一の方向に直交する方向の長さよりも短いことが好ましい。このように構成することで、磁気増幅された磁場を素子部全体に流入させることができるので、より効率よく磁気増幅することが可能となる。
以下、本発明の一態様に係る磁気センサの各構成部について、例を挙げて説明する。
The element portion has a magnetosensitive axis, and the length in the direction perpendicular to the first direction of the element portion is shorter than the length in the direction perpendicular to the first direction of the magnetic converging portion in a top view. Is preferred. With this configuration, the magnetically amplified magnetic field can be caused to flow into the entire element portion, so that magnetic amplification can be performed more efficiently.
Hereinafter, each component of the magnetic sensor according to one embodiment of the present invention will be described with examples.

(A)素子部
素子部は、磁化自由層と、非磁性層と、非磁性層上に形成された磁化固定層と、を有し、第一の方向に延びる感磁軸を有する。
素子部の積層順は、磁化自由層と、非磁性層と、磁化固定層が、この順で形成されることが望ましいが、順序は問わない。また、感度向上の観点から、非磁性層は絶縁性の材料で形成されていることが望ましい。
(A) Element Unit The element unit includes a magnetization free layer, a nonmagnetic layer, and a magnetization fixed layer formed on the nonmagnetic layer, and has a magnetosensitive axis extending in the first direction.
As for the stacking order of the element portions, it is desirable that the magnetization free layer, the nonmagnetic layer, and the magnetization fixed layer are formed in this order, but the order is not limited. Further, from the viewpoint of improving sensitivity, the nonmagnetic layer is preferably formed of an insulating material.

素子部の感磁軸とは、外部磁場に対する感度が最大となる方向を意味する。
例えば、外部磁場Bの印加方向と感磁軸が角度θだけ傾いているとき、磁気センサが感じる実効的な磁場Beffは、Beff=Bcosθで表される。θ=0、すなわち外部磁場の印加方向と感磁軸の方向が一致している時、実効的な磁場が最大となるので、最も感度よく外部磁場を検知できる。
The magnetosensitive axis of the element portion means a direction in which the sensitivity to an external magnetic field is maximized.
For example, when the application direction of the external magnetic field B and the magnetosensitive axis are inclined by an angle θ, the effective magnetic field Beff felt by the magnetic sensor is expressed by Beff = Bcos θ. When θ = 0, that is, when the application direction of the external magnetic field coincides with the direction of the magnetosensitive axis, the effective magnetic field is maximized, so that the external magnetic field can be detected with the highest sensitivity.

磁化自由層と同一平面内の所定の方向において、磁気センサに対して、外部磁場を増減させながら印加する。この時の外部磁場に対する抵抗値変化の傾きを、所定の方向における感度とする。
抵抗値変化の傾きを、最大の抵抗値と最小の抵抗値との間における最低3点以上で算出し、抵抗値変化の傾き(つまり、感度)が最大となる方向を、磁気センサの素子部の感磁軸とみなす。
In a predetermined direction in the same plane as the magnetization free layer, an external magnetic field is applied to the magnetic sensor while increasing or decreasing it. The slope of the change in resistance value with respect to the external magnetic field at this time is defined as sensitivity in a predetermined direction.
The slope of the resistance value change is calculated with at least three points between the maximum resistance value and the minimum resistance value, and the direction in which the slope of the resistance value change (that is, sensitivity) becomes maximum is determined by the element portion of the magnetic sensor. It is regarded as the magnetosensitive axis.

三つの層(磁化自由層、非磁性層、および磁化固定層)の上又は下、又は三つの層間に他の層が挿入されていてもよい。
素子部の最上部には、酸化防止の観点から、非磁性のキャップ層を備えていることが好ましい。非磁性のキャップ層は、配線部との接続の観点から、Au、Ruなどの導電性材料であることが好ましい。
Another layer may be inserted above or below the three layers (magnetization free layer, nonmagnetic layer, and magnetization pinned layer), or between the three layers.
It is preferable that a nonmagnetic cap layer is provided at the top of the element portion from the viewpoint of preventing oxidation. The nonmagnetic cap layer is preferably a conductive material such as Au or Ru from the viewpoint of connection with the wiring portion.

密着性の観点から、キャップ層と、磁化自由層または磁化固定層との間にTi、Taなどの金属層を備えていることが望ましい。素子部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、スパッタ法により形成することができる。また、複数の素子部を形成する場合、基板上に形成された積層膜を、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材を用いてドライエッチングやウェットエッチングすることにより形成することができる。   From the viewpoint of adhesion, it is desirable to provide a metal layer such as Ti or Ta between the cap layer and the magnetization free layer or the magnetization fixed layer. The element portion can be formed by a known method. For example, the element portion can be formed by a sputtering method. In the case of forming a plurality of element portions, the stacked film formed on the substrate can be formed by dry etching or wet etching using a mask member formed by a photolithography method.

この時、素子部の途中でエッチングを停止させることにより、素子部の形状を制御してもよい。この場合、エッチング停止点より上側の層が、エッチング停止点の下側の層上に複数部分に分かれて形成されていてもよい。
また、エッチング停止点は任意に設定することができる。例えば、上側の層に磁化自由層と非磁性層の一部が含まれ、下側の層に非磁性層の一部、磁化固定層が含まれていてもよい。
At this time, the shape of the element portion may be controlled by stopping the etching in the middle of the element portion. In this case, the layer above the etching stop point may be formed in a plurality of portions on the layer below the etching stop point.
Further, the etching stop point can be set arbitrarily. For example, the upper layer may include a magnetization free layer and a part of a nonmagnetic layer, and the lower layer may include a part of a nonmagnetic layer and a magnetization fixed layer.

また、上側の層に磁化自由層、非磁性層、磁化固定層、が含まれ、下側の層はそれ以外の層(例えばTa、Ruなど)で構成されていてもよい。
また、磁化固定層の位置は限定されない。磁気収束部の形状と、磁化自由層の形状と、これらの位置関係によって、磁化自由層内での磁化分布は変化する。例えば、図1や図4に示すように、磁化固定層を配置することができる。特に、磁化自由層と磁気収束部が非常に近く、磁化自由層の面積が大きい場合、図4に示すように磁化固定層を磁気収束部に近づけるような配置にすると、より高い感度が得られる。一方、磁化自由層と磁気収束部の距離が遠い場合や、磁化自由層の面積が小さい場合、図1に示すように、磁化固定層を感磁軸方向でみた時の磁化自由層の中央付近に配置すると、より高い感度が得られる。
The upper layer may include a magnetization free layer, a nonmagnetic layer, and a magnetization fixed layer, and the lower layer may be composed of other layers (for example, Ta, Ru, etc.).
Further, the position of the magnetization fixed layer is not limited. The magnetization distribution in the magnetization free layer changes depending on the shape of the magnetic converging portion, the shape of the magnetization free layer, and the positional relationship thereof. For example, as shown in FIGS. 1 and 4, a magnetization fixed layer can be disposed. In particular, when the magnetization free layer and the magnetic converging portion are very close and the area of the magnetization free layer is large, higher sensitivity can be obtained by arranging the magnetization fixed layer closer to the magnetic converging portion as shown in FIG. . On the other hand, when the distance between the magnetization free layer and the magnetic converging portion is long, or when the area of the magnetization free layer is small, as shown in FIG. 1, near the center of the magnetization free layer when the magnetization fixed layer is viewed in the direction of the magnetosensitive axis. Higher sensitivity can be obtained.

積層膜の磁化容易軸を決定するために、磁化容易軸にしたい方向と平行に、成膜中に磁場を印加してもよい。
ここで、磁化容易軸とは、磁性体のもつ磁気異方性の特性により、磁化されやすい方向のことを意味する。磁気異方性は、磁性体の形状によって決まる形状磁気、結晶方位によって決まる形状磁気異方性、磁性原子の配列によって起こる誘導磁気異方性などにより決定される。
また、積層膜を成膜後に、磁場中で熱処理を行うことで、磁化容易軸を決定してもよい。
In order to determine the easy axis of magnetization of the laminated film, a magnetic field may be applied during film formation parallel to the direction desired to be the easy axis of magnetization.
Here, the easy magnetization axis means a direction that is easily magnetized due to the magnetic anisotropy characteristic of the magnetic material. Magnetic anisotropy is determined by shape magnetism determined by the shape of the magnetic material, shape magnetic anisotropy determined by crystal orientation, induced magnetic anisotropy caused by the arrangement of magnetic atoms, and the like.
Alternatively, the easy axis of magnetization may be determined by performing heat treatment in a magnetic field after forming the laminated film.

(A−2)非磁性層
非磁性層は、絶縁性の非磁性材料で構成される。一般的に、TMR素子の場合はAlやMgO等の絶縁材料が用いられるが、この限りではない。高磁気感度化のため、非磁性層にMgOを利用することが好ましい。なお、非磁性層の微細加工形状は問わない。
(A-2) Nonmagnetic layer The nonmagnetic layer is made of an insulating nonmagnetic material. In general, in the case of a TMR element, an insulating material such as Al 2 O 3 or MgO is used, but this is not restrictive. In order to increase the magnetic sensitivity, it is preferable to use MgO for the nonmagnetic layer. Note that the finely processed shape of the nonmagnetic layer does not matter.

(A−3)磁化固定層
磁化固定層は、外部磁場によって磁化方向が容易に変化しないように、強磁性材料を主に用いて構成される。磁化固定層は、一つの材料で構成される必要はなく、多層膜であってもよい。一例としては、磁化固定層は、強磁性材料を反強磁性材料でピン止めした構造が用いられる。軟磁性材料としては、NiFe、CoFeB、CoFeSiB、CoFeなどが用いられるがこの限りではない。磁気感度向上のため、磁化固定層中にRuやTaなどの非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。また、反強磁性材料としてIrMn、PtMnなどが用いられるが、この構成に限定されない。なお、磁化固定層の微細加工形状は問わない。
(A-3) Magnetization fixed layer The magnetization fixed layer is mainly composed of a ferromagnetic material so that the magnetization direction is not easily changed by an external magnetic field. The magnetization fixed layer does not need to be composed of one material, and may be a multilayer film. As an example, the fixed magnetization layer has a structure in which a ferromagnetic material is pinned with an antiferromagnetic material. As the soft magnetic material, NiFe, CoFeB, CoFeSiB, CoFe and the like are used, but not limited thereto. In order to improve magnetic sensitivity, a multilayer film in which a nonmagnetic layer such as Ru or Ta is inserted in the magnetization fixed layer is preferable. In addition, IrMn, PtMn, or the like is used as an antiferromagnetic material, but is not limited to this configuration. The finely processed shape of the magnetization fixed layer is not limited.

(B)磁気収束部
本発明の一態様の磁気センサにおいて、磁気収束部は、第一の方向の長さLFCは5mm以上であり、厚みtFCは5μm以上であり、LFC>tFCを満たすものである。磁気収束部は膜厚方向が磁化困難軸方向となっている軟磁性体材料により構成される。軟磁性材料は、NiFe、CoFeSiB、NiFeCuMo、CoZrNb、などが挙げられるがこの限りではない。
(B) Magnetic focusing portion In the magnetic sensor of one aspect of the present invention, the magnetic focusing portion has a length LFC in the first direction of 5 mm or more, a thickness tFC of 5 μm or more, and satisfies LFC> tFC. is there. The magnetic converging part is made of a soft magnetic material whose film thickness direction is the hard axis direction. Examples of the soft magnetic material include NiFe, CoFeSiB, NiFeCuMo, and CoZrNb, but are not limited thereto.

磁気収束部はスパッタ法やめっきによって作成することができる。磁気収束部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、積層部の全面に、CuやNiFe等の材料を用いて後述するシード層を作り、めっきによって磁気収束部を形成するか、蒸着法やスパッタリング法により磁気収束部を形成し、さらに、マスク部材や余分なシード層を取り除くことで形成することができる。   The magnetic converging portion can be created by sputtering or plating. The magnetic converging portion can be formed by a known method. For example, a mask member formed by a photolithography method and a seed described later using a material such as Cu or NiFe on the entire surface of the laminated portion. It is possible to form a layer by forming a magnetic converging part by plating or forming a magnetic converging part by vapor deposition or sputtering, and further removing a mask member or an extra seed layer.

より高い感度を得るためには、磁気収束部の感磁軸方向の反磁界が小さいことが望ましい。そのため、磁気センサが磁気収束部を複数備える形態において、前述の第一の方向及び第二の方向に直交する方向を第三の方向としたときに、複数の磁気収束部の少なくとも二つ以上は、第一の方向の長さLFCが第三の方向の長さWFCよりも長いことが好ましい。このような構成にすることで、より小さい面積で磁気センサを作製できる。また、反磁界が小さくなるため、より高い磁気増幅効果を得ることができる。   In order to obtain higher sensitivity, it is desirable that the demagnetizing field in the direction of the magnetosensitive axis of the magnetic converging portion is small. Therefore, in a form in which the magnetic sensor includes a plurality of magnetic converging portions, when the direction perpendicular to the first direction and the second direction is the third direction, at least two of the plurality of magnetic converging portions are The length LFC in the first direction is preferably longer than the length WFC in the third direction. With this configuration, a magnetic sensor can be manufactured with a smaller area. Further, since the demagnetizing field is reduced, a higher magnetic amplification effect can be obtained.

また、磁気収束部の磁化が飽和する時の外部磁場の値Hsは、0<Hs≦10[Oe]を満たすことが好ましい。使用時の利便性の観点から、環境磁場によって飽和しないことが好ましい。そのため、0.1[Oe]≦Hs≦10[Oe]がより好ましく、0.5[Oe]≦Hs≦10[Oe]がより好ましく、1[Oe]≦Hs≦10[Oe]がさらに好ましい。
なお、磁化が完全に飽和するためには、実際には強い外部磁場が必要となる。本明細書中では、磁化が飽和するときの外部磁場の値Hsとは、外部磁場に対して磁化が略線形に変化する、外部磁場がゼロ付近の傾きでの外挿線と、飽和磁化の値との交点をHsと定義する。
Further, the value Hs of the external magnetic field when the magnetization of the magnetic converging portion is saturated preferably satisfies 0 <Hs ≦ 10 [Oe]. From the viewpoint of convenience during use, it is preferable not to be saturated by an environmental magnetic field. Therefore, 0.1 [Oe] ≦ Hs ≦ 10 [Oe] is more preferable, 0.5 [Oe] ≦ Hs ≦ 10 [Oe] is more preferable, and 1 [Oe] ≦ Hs ≦ 10 [Oe] is further preferable. .
In order to completely saturate the magnetization, a strong external magnetic field is actually required. In this specification, the value Hs of the external magnetic field when the magnetization is saturated is an extrapolation line in which the external magnetic field changes in a substantially linear manner with respect to the external magnetic field and the inclination of the saturation magnetization is near zero. The intersection with the value is defined as Hs.

ここで、磁気収束部が素子部の感磁軸に平行な方向(第一の方向)に長い形状を有する場合、この方向(第一の方向)が磁化容易軸となりやすい。磁化容易軸とは、磁性体が磁化されやすい軸方向のことであり、形状、結晶方位や、成膜時、熱処理時の磁場印加方向によって変化する。このなかでも磁性体の形状による効果は大きく、磁性体の長手方向が磁化容易軸になりやすいという特徴(形状異方性)を有する。素子部の感磁軸に平行な方向(第一の方向)が磁化容易軸となった場合、正に磁化された状態と負に磁化された状態の間で値を持たなくなり、磁気収束部による磁気収束が出来なくなる。   Here, when the magnetic converging part has a long shape in the direction (first direction) parallel to the magnetosensitive axis of the element part, this direction (first direction) tends to be the easy magnetization axis. The easy magnetization axis is an axial direction in which a magnetic material is easily magnetized, and changes depending on the shape, crystal orientation, and the direction of magnetic field application during film formation and heat treatment. Among these, the effect of the shape of the magnetic material is great, and the magnetic material has a feature (shape anisotropy) that the longitudinal direction of the magnetic material tends to be the easy axis of magnetization. When the direction (first direction) parallel to the magnetosensitive axis of the element portion becomes the easy magnetization axis, there is no value between the positively magnetized state and the negatively magnetized state, and the magnetic converging unit Magnetic convergence is not possible.

つまり、本発明の一態様の磁気センサにおいて磁気収束部の寸法関係がLFC>WFCである場合、上述の形状異方性により第一の方向が磁化容易軸になりやすい。しかし、磁性体の短手方向に磁場を印加しながら磁気収束部を形成することで、第一の方向が磁化容易軸とならず、磁気収束部の磁化が飽和するときの外部磁場の値Hsが0<Hs≦10[Oe]を満たすものとすることができる。すなわち、十分な磁気収束を実現可能となっている。   That is, in the magnetic sensor of one embodiment of the present invention, when the dimensional relationship of the magnetic converging portion is LFC> WFC, the first direction is likely to be an easy magnetization axis due to the shape anisotropy described above. However, by forming the magnetic converging portion while applying a magnetic field in the short direction of the magnetic material, the value Hs of the external magnetic field when the magnetization of the magnetic converging portion is saturated because the first direction does not become the easy axis of magnetization. May satisfy 0 <Hs ≦ 10 [Oe]. That is, sufficient magnetic convergence can be realized.

磁気収束部をスパッタ等で形成する場合、例えば、短手方向に磁場を印加しながら第一の熱処理を行った後、長手方向に磁場を印加しながら、第一の熱処理温度よりも低い温度で、第二の熱処理を行う。具体的には、第一の熱処理温度は、350℃程度、第二の熱処理温度は300℃程度等で行うことができるが、結晶状態や材料により最適な温度は異なる。磁場中での熱処理は、1時間程度、上記熱処理温度に保持した後、徐冷を行い、100℃程度以下になるまで磁場印加を続けるという方法が採用できる。   When the magnetic converging portion is formed by sputtering or the like, for example, after performing the first heat treatment while applying a magnetic field in the short direction, the temperature is lower than the first heat treatment temperature while applying the magnetic field in the longitudinal direction. Second heat treatment is performed. Specifically, the first heat treatment temperature can be about 350 ° C., the second heat treatment temperature can be about 300 ° C., etc., but the optimum temperature varies depending on the crystal state and material. For the heat treatment in a magnetic field, it is possible to employ a method of maintaining the above heat treatment temperature for about 1 hour, followed by gradual cooling and continuing to apply the magnetic field until the temperature is about 100 ° C. or lower.

(B−2)シード層
シード層は、めっきにより磁気収束部を作製する際のベースとして必要となる。熱酸化膜上に製膜する場合、密着性の観点から、TaやTi等を成膜後、CuやNiFeなどを製膜するのが好ましい。シード層がCu等の非磁性材料の場合は、外部磁場に対して反応しないが、NiFe等の磁性材料の場合、シード層も磁気収束効果をもつ。この場合、シード層も含めて磁気収束部とみなす。
(B-2) Seed layer The seed layer is necessary as a base for producing the magnetic converging portion by plating. When forming a film on a thermal oxide film, it is preferable to form Cu, NiFe, etc. after forming Ta, Ti, etc. from a viewpoint of adhesiveness. When the seed layer is a nonmagnetic material such as Cu, it does not react to an external magnetic field, but when the seed layer is a magnetic material such as NiFe, the seed layer also has a magnetic convergence effect. In this case, the seed layer and the magnetic converging portion are considered.

(C)保護層
保護層は、素子部、配線部、磁気収束部などの絶縁を保つために用いる。保護層の材料は素子部、配線部、磁気収束部を絶縁可能なものであれば特に制限されず、一例として酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムが挙げられる。保護層は素子部の表面全体を覆うように形成され、素子部と配線部との接合部分や、電極上には通電窓(すなわち、開口部)が存在する。本発明において通電窓の位置や形状は限定されない。
(C) Protective layer A protective layer is used in order to maintain insulation of an element part, a wiring part, a magnetic convergence part, etc. The material of the protective layer is not particularly limited as long as it can insulate the element portion, the wiring portion, and the magnetic converging portion, and examples thereof include silicon oxide, silicon nitride, and aluminum oxide. The protective layer is formed so as to cover the entire surface of the element portion, and there is an energization window (that is, an opening) on the junction between the element portion and the wiring portion and on the electrode. In the present invention, the position and shape of the energization window are not limited.

(D)配線部
配線部は、絶縁層上に形成された通電窓を介して電極と素子部とを接続する。また、複数の磁気センサを、直列接続又は並列接続する場合、素子部同士を電気的に接続するためにも用いる。密着性の観点から、キャップ層と配線部の間にTi、Taなどの層を備えていることが望ましい。
(D) Wiring part A wiring part connects an electrode and an element part through the electricity supply window formed on the insulating layer. Further, when a plurality of magnetic sensors are connected in series or in parallel, they are also used to electrically connect the element portions. From the viewpoint of adhesion, it is desirable to provide a layer such as Ti or Ta between the cap layer and the wiring portion.

配線部の材料としては、素子部同士、電極間を電気的に接続することが可能な導電性の材料(例えばAu、Cu、Cr、Ni、Al、Ta、Ruなど)であれば特に制限されない。また、配線部は単一の材料からなってもよいし、複数の材料の混合又は積層であってもよい。配線部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、素子部の全面に、蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること(すなわち、リフトオフ法)により形成することができる。
また、素子部や、磁気収束部にバイアス磁場を加える目的で、素子部と接続しない配線部を別に設けてもよい。
The material of the wiring part is not particularly limited as long as it is a conductive material (for example, Au, Cu, Cr, Ni, Al, Ta, Ru, etc.) that can electrically connect the element parts to each other. . Further, the wiring portion may be made of a single material, or may be a mixture or a laminate of a plurality of materials. The wiring part can be formed by a known method, and as an example, a mask member formed by a photolithography method, and a conductive material is formed on the entire surface of the element part by vapor deposition or sputtering, Further, it can be formed by peeling the mask member using a peeling solution (ie, lift-off method).
Further, for the purpose of applying a bias magnetic field to the element part or the magnetic converging part, a wiring part that is not connected to the element part may be provided separately.

(E)電極
電極は、外部の回路等との接続に用いる。密着性の観点から、基板と電極との間にTi、Taなどの層を備えていることが望ましい。基板上に素子部を残し、その上部に電極を作製してもよい。電極の材料としては、配線部同様、導電性の材料(例えばAu、Cu、Cr、Ni、Al、Ta、Ruなど)であれば特に制限されないが、素子特性の観点から、酸化されにくい材料(Au,Ruなど)である方が好ましい。
(E) Electrode An electrode is used for connection with an external circuit or the like. From the viewpoint of adhesion, it is desirable to provide a layer such as Ti or Ta between the substrate and the electrode. The element portion may be left on the substrate, and an electrode may be formed on the upper portion. The material of the electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material (for example, Au, Cu, Cr, Ni, Al, Ta, Ru, etc.) as in the wiring portion. Au, Ru, etc.) are preferred.

また、電極は単一の材料からなってもよいし、複数の材料が混合又は積層されたものであってもよい。電極は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、積層部の全面に、蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること(すなわち、リフトオフ法)により形成することができる。プロセス工数の観点から、配線部と同一プロセスで作製することが望ましい。   Further, the electrode may be made of a single material, or may be a mixture or a laminate of a plurality of materials. The electrode can be formed by a known method, for example, a mask member formed by a photolithography method, and a conductive material is formed on the entire surface of the stacked portion by an evaporation method or a sputtering method. It can be formed by peeling the mask member using a peeling solution (that is, lift-off method). From the viewpoint of process man-hours, it is desirable to make the same process as the wiring part.

(F)ハードバイアス部
素子部の感磁軸と垂直な方向にハードバイアス部からの磁場が印加されるようにハードバイアス部を形成することで、バルクハウゼンノイズの抑制効果及び線形性の改善効果が得られる。本発明の一態様の磁気センサは、ハードバイアス部を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。ハードバイアス部の材料は、例えば、CoPt,CoPtCrなどのヒステリシスの大きい強磁性材料が用いられるが、この限りではない。
(F) Hard Bias Unit By forming the hard bias unit so that the magnetic field from the hard bias unit is applied in the direction perpendicular to the magnetosensitive axis of the element unit, the Barkhausen noise suppression effect and the linearity improvement effect Is obtained. The magnetic sensor of one embodiment of the present invention may or may not include a hard bias portion. As the material of the hard bias portion, for example, a ferromagnetic material having a large hysteresis such as CoPt or CoPtCr is used, but the material is not limited to this.

ハードバイアス部は、図5(a)に示すように、素子部と磁気収束部の両方に磁場が印加されるように形成されてもよいし、図5(b)に示すように、磁気収束部に対してのみ磁場が印加されるように形成されてもよいし、図5(c)に示すように、素子部に対してのみ磁場が印加されるように形成されてもよい。
なお、図5(a)では、素子部20および磁気収束部30L,30Rの図5の紙面における上側のハードバイアス部をハードバイアス部60U、下側のハードバイアス部をハードバイアス部60Bとしている。図5(b)では、磁気収束部30L,30Rの図5の紙面における上側のハードバイアス部を、ハードバイアス部601U,602U、下側のハードバイアス部をハードバイアス部601B,602Bとしている。図5(c)では、素子部20の図5の紙面における上側のハードバイアス部をハードバイアス部60U、下側のハードバイアス部をハードバイアス部60Bとしている。
The hard bias part may be formed so that a magnetic field is applied to both the element part and the magnetic converging part as shown in FIG. 5A, or the magnetic converging part as shown in FIG. 5B. The magnetic field may be applied only to the part, or the magnetic field may be applied only to the element part as shown in FIG.
In FIG. 5A, the upper hard bias portion of the element portion 20 and the magnetic converging portions 30L and 30R in FIG. 5 is the hard bias portion 60U, and the lower hard bias portion is the hard bias portion 60B. In FIG. 5B, the hard bias units 601U and 602U on the upper side of the magnetic converging units 30L and 30R in FIG. 5 are used as the hard bias units 601U and 602U, and the lower hard bias units are used as the hard bias units 601B and 602B. In FIG. 5C, the upper hard bias portion of the element portion 20 in FIG. 5 is the hard bias portion 60U, and the lower hard bias portion is the hard bias portion 60B.

[実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Further, the present invention is not limited to the embodiment shown below. In the embodiment described below, a technically preferable limitation is made for carrying out the present invention, but this limitation is not an essential requirement of the present invention.

<第一実施形態>
図1に示すように、第一実施形態の磁気センサ1は、基板10と、基板10上に配置された素子部20と、素子部20を覆う保護層40と、保護層40に形成された通電窓40aを通じて素子部20と接続される配線部50と、配線部50及び保護層40を覆う保護層41と、を備え、さらに、保護層41上にシード層31と磁気収束部30L,30Rを備える。磁気収束部30Lは図1の紙面上で素子部20の左側の磁気収束部であり、磁気収束部30Rは右側の磁気収束部である。磁気収束部30L,30Rは、素子部20の感磁軸と平行な方向に、素子部20を挟むように配置されている。
<First embodiment>
As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 1 of the first embodiment is formed on a substrate 10, an element unit 20 disposed on the substrate 10, a protective layer 40 covering the element unit 20, and the protective layer 40. A wiring part 50 connected to the element part 20 through the energization window 40a, and a protective layer 41 covering the wiring part 50 and the protective layer 40, and further, a seed layer 31 and magnetic converging parts 30L, 30R on the protective layer 41. Is provided. The magnetic converging unit 30L is a magnetic converging unit on the left side of the element unit 20 on the paper surface of FIG. 1, and the magnetic converging unit 30R is a right magnetic converging unit. The magnetic flux concentrators 30L and 30R are arranged so as to sandwich the element unit 20 in a direction parallel to the magnetosensitive axis of the element unit 20.

素子部20は、磁化自由層21、非磁性層22、および磁化固定層23がこの順に積層されたものであり、一つの磁化自由層21上に、非磁性層22と磁化固定層23とからなる複数の積層体が、磁気収束部30を区画する辺のうち第一の方向(素子部20の感磁軸の方向)に略直交する線に沿って配置されている。
磁気収束部30L,30Rの第一の方向の長さLFCは5mm以上であり、磁気収束部30L,30Rの厚みtFCは5μm以上であり、LFC>tFCを満たす。また、磁気収束部30L,30Rの第一の方向の長さLFCは、第三の方向の長さWFCよりも長くなっている。
The element unit 20 is formed by laminating a magnetization free layer 21, a nonmagnetic layer 22, and a magnetization fixed layer 23 in this order. From the nonmagnetic layer 22 and the magnetization fixed layer 23 on one magnetization free layer 21. The plurality of stacked bodies are arranged along a line that is substantially orthogonal to the first direction (the direction of the magnetosensitive axis of the element unit 20) among the sides that define the magnetic converging unit 30.
The length LFC in the first direction of the magnetic focusing portions 30L and 30R is 5 mm or more, the thickness tFC of the magnetic focusing portions 30L and 30R is 5 μm or more, and satisfies LFC> tFC. Further, the length LFC in the first direction of the magnetic flux concentrators 30L and 30R is longer than the length WFC in the third direction.

二つの磁気収束部30L,30Rの間隔DFCと、磁化自由層21の第一の方向の長さLFMRと、磁化固定層23の第一の方向の長さLPMRと、磁気収束部30L,30Rの厚みtFCは、LPMR/4≦DFC≦LFMR+5×tFCを満たす。磁化自由層21の第一の方向の長さLFMRは50μm≦LFMR≦150μmを満たす。
また、磁気収束部30L,30Rの厚み方向の中心と素子部20の厚み方向の中心とがずれている。
The distance DFC between the two magnetic focusing portions 30L and 30R, the length LFMR in the first direction of the magnetization free layer 21, the length LPMR in the first direction of the magnetization fixed layer 23, and the magnetic focusing portions 30L and 30R The thickness tFC satisfies LPMR / 4 ≦ DFC ≦ LFMR + 5 × tFC. The length LFMR in the first direction of the magnetization free layer 21 satisfies 50 μm ≦ LFMR ≦ 150 μm.
Further, the center of the magnetic flux concentrators 30L and 30R in the thickness direction is shifted from the center of the element unit 20 in the thickness direction.

なお、図2に第一実施形態の変形例を示すが、この磁気センサ1では、素子部20を構成する磁化自由層21の一部と磁気収束部30L,30Rの一部が、上面視で重複部分を有するように配置されている。図1の磁気センサ1と図2の磁気センサ1で、磁気収束部30L,30Rの間隔DFCは同じであるが、磁化自由層21の第一の方向における寸法LFMRは、図1の磁気センサ1よりも図2の磁気センサ1の方が大きい。   FIG. 2 shows a modification of the first embodiment. In this magnetic sensor 1, a part of the magnetization free layer 21 and part of the magnetic converging parts 30 </ b> L and 30 </ b> R constituting the element part 20 are viewed from above. It arrange | positions so that it may have an overlap part. The magnetic sensor 1 of FIG. 1 and the magnetic sensor 1 of FIG. 2 have the same distance DFC between the magnetic converging portions 30L and 30R, but the dimension LFMR of the magnetization free layer 21 in the first direction is the magnetic sensor 1 of FIG. 2 is larger than the magnetic sensor 1 in FIG.

第一実施形態の磁気センサの製造方法を示す。以下に示す製造方法は一例であって、必ずしも以下の方法で作製する必要はない。
まず、基板10上に、スパッタ法などの公知の方法で、強磁性層と非磁性層とからなる積層膜を成膜する。次に、この積層膜上に、フォトリソグラフィー法等により、マスク部材を形成する。マスク部材は、積層膜上に所望の箇所で所望の形状で形成してよい。
The manufacturing method of the magnetic sensor of a first embodiment is shown. The manufacturing method shown below is an example, and it is not always necessary to manufacture the manufacturing method by the following method.
First, a laminated film composed of a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer is formed on the substrate 10 by a known method such as sputtering. Next, a mask member is formed on the laminated film by a photolithography method or the like. The mask member may be formed in a desired shape at a desired location on the laminated film.

次に、このマスク部材で覆われていない積層膜の部分を、イオンミリング等の公知の方法でエッチングする。これにより、基板10上の積層膜を所望の平面形状に加工する。この時、所望の平面形状に加工された積層膜(積層部)は基板10の面内に複数あってもよい。
次に、この積層部上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。この時マスク部材の開口部は、積層部の平面積より小さくなるように形成される。次に、このマスク部材で覆われていない積層部を、イオンミリング等の公知の方法でエッチングする。このとき、積層膜中に存在する「強磁性層/非磁性層/強磁性層」構造の、非磁性層付近でエッチングを止める。この時、下側の強磁性層が一部エッチングされてもよい。これにより、基板10と反対側の非磁性層/強磁性層の第一の方向における寸法が、基板10側の強磁性層より小さく形成される。その結果、強磁性層からなる磁化自由層21、非磁性層22、強磁性層からなる磁化固定層23で構成された素子部20が、基板10上に形成される。
Next, the portion of the laminated film not covered with the mask member is etched by a known method such as ion milling. Thereby, the laminated film on the substrate 10 is processed into a desired planar shape. At this time, there may be a plurality of laminated films (laminates) processed into a desired planar shape in the plane of the substrate 10.
Next, a mask member is formed on the laminated portion by a photolithography method or the like. At this time, the opening of the mask member is formed to be smaller than the plane area of the laminated portion. Next, the laminated portion not covered with the mask member is etched by a known method such as ion milling. At this time, etching is stopped in the vicinity of the nonmagnetic layer of the “ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer” structure present in the laminated film. At this time, the lower ferromagnetic layer may be partially etched. Thereby, the dimension in the first direction of the nonmagnetic layer / ferromagnetic layer on the side opposite to the substrate 10 is formed smaller than that of the ferromagnetic layer on the substrate 10 side. As a result, the element portion 20 including the magnetization free layer 21 made of a ferromagnetic layer, the nonmagnetic layer 22, and the magnetization fixed layer 23 made of a ferromagnetic layer is formed on the substrate 10.

次に、素子部20上にCVD法等公知の方法で絶縁膜を製膜する。この絶縁膜上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらにRIEなど公知の方法で絶縁膜をエッチングし、通電窓40a用の開口部を形成する。これにより、通電窓40aを有する保護層40が形成される。
次に、この保護層40上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらに、スパッタ等公知の方法で金属薄膜を製膜し、マスク部材とマスク部材上の金属薄膜を除去することで、配線部50および電極51を同時に形成する。
Next, an insulating film is formed on the element portion 20 by a known method such as a CVD method. A mask member is formed on the insulating film by a photolithography method or the like. Further, the insulating film is etched by a known method such as RIE to form an opening for the energizing window 40a. Thereby, the protective layer 40 having the energization window 40a is formed.
Next, a mask member is formed on the protective layer 40 by a photolithography method or the like. Further, a metal thin film is formed by a known method such as sputtering, and the wiring member 50 and the electrode 51 are formed at the same time by removing the mask member and the metal thin film on the mask member.

次に、CVD法等公知の方法で保護層41用の絶縁膜を製膜し、さらに、スパッタ法等公知の方法でめっきのベースとするシード層31を形成する。さらに、このシード層31上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。
次に、電解めっき等の公知の方法でマスク部材の開口部にめっき膜を形成することで、磁気収束部30L,30Rを形成した後、マスク部材を除去する。次に、イオンミリング等公知の方法で、表面全体を覆っているシード層31および保護層41(磁気収束部30L,30Rと保護層40との間に存在する部分以外)を除去する。以上の工程により、図1および図2に示す本実施形態の磁気センサ1を得ることができる。
Next, an insulating film for the protective layer 41 is formed by a known method such as a CVD method, and a seed layer 31 serving as a plating base is formed by a known method such as a sputtering method. Further, a mask member is formed on the seed layer 31 by a photolithography method or the like.
Next, by forming a plating film on the opening of the mask member by a known method such as electrolytic plating, the mask members are removed after the magnetic converging portions 30L and 30R are formed. Next, the seed layer 31 and the protective layer 41 (other than the portion existing between the magnetic focusing portions 30L and 30R and the protective layer 40) covering the entire surface are removed by a known method such as ion milling. Through the above steps, the magnetic sensor 1 of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.

<第二実施形態>
図3に示すように、第二実施形態の磁気センサ1は、基板10と、基板10上に配置された素子部20および磁気収束部300L,300Rと、磁気収束部300L,300R上にそれぞれ形成された磁気収束部30L,30Rと、保護層40と、配線部50と、を備える。磁気収束部300L,300Rおよび磁気収束部30L,30Rは、素子部20の感磁軸と平行な方向で素子部20を挟むように配置され、素子部20と絶縁されている。磁気収束部30L,300Lは、図3の紙面上で素子部20の左側の磁気収束部であり、磁気収束部30R,300Rは右側の磁気収束部である。
<Second embodiment>
As shown in FIG. 3, the magnetic sensor 1 of the second embodiment is formed on the substrate 10, the element unit 20 and the magnetic focusing units 300 </ b> L and 300 </ b> R disposed on the substrate 10, and the magnetic focusing units 300 </ b> L and 300 </ b> R, respectively. The magnetic convergence portions 30L and 30R, the protective layer 40, and the wiring portion 50 are provided. The magnetic converging units 300L and 300R and the magnetic converging units 30L and 30R are arranged so as to sandwich the element unit 20 in a direction parallel to the magnetosensitive axis of the element unit 20, and are insulated from the element unit 20. The magnetic converging units 30L and 300L are the magnetic converging units on the left side of the element unit 20 on the paper surface of FIG. 3, and the magnetic converging units 30R and 300R are the right magnetic converging units.

素子部20と磁気収束部300L,300Rは保護層40で覆われている。磁気収束部30L,30Rは、磁気収束部300L,300R側の部分が保護層40で覆われ、それ以外の部分が保護層40から突出している。配線部50は、保護層40に形成された通電窓40aを通じて素子部20と接続されている。
素子部20は、磁化自由層21、非磁性層22、および磁化固定層23がこの順に積層されたものであり、一つの磁化自由層21上に、非磁性層22と磁化固定層23とからなる複数の積層体が、磁気収束部30を区画する辺のうち第一の方向に略直交する線に沿って配置されている。
The element unit 20 and the magnetic flux concentrators 300L and 300R are covered with a protective layer 40. The magnetic converging portions 30L and 30R are covered with the protective layer 40 on the magnetic converging portions 300L and 300R side, and the other portions protrude from the protective layer 40. The wiring part 50 is connected to the element part 20 through an energization window 40 a formed in the protective layer 40.
The element unit 20 is formed by laminating a magnetization free layer 21, a nonmagnetic layer 22, and a magnetization fixed layer 23 in this order. From the nonmagnetic layer 22 and the magnetization fixed layer 23 on one magnetization free layer 21. A plurality of stacked bodies are arranged along a line that is substantially orthogonal to the first direction among the sides defining the magnetic flux concentrator 30.

磁気収束部30L,30Rの第一の方向の長さLFCは5mm以上であり、磁気収束部30L,30Rおよび磁気収束部300L,300Rの合計厚みtFCは5μm以上であり、LFC>tFCを満たす。磁気収束部30L,30Rの第一の方向の長さLFCは、第三の方向の長さWFCよりも長くなっている。また、磁気収束部300L,300Rの第一の方向の長さは、第三の方向の長さよりも長くなっている。なお、磁気収束部300L,300Rの第一の方向の長さは磁気収束部30L,30Rの第一の方向の長さLFCより少し長い。磁気収束部300L,300Rの第三の方向の長さは磁気収束部30L,30Rの第三の方向の長さより少し短い。   The length LFC in the first direction of the magnetic focusing portions 30L and 30R is 5 mm or more, and the total thickness tFC of the magnetic focusing portions 30L and 30R and the magnetic focusing portions 300L and 300R is 5 μm or more and satisfies LFC> tFC. The length LFC in the first direction of the magnetic flux concentrators 30L and 30R is longer than the length WFC in the third direction. Moreover, the length of the magnetic convergence parts 300L and 300R in the first direction is longer than the length in the third direction. In addition, the length of the magnetic converging portions 300L and 300R in the first direction is slightly longer than the length LFC of the magnetic converging portions 30L and 30R in the first direction. The length in the third direction of the magnetic converging portions 300L and 300R is slightly shorter than the length of the magnetic converging portions 30L and 30R in the third direction.

二つの磁気収束部30L,30Rの間隔DFCと、磁化自由層21の第一の方向の長さLFMRと、磁化固定層23の第一の方向の長さLPMRと、磁気収束部の厚みtFCは、LPMR/4≦DFC≦LFMR+5×tFCを満たす。磁化自由層21の第一の方向の長さLFMRは50μm≦LFMR≦150μmを満たす。
また、磁気収束部30L,30Rの厚み方向の中心と素子部20の厚み方向の中心とがずれている。
The distance DFC between the two magnetic focusing portions 30L and 30R, the length LFMR in the first direction of the magnetization free layer 21, the length LPMR in the first direction of the magnetization fixed layer 23, and the thickness tFC of the magnetic focusing portion are: LPMR / 4 ≦ DFC ≦ LFMR + 5 × tFC is satisfied. The length LFMR in the first direction of the magnetization free layer 21 satisfies 50 μm ≦ LFMR ≦ 150 μm.
Further, the center of the magnetic flux concentrators 30L and 30R in the thickness direction is shifted from the center of the element unit 20 in the thickness direction.

第二実施形態の磁気センサは、第一実施形態の磁気センサと同様の方法で作製できる。
ただし、第二実施形態の磁気センサでは、スパッタ法などの公知の方法で作成された強磁性層と非磁性層とからなる積層膜を、イオンミリングなどの公知の方法でエッチングして所望の平面形状に加工する際に、素子部20と磁気収束部300L,300Rを同時に形成する。
The magnetic sensor of the second embodiment can be manufactured by the same method as the magnetic sensor of the first embodiment.
However, in the magnetic sensor of the second embodiment, a desired plane is obtained by etching a laminated film composed of a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer, which is created by a known method such as sputtering, by a known method such as ion milling. When processing into a shape, the element part 20 and the magnetic converging parts 300L and 300R are formed simultaneously.

具体的には、先ず、素子部20用の積層部と磁気収束部300L,300R用の積層部を、最初のエッチングで形成する。次に、各積層部に対するエッチングで、素子部20の磁化自由層21の左右に、所定間隔を開けて、磁化自由層21と同層であった強磁性層を残す。この強磁性層が磁気収束部300L,300Rとなる。
その後、磁気収束部300L,300R上に、磁気収束部30L,30Rを形成する。
Specifically, first, a stacked portion for the element portion 20 and a stacked portion for the magnetic convergence portions 300L and 300R are formed by the first etching. Next, the ferromagnetic layers that are the same layer as the magnetization free layer 21 are left on the left and right sides of the magnetization free layer 21 of the element portion 20 by etching with respect to each stacked portion. This ferromagnetic layer becomes the magnetic convergence portions 300L and 300R.
Thereafter, the magnetic converging portions 30L and 30R are formed on the magnetic converging portions 300L and 300R.

<第三実施形態>
図4に示すように、第三実施形態の磁気センサ1は、第一実施形態の図1に示す磁気センサ1と比較して、磁化自由層21の面積が大きく、磁気収束部30L,30Rの間隔DFCも大きい。また、一つの磁化自由層21上に形成された複数の非磁性層22/磁化固定層23が、磁気収束部30を区画する辺のうち第一の方向に略平行な線に沿って配置されている。これ以外は第一実施形態の図1に示す磁気センサ1と同じである。
<Third embodiment>
As shown in FIG. 4, the magnetic sensor 1 of the third embodiment has a larger area of the magnetization free layer 21 than the magnetic sensor 1 shown in FIG. The interval DFC is also large. A plurality of nonmagnetic layers 22 / magnetization pinned layers 23 formed on one magnetization free layer 21 are arranged along a line substantially parallel to the first direction among the sides defining the magnetic converging portion 30. ing. The rest is the same as the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1 of the first embodiment.

<第四実施形態>
第四実施形態の磁気センサ1は、図5(a)に示す配置でハードバイアス部60U,60Bを有する。つまり、ハードバイアス部60U,60Bは、素子部20の感磁軸(第一の方向)および磁気収束部30L,30Rの厚さ方向(第二の方向)に直交する方向(第三の方向)で、素子部20及び磁気収束部30L,30Rを挟むように配置されている。これ以外は第一実施形態の磁気センサ1と同じである。
<Fourth embodiment>
The magnetic sensor 1 of the fourth embodiment has hard bias units 60U and 60B in the arrangement shown in FIG. That is, the hard bias portions 60U and 60B are in a direction (third direction) orthogonal to the magnetosensitive axis (first direction) of the element portion 20 and the thickness direction (second direction) of the magnetic converging portions 30L and 30R. Thus, they are arranged so as to sandwich the element part 20 and the magnetic converging parts 30L and 30R. The rest is the same as the magnetic sensor 1 of the first embodiment.

この磁気センサを製造する際には、先ず、第一実施形態の磁気センサと同様のプロセスにより、磁気収束部30L,30Rまでを形成する。その後、フォトリソグラフィー法等により、第三の方向で素子部20及び磁気収束部30L,30Rの両側となる位置に開口部を有するマスク部材を形成し、このマスク部材上に、スパッタ等公知の方法で強磁性体薄膜を成膜する。次に、このマスク部材を除去することで、素子部20及び磁気収束部30L,30Rの両側に強磁性体薄膜が残る。これにより、ハードバイアス部60U,60Bが形成される。成膜時に、所望の方向に磁場を印加するなどして、ハードバイアス部の磁化方向を決定することができる。   When manufacturing this magnetic sensor, first, the magnetic converging portions 30L and 30R are formed by the same process as the magnetic sensor of the first embodiment. Thereafter, a mask member having openings at positions on both sides of the element portion 20 and the magnetic converging portions 30L and 30R in the third direction is formed by a photolithography method or the like, and a known method such as sputtering is formed on the mask member. Then, a ferromagnetic thin film is formed. Next, by removing this mask member, the ferromagnetic thin film remains on both sides of the element portion 20 and the magnetic converging portions 30L and 30R. Thereby, the hard bias portions 60U and 60B are formed. At the time of film formation, the magnetization direction of the hard bias portion can be determined by applying a magnetic field in a desired direction.

以下、実施例および比較例について説明する。以下に示す実施例及び比較例では、磁気収束部30の長さと厚みを変化させて磁気センサを形成し、その磁気感度に関して検討した。
また、磁気収束部30の長さと厚みを変化させて磁気シミュレーションを行い、磁気感度に対応する磁気の増幅率に関して検討した。
Hereinafter, examples and comparative examples will be described. In the following examples and comparative examples, magnetic sensors were formed by changing the length and thickness of the magnetic converging unit 30, and the magnetic sensitivity was examined.
In addition, the magnetic simulation was performed by changing the length and thickness of the magnetic converging portion 30, and the magnetic gain corresponding to the magnetic sensitivity was examined.

[磁気感度の検討]
〔磁気センサの作製〕
<実施例1>
図1に示す構造の磁気センサ1として、平面視での磁気収束部30L,30Rと素子部20の配置が図6で示されるものを、下記の成膜、微細加工プロセスを経て作製した。
[Examination of magnetic sensitivity]
[Production of magnetic sensor]
<Example 1>
As the magnetic sensor 1 having the structure shown in FIG. 1, the magnetic converging portions 30L and 30R and the element portion 20 in a plan view having the arrangement shown in FIG. 6 were manufactured through the following film forming and microfabrication processes.

先ず、表面にSiO2が1μm程度製膜された基板10上に、シード層としてTa、磁化自由層21としてNiFe、Ru、CoFeB、非磁性層22としてMgO、磁化固定層23としてCoFeB、Ru、CoFe、IrMn、キャップ層としてTa、Ruをこの順で積層することで、積層膜を形成した。
次に、この積層膜上にフォトリソグラフィー法により、素子部20用の積層部を形成するための開口部を複数有する第1のマスク部材を形成した。次に、ECRプラズマエッチング装置を用いて、第1のマスク部材で覆われていない積層膜を除去し、素子部20用の積層部を複数形成した。その後、第1のマスク部材を除去した。
First, Ta as a seed layer, NiFe, Ru, CoFeB as a magnetization free layer 21, MgO as a nonmagnetic layer 22, and CoFeB, Ru as a magnetization fixed layer 23 on a substrate 10 having a surface of about 2 μm of SiO 2 formed thereon. By laminating CoFe, IrMn, and Ta and Ru as a cap layer in this order, a laminated film was formed.
Next, a first mask member having a plurality of openings for forming a laminated portion for the element portion 20 was formed on the laminated film by photolithography. Next, using the ECR plasma etching apparatus, the laminated film not covered with the first mask member was removed, and a plurality of laminated parts for the element part 20 were formed. Thereafter, the first mask member was removed.

次に、フォトリソグラフィー法により、磁化固定層23を形成するための開口部を二つ有する第2のマスク部材を、全ての積層部の上に形成した。次に、ECRプラズマエッチング装置を用いて、第2のマスク部材で覆われていない積層膜を非磁性層22まで除去した。これにより、複数の素子部20を基板10上に形成した。その後、第2のマスク部材を除去した。   Next, a second mask member having two openings for forming the magnetization fixed layer 23 was formed on all the stacked portions by photolithography. Next, the laminated film not covered with the second mask member was removed up to the nonmagnetic layer 22 using an ECR plasma etching apparatus. Thereby, a plurality of element portions 20 were formed on the substrate 10. Thereafter, the second mask member was removed.

次に、複数の素子部20が形成された基板10上に、SiO2からなる保護膜40を成膜した。次に、通電窓40aの作製のため、フォトリソグラフィー法により、すべての磁化固定層23の中央付近のみを露出しそれ以外の領域を覆う第3のマスク部材を、保護膜40上に形成した。そして、保護膜40の第3のマスク部材から露出している部分を、RIEエッチング装置を用いてエッチングした。これにより、保護層40に配線部との接続のための通電窓40aを形成した。その後、第3のマスク部材を除去した。 Next, a protective film 40 made of SiO 2 was formed on the substrate 10 on which the plurality of element portions 20 were formed. Next, in order to manufacture the energization window 40a, a third mask member was formed on the protective film 40 by photolithography to expose only the vicinity of the center of all the magnetization fixed layers 23 and cover the other regions. And the part exposed from the 3rd mask member of the protective film 40 was etched using the RIE etching apparatus. Thereby, the energization window 40a for connection with a wiring part was formed in the protective layer 40. Thereafter, the third mask member was removed.

次に、フォトリソグラフィー法により、各通電窓40aを直列に接続するような配線部が形成される領域と、電極が形成される領域とを露出し、それ以外の領域を覆う第4のマスク部材を、保護層40上に形成した。次に、マグネトロンスパッタ装置を用いて全面に金属膜を積層した。その後、リフトオフ法により第4のマスク部材を除去し、金属膜から配線部50及び電極51を形成した。   Next, a fourth mask member that exposes a region where a wiring portion that connects each energization window 40a in series and a region where an electrode is formed is exposed by photolithography and covers the other region Was formed on the protective layer 40. Next, a metal film was laminated on the entire surface using a magnetron sputtering apparatus. Thereafter, the fourth mask member was removed by a lift-off method, and the wiring part 50 and the electrode 51 were formed from the metal film.

次に、磁場中熱処理装置を用いて、感磁軸と垂直な平面方向に磁場をかけながら325℃で1時間熱処理(第1の熱処理)を行い、磁場をかけたままで100℃まで冷却した。その後、さらに、感磁軸と平行な方向に磁場をかけながら325℃で1時間熱処理(第2の熱処理)を行い、磁場をかけたままで100℃以下まで冷却した。
次に、全面にSiO2からなる保護層41を形成した後、マグネトロンスパッタ装置を用いて、Ta/Cuからなるシード層31を積層した。さらに、フォトリソグラフィー法により、磁気収束部30R,30Lが形成される領域(素子部20の両側となる領域)以外を覆う第5のマスク部材を、シード層31上に形成した。
Next, using a heat treatment apparatus in a magnetic field, heat treatment was performed at 325 ° C. for 1 hour (first heat treatment) while applying a magnetic field in a plane direction perpendicular to the magnetosensitive axis, and the temperature was cooled to 100 ° C. while the magnetic field was applied. Thereafter, heat treatment (second heat treatment) was performed at 325 ° C. for 1 hour while applying a magnetic field in a direction parallel to the magnetosensitive axis, and the temperature was cooled to 100 ° C. or less while the magnetic field was applied.
Next, after forming a protective layer 41 made of SiO 2 on the entire surface, a seed layer 31 made of Ta / Cu was laminated using a magnetron sputtering apparatus. Further, a fifth mask member that covers a region other than the regions where the magnetic converging portions 30R and 30L are formed (regions on both sides of the element portion 20) is formed on the seed layer 31 by photolithography.

次に、電解めっきにより、第5のマスク部材の開口部のシード層31上に、NiFeからなる磁気収束部30R,30Lを、上面視で感磁軸と垂直な方向に磁場を印加しながら形成した。このとき、磁気収束部の厚みの平均値は10μm、第一の方向(感磁軸と平行な方向)の長さLFCは10mm、第三の方向の長さWFCは1.5mmとなるように形成した。
その後、リフトオフ法により第5のマスク部材を除去し、エッチング装置を用いて余分なシード層31を除去することで、磁気センサ1が得られた。
得られた磁気センサ1に1Vの電圧をかけながら、感磁軸方向から外部磁場を変化させながら印加し、磁気抵抗変化の測定を行った。
Next, the magnetic converging portions 30R and 30L made of NiFe are formed on the seed layer 31 in the opening of the fifth mask member by electrolytic plating while applying a magnetic field in a direction perpendicular to the magnetosensitive axis in a top view. did. At this time, the average value of the thickness of the magnetic converging portion is 10 μm, the length LFC in the first direction (the direction parallel to the magnetosensitive axis) is 10 mm, and the length WFC in the third direction is 1.5 mm. Formed.
Thereafter, the fifth mask member was removed by a lift-off method, and the excess seed layer 31 was removed using an etching apparatus, whereby the magnetic sensor 1 was obtained.
While applying a voltage of 1 V to the obtained magnetic sensor 1, it was applied while changing the external magnetic field from the magnetosensitive axis direction, and the change in magnetoresistance was measured.

<実施例2>
図1に示す構造の磁気センサ1として、三つの磁気収束部30L,30R,30Cと二つの素子部20L,20Rを有し、平面視での磁気収束部30L,30R,30Cと素子部20L,20Rの配置が図7で示されるものを、実施例1と同様の方法で作製した。磁気収束部の厚みの平均値は10μm、第一の方向(感磁軸と平行な方向)の長さLFCは5mm、第三の方向の長さWFCは1.4mmとなるようにした。得られた磁気センサ1の磁気抵抗変化の測定を、実施例1と同様の方法で行った。
<Example 2>
The magnetic sensor 1 having the structure shown in FIG. 1 has three magnetic converging portions 30L, 30R, and 30C and two element portions 20L and 20R, and the magnetic converging portions 30L, 30R, and 30C and the element portion 20L in plan view. The arrangement of 20R shown in FIG. 7 was produced in the same manner as in Example 1. The average value of the thickness of the magnetic converging portion was 10 μm, the length LFC in the first direction (the direction parallel to the magnetosensitive axis) was 5 mm, and the length WFC in the third direction was 1.4 mm. The magnetic resistance change of the obtained magnetic sensor 1 was measured by the same method as in Example 1.

<比較例1>
平面視での磁気収束部30L,30Rと素子部20の配置が図8で示される以外は図1と同じ構造の磁気センサを、実施例1と同様の方法で作製した。磁気収束部の厚みの平均値は10μm、第一の方向(感磁軸と平行な方向)の長さLFCは0.85mm、第三の方向の長さWFCは1.4mmとなるようにした。得られた磁気センサ1の磁気抵抗変化の測定を、実施例1と同様の方法で行った。
<Comparative Example 1>
A magnetic sensor having the same structure as that of FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the arrangement of the magnetic focusing portions 30L and 30R and the element portion 20 in plan view is shown in FIG. The average value of the thickness of the magnetic converging portion was 10 μm, the length LFC in the first direction (the direction parallel to the magnetosensitive axis) was 0.85 mm, and the length WFC in the third direction was 1.4 mm. . The magnetic resistance change of the obtained magnetic sensor 1 was measured by the same method as in Example 1.

<比較例2>
平面視での磁気収束部30L,30Rと素子部20の配置が図8で示される以外は図1と同じ構造の磁気センサを、実施例1と同様の方法で作製した。磁気収束部の厚みの平均値は10μm、第一の方向(感磁軸と平行な方向)の長さLFCは0.55mm、第三の方向の長さWFCは0.96mmとなるようにした。得られた磁気センサ1の磁気抵抗変化の測定を、実施例1と同様の方法で行った。
<Comparative Example 2>
A magnetic sensor having the same structure as that of FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the arrangement of the magnetic focusing portions 30L and 30R and the element portion 20 in plan view is shown in FIG. The average value of the thickness of the magnetic converging portion was 10 μm, the length LFC in the first direction (the direction parallel to the magnetosensitive axis) was 0.55 mm, and the length WFC in the third direction was 0.96 mm. . The magnetic resistance change of the obtained magnetic sensor 1 was measured by the same method as in Example 1.

<比較例3>
比較例3の磁気センサは、平面視での素子部と二つの磁気収束部との配置が比較例1と同じ図8で示されるが、磁気収束部が基板10上に直接形成されている構造を有する。つまり、比較例2の磁気センサは、図3の磁気センサ1で、磁気収束部30L,30Rを有さず、磁気収束部300L,300Rの上面が保護層40で覆われている断面形状を有する。比較例3の磁気センサの磁気収束部300L,300Rの第一方向の長さLFCは0.55mmであり、厚みは0.07μm、第三の方向の長さWFCは0.96mmである。
<Comparative Example 3>
The magnetic sensor of Comparative Example 3 is shown in FIG. 8 in which the arrangement of the element part and the two magnetic converging parts in plan view is the same as in Comparative Example 1, but the magnetic converging part is directly formed on the substrate 10. Have That is, the magnetic sensor of Comparative Example 2 is the magnetic sensor 1 of FIG. 3 and does not have the magnetic focusing portions 30L and 30R, but has a cross-sectional shape in which the upper surfaces of the magnetic focusing portions 300L and 300R are covered with the protective layer 40. . The length LFC in the first direction of the magnetic flux concentrators 300L and 300R of the magnetic sensor of Comparative Example 3 is 0.55 mm, the thickness is 0.07 μm, and the length WFC in the third direction is 0.96 mm.

比較例3の磁気センサを、以下の方法で作製した。
先ず、基板10上への積層膜の形成を実施例1と同様に行った後、この積層膜上にフォトリソグラフィー法により、第1のマスク部材を形成した。このマスク部材は、複数の素子部20用の積層部を形成するための開口部と、磁気収束部用の積層部を形成するための開口部を有する。次に、ECRプラズマエッチング装置を用いて、第1のマスク部材で覆われていない積層膜を除去し、複数の素子部20用の積層部と磁気収束部用の積層部を同時に形成した。その後、第1のマスク部材を除去した。
The magnetic sensor of Comparative Example 3 was produced by the following method.
First, after forming the laminated film on the substrate 10 in the same manner as in Example 1, a first mask member was formed on the laminated film by photolithography. This mask member has an opening for forming a stacked portion for the plurality of element portions 20 and an opening for forming a stacked portion for a magnetic converging portion. Next, using the ECR plasma etching apparatus, the laminated film not covered with the first mask member was removed, and a laminated part for the plurality of element parts 20 and a laminated part for the magnetic convergence part were formed at the same time. Thereafter, the first mask member was removed.

次に、フォトリソグラフィー法により、磁化固定層23を形成するための開口部を二つ有する第2のマスク部材を、全ての素子部20用の積層部上に形成した。次に、ECRプラズマエッチング装置を用いて、第2のマスク部材で覆われていない積層膜を非磁性層まで除去した。これにより、複数の素子部20と、磁気収束部300L,300Rを基板10上に形成した。その後、第2のマスク部材を除去した。   Next, a second mask member having two openings for forming the magnetization fixed layer 23 was formed on all the stacked portions for the element portions 20 by photolithography. Next, the multilayer film not covered with the second mask member was removed to the nonmagnetic layer using an ECR plasma etching apparatus. As a result, a plurality of element portions 20 and magnetic converging portions 300L and 300R were formed on the substrate 10. Thereafter, the second mask member was removed.

次に、素子部20と磁気収束部300L,300Rが形成された基板10上に、SiO2からなる保護膜40を成膜した。次に、通電窓40aの作製のためフォトリソグラフィー法により、すべての磁化固定層23の中央付近のみを露出しそれ以外の領域を覆う第3のマスク部材を、保護膜40上に形成した。そして、保護膜40の第3のマスク部材で覆われていない部分を、RIEエッチング装置を用いてエッチングした。これにより、保護層40に配線部との接続のための通電窓40aを形成した。その後、第3のマスク部材を除去した。 Next, a protective film 40 made of SiO 2 was formed on the substrate 10 on which the element unit 20 and the magnetic flux concentrators 300L and 300R were formed. Next, a third mask member was formed on the protective film 40 to expose only the vicinity of the center of all the magnetization fixed layers 23 and cover other regions by photolithography for the production of the energization window 40a. Then, the portion of the protective film 40 not covered with the third mask member was etched using an RIE etching apparatus. Thereby, the energization window 40a for connection with a wiring part was formed in the protective layer 40. Thereafter, the third mask member was removed.

次に、フォトリソグラフィー法により、各通電窓40aを直列に接続するような配線部が形成される領域と、電極が形成される領域とを露出し、それ以外の領域を覆う第4のマスク部材を、保護層40上に形成した。次に、マグネトロンスパッタ装置を用いて全面に金属膜を積層した。その後、リフトオフ法により第4のマスク部材を除去し、金属膜から配線部50及び電極を形成した。   Next, a fourth mask member that exposes a region where a wiring portion that connects each energization window 40a in series and a region where an electrode is formed is exposed by photolithography and covers the other region Was formed on the protective layer 40. Next, a metal film was laminated on the entire surface using a magnetron sputtering apparatus. Thereafter, the fourth mask member was removed by a lift-off method, and the wiring portion 50 and the electrode were formed from the metal film.

次に、磁場中熱処理装置を用いて、感磁軸と垂直な平面方向に磁場をかけながら325℃で1時間熱処理(第1の熱処理)を行い、磁場をかけたままで100℃まで冷却した。その後、さらに、感磁軸と平行な方向に磁場をかけながら325℃で1時間熱処理(第2の熱処理)を行い、磁場をかけたままで100℃以下まで冷却することで、比較例2の磁気センサが得られた。
得られた磁気センサに1Vの電圧をかけながら、感磁軸方向から外部磁場を変化させながら印加し、磁気抵抗変化の測定を行った。
Next, using a heat treatment apparatus in a magnetic field, heat treatment was performed at 325 ° C. for 1 hour (first heat treatment) while applying a magnetic field in a plane direction perpendicular to the magnetosensitive axis, and the temperature was cooled to 100 ° C. while the magnetic field was applied. Thereafter, a heat treatment (second heat treatment) is performed at 325 ° C. for 1 hour while applying a magnetic field in a direction parallel to the magnetosensitive axis, and the magnetic field of Comparative Example 2 is reduced by cooling to 100 ° C. or less while the magnetic field is applied. A sensor was obtained.
While applying a voltage of 1 V to the obtained magnetic sensor, it was applied while changing the external magnetic field from the magnetosensitive axis direction, and the change in magnetoresistance was measured.

〔感度の比較〕
磁気センサの抵抗変化の原理は、すでに公知である、TMR効果(Tunnel Magneto Resistance effect)によるものである。TMR効果による抵抗値の変化は、磁化自由層の磁化と磁化固定層の磁化の相対角の変化によるものであり、これらの界面において抵抗が変化する。TMRセンサ等の感度の定義は、公知であるように、磁化の相対角度が0°である時の抵抗値をRp、180°である時の抵抗値をRap、抵抗変化範囲を2Hkとしたとき、下記の(1)式で表される。
[Sensitivity comparison]
The principle of the resistance change of the magnetic sensor is based on the TMR effect (Tunnel Magneto Resistance effect) which is already known. The change in resistance value due to the TMR effect is due to a change in the relative angle between the magnetization of the magnetization free layer and the magnetization of the magnetization fixed layer, and the resistance changes at these interfaces. As is well known, the sensitivity of a TMR sensor or the like is defined as follows. When the relative angle of magnetization is 0 °, the resistance value is Rp, the resistance value when it is 180 ° is Rap, and the resistance change range is 2Hk. Is expressed by the following equation (1).

Figure 2018194534
実施例1の磁気センサの感度は869[%/Oe]、実施例2の磁気センサの感度は638[%/Oe]、比較例1の磁気センサの感度は118[%/Oe]、比較例2の磁気センサの感度は77[%/Oe]、比較例3の磁気センサの感度は25[%/Oe]となった。
Figure 2018194534
The sensitivity of the magnetic sensor of Example 1 is 869 [% / Oe], the sensitivity of the magnetic sensor of Example 2 is 638 [% / Oe], the sensitivity of the magnetic sensor of Comparative Example 1 is 118 [% / Oe], and the Comparative Example The sensitivity of the magnetic sensor No. 2 was 77 [% / Oe], and the sensitivity of the magnetic sensor of Comparative Example 3 was 25 [% / Oe].

磁気収束部の第一方向の長さLFCが実施例1の磁気センサでは10mmであり、実施例2の磁気センサでは5mmであるのに対して、比較例1、2、3の磁気センサでは0.85mm、0.55mm(5mm未満)である。この違いにより、磁気センサの感度に大きな違いが生じていたと考えられる。   The length LFC in the first direction of the magnetic converging portion is 10 mm in the magnetic sensor of the first embodiment and 5 mm in the magnetic sensor of the second embodiment, whereas it is 0 in the magnetic sensors of the first, second, and third comparative examples. .85 mm and 0.55 mm (less than 5 mm). This difference seems to have caused a large difference in the sensitivity of the magnetic sensor.

〔磁化特性〕
実施例1の磁気センサについてVSM測定を実施した。磁化はNiプレートにて校正し、±50Oeの磁場を印加したときの磁気センサ1の磁化の依存性を測定した。磁気センサ1を構成する磁性体の体積は、99.9%以上磁気収束部30が占めているので、測定結果は磁気収束部30の磁化特性とみなすことができる。
[Magnetization characteristics]
VSM measurement was performed on the magnetic sensor of Example 1. The magnetization was calibrated with a Ni plate, and the dependence of the magnetization of the magnetic sensor 1 when a magnetic field of ± 50 Oe was applied was measured. Since the magnetic converging unit 30 occupies 99.9% or more of the volume of the magnetic material constituting the magnetic sensor 1, the measurement result can be regarded as the magnetization characteristic of the magnetic converging unit 30.

得られた磁化曲線を、縦軸を磁化[emu/cc]、横軸を外部磁場[Oe]として図9に示す。磁化は外部磁場が6[Oe]付近まで急激に増加した後、さらに緩やかに増加し、磁化の値が1750[emu/cc]で飽和する結果となった。1〜2[Oe]の磁化の傾きの外挿線と飽和磁化の値から、近似的に飽和磁場の値を算出すると、7.4[Oe]となった。
ここで、磁気増幅率を決定する透磁率は、磁束密度/外部磁場で表される。磁気センサ1の磁気収束部30の透磁率は6[Oe]付近で最大値2800であった。
The obtained magnetization curve is shown in FIG. 9 with the vertical axis indicating magnetization [emu / cc] and the horizontal axis indicating external magnetic field [Oe]. The magnetization increased rapidly after the external magnetic field increased rapidly to around 6 [Oe], and the magnetization value was saturated at 1750 [emu / cc]. When the value of the saturation magnetic field was approximately calculated from the extrapolation line of the magnetization gradient of 1 to 2 [Oe] and the saturation magnetization value, it was 7.4 [Oe].
Here, the magnetic permeability that determines the magnetic amplification factor is expressed by magnetic flux density / external magnetic field. The magnetic permeability of the magnetic converging unit 30 of the magnetic sensor 1 was a maximum value of 2800 in the vicinity of 6 [Oe].

[磁気シミュレーション]
以下に示す実施例11〜92および比較例11〜比較例82では、有限要素法による磁場解析シミュレーションを行った。
磁場解析シミュレーションでは、任意の形状、透磁率の磁性体をコンピュータ上に作製することができる。形状を定義された磁性体を、任意の大きさの小領域に区切り、磁場を印加すると、磁性体中の各小領域の磁化状態を計算することができる。磁性体の磁化の値の大小は、感度の増幅率と対応している。
[Magnetic simulation]
In Examples 11 to 92 and Comparative Examples 11 to 82 shown below, a magnetic field analysis simulation by a finite element method was performed.
In the magnetic field analysis simulation, a magnetic body having an arbitrary shape and magnetic permeability can be produced on a computer. When a magnetic material having a defined shape is divided into small regions of arbitrary size and a magnetic field is applied, the magnetization state of each small region in the magnetic material can be calculated. The magnitude of the magnetization value of the magnetic material corresponds to the sensitivity gain.

そして、磁性体群の配置を、図10に示す、磁気収束部30L,30Rに対応する磁性体30L’,30R’と、磁化自由層21に対応する磁性体21’と、磁化固定層23に対応する感磁エリアとからなる配置に定義し、磁気収束部30L’,30R’がある時の感磁エリアの磁化が、磁気収束部30L’,30R’がない時の感磁エリアの磁化に対して、何倍になっているかを調査した。この値を、本明細書中では、「増幅率」と定義する。   Then, the arrangement of the magnetic body groups is shown in FIG. 10 with respect to the magnetic bodies 30L ′ and 30R ′ corresponding to the magnetic converging portions 30L and 30R, the magnetic body 21 ′ corresponding to the magnetization free layer 21, and the magnetization fixed layer 23. It is defined as an arrangement composed of corresponding magnetic sensitive areas, and the magnetization of the magnetic sensitive area when the magnetic converging portions 30L ′ and 30R ′ are present is the magnetization of the magnetic sensitive area when the magnetic converging portions 30L ′ and 30R ′ are absent. On the other hand, we investigated how many times it was. This value is defined as “amplification factor” in this specification.

〔解析1〕
<実施例11〜実施例15>
下記では、磁場印加方向に伸びる辺を「長さ」、厚み方向の辺を「厚さ」、長さと厚さの両方に垂直な方向に伸びる辺を「幅」と記載する。磁気センサ1の磁化自由層21と対応する磁性体21’を、長さ100μm、幅140μm、厚さ0.1μm、透磁率2000として配置した。磁性体21’の中心から、厚さ方向に1μm離れた平面上に、磁気センサ1の磁気収束部30L及び30Rと対応する磁性体30L’及び30R’を、幅750μm、厚さ5μm、透磁率2000として、それぞれ磁性体21’の左側と右側に配置した。また、感磁エリアは磁性体21’内の中心に、長さ60μm、幅14μmで定義した。
[Analysis 1]
<Example 11 to Example 15>
In the following, the side extending in the magnetic field application direction is described as “length”, the side in the thickness direction is referred to as “thickness”, and the side extending in the direction perpendicular to both the length and thickness is described as “width”. The magnetic body 21 ′ corresponding to the magnetization free layer 21 of the magnetic sensor 1 was arranged with a length of 100 μm, a width of 140 μm, a thickness of 0.1 μm, and a magnetic permeability of 2000. The magnetic bodies 30L ′ and 30R ′ corresponding to the magnetic converging portions 30L and 30R of the magnetic sensor 1 are arranged on a plane that is 1 μm away from the center of the magnetic body 21 ′ in the thickness direction, the width is 750 μm, the thickness is 5 μm, and the magnetic permeability. 2000, respectively, on the left side and the right side of the magnetic body 21 ′. Further, the magnetic sensitive area was defined with a length of 60 μm and a width of 14 μm at the center in the magnetic body 21 ′.

ここで、磁性体30’(磁性体30L’,30R’)の長さは各実施例によって異なり、実施例11で5mm、実施例12で7.5mm、実施例13で10mm、実施例14で15mm、実施例15で20mmとした。
この時、磁性体21’の左端と磁性体30L’の右端の間隔と、磁性体21’の右端と磁性体30R’の左端の間隔が5μmずつ離れるように配置した。
Here, the length of the magnetic body 30 ′ (magnetic bodies 30L ′, 30R ′) varies depending on each embodiment, and is 5 mm in Example 11, 7.5 mm in Example 12, 10 mm in Example 13, and in Example 14. 15 mm and 20 mm in Example 15.
At this time, the gap between the left end of the magnetic body 21 ′ and the right end of the magnetic body 30L ′ and the gap between the right end of the magnetic body 21 ′ and the left end of the magnetic body 30R ′ are arranged 5 μm apart.

上記のように配置された磁性体21’と磁性体30L’,30R’に対して、左側から0.1nTの磁場を印加し、前記増幅率を取得した。   A magnetic field of 0.1 nT was applied from the left side to the magnetic body 21 ′ and the magnetic bodies 30 </ b> L ′ and 30 </ b> R ′ arranged as described above to obtain the amplification factor.

<実施例21〜25>
実施例21〜25では、磁性体30’の厚さを10μmとし、磁性体30’の長さを以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30’の長さは実施例21で5mm、実施例22で7.5mm、実施例23で10mm、実施例24で15mm、実施例25で20mmとした。
<Examples 21 to 25>
In Examples 21 to 25, the amplification factor was obtained in the same manner as in Example 11 except that the thickness of the magnetic body 30 ′ was 10 μm and the length of the magnetic body 30 ′ was as follows.
The length of the magnetic body 30 ′ was 5 mm in Example 21, 7.5 mm in Example 22, 10 mm in Example 23, 15 mm in Example 24, and 20 mm in Example 25.

<実施例31〜35>
実施例31〜35では、磁性体30’の厚さを30μmとし、磁性体30’の長さを以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30’の長さは実施例31で5mm、実施例32で7.5mm、実施例33で10mm、実施例34で15mm、実施例35で20mmとした。
<Examples 31-35>
In Examples 31 to 35, the amplification factor was obtained in the same manner as in Example 11 except that the thickness of the magnetic body 30 ′ was 30 μm and the length of the magnetic body 30 ′ was as follows.
The length of the magnetic body 30 ′ was 5 mm in Example 31, 7.5 mm in Example 32, 10 mm in Example 33, 15 mm in Example 34, and 20 mm in Example 35.

<実施例41〜45>
実施例41〜45では、磁性体30’の厚さを50μmとし、磁性体30’の長さを以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30’の長さは実施例41で5mm、実施例42で7.5mm、実施例43で10mm、実施例44で15mm、実施例45で20mmとした。
<Examples 41 to 45>
In Examples 41 to 45, the amplification factor was obtained in the same manner as in Example 11 except that the thickness of the magnetic body 30 ′ was 50 μm and the length of the magnetic body 30 ′ was as follows.
The length of the magnetic body 30 ′ was 5 mm in Example 41, 7.5 mm in Example 42, 10 mm in Example 43, 15 mm in Example 44, and 20 mm in Example 45.

<実施例51〜55>
実施例51〜55では、磁性体30’の厚さを100μmとし、磁性体30’の長さを以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30’の長さは実施例51で5mm、実施例52で7.5mm、実施例53で10mm、実施例54で15mm、実施例55で20mmとした。
<Examples 51-55>
In Examples 51 to 55, the amplification factor was obtained in the same manner as in Example 11 except that the thickness of the magnetic body 30 ′ was 100 μm and the length of the magnetic body 30 ′ was as follows.
The length of the magnetic body 30 ′ was 5 mm in Example 51, 7.5 mm in Example 52, 10 mm in Example 53, 15 mm in Example 54, and 20 mm in Example 55.

<実施例61〜64>
実施例61〜64では、磁性体30’の幅を以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30’の幅は実施例61で3mm、実施例62で5mm、実施例63で7mm、実施例64で10mmとした。
<Examples 61 to 64>
In Examples 61 to 64, the amplification factor was obtained in the same manner as in Example 11 except that the width of the magnetic body 30 ′ was changed as follows.
The width of the magnetic body 30 ′ was 3 mm in Example 61, 5 mm in Example 62, 7 mm in Example 63, and 10 mm in Example 64.

<比較例11〜12>
比較例11〜12では、磁性体30’の厚さを5μmとし、磁性体30’の長さを、比較例11で1mm、比較例12で2.5mmとした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
<比較例21〜22>
比較例21〜22では、磁性体30’の厚さを10μmとし、磁性体30’の長さを、比較例21で1mm、比較例22で2.5mmとした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
<Comparative Examples 11-12>
In Comparative Examples 11 to 12, the thickness of the magnetic body 30 ′ was 5 μm, and the length of the magnetic body 30 ′ was 1 mm in Comparative Example 11 and 2.5 mm in Comparative Example 12, except that it was the same as Example 11. The amplification factor was obtained by the method.
<Comparative Examples 21-22>
In Comparative Examples 21 to 22, the thickness of the magnetic body 30 ′ was 10 μm, and the length of the magnetic body 30 ′ was 1 mm in Comparative Example 21 and 2.5 mm in Comparative Example 22 except that it was the same as Example 11 The amplification factor was obtained by the method.

<比較例31〜32>
比較例31〜32では、磁性体30’の厚さを30μmとし、磁性体30’の長さを、比較例31で1mm、比較例32で2.5mmとした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
<比較例41〜42>
比較例41〜42では、磁性体30’の厚さを50μmとし、磁性体30’の長さを、比較例41で1mm、比較例42で2.5mmとした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
<Comparative Examples 31-32>
Comparative Examples 31 to 32 are the same as Example 11 except that the thickness of the magnetic body 30 ′ is 30 μm, and the length of the magnetic body 30 ′ is 1 mm in Comparative Example 31 and 2.5 mm in Comparative Example 32. The amplification factor was obtained by the method.
<Comparative Examples 41-42>
In Comparative Examples 41 to 42, the thickness of the magnetic body 30 ′ was 50 μm, and the length of the magnetic body 30 ′ was 1 mm in Comparative Example 41 and 2.5 mm in Comparative Example 42, as in Example 11. The amplification factor was obtained by the method.

<比較例51〜52>
比較例51〜52では、磁性体30’の厚さを100μmとし、磁性体30’の長さを、比較例51で1mm、比較例52で2.5mmとした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
<比較例61〜67>
比較例61〜67では、磁性体30’の厚さを0.1μmとし、磁性体30’の長さを以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30’の長さは、比較例61で1mm、比較例62で2.5mm、比較例63で5mm、比較例64で7.5mm、比較例65で10mm、比較例66で15mm、比較例67で20mmとした。
<Comparative Examples 51-52>
In Comparative Examples 51 to 52, the thickness of the magnetic body 30 ′ was set to 100 μm, and the length of the magnetic body 30 ′ was set to 1 mm in Comparative Example 51 and 2.5 mm in Comparative Example 52. The amplification factor was obtained by the method.
<Comparative Examples 61-67>
In Comparative Examples 61 to 67, the amplification factor was obtained in the same manner as in Example 11 except that the thickness of the magnetic body 30 ′ was 0.1 μm and the length of the magnetic body 30 ′ was as follows.
The length of the magnetic body 30 ′ is 1 mm in Comparative Example 61, 2.5 mm in Comparative Example 62, 5 mm in Comparative Example 63, 7.5 mm in Comparative Example 64, 10 mm in Comparative Example 65, 15 mm in Comparative Example 66, In Example 67, it was 20 mm.

<比較例71〜77>
比較例71〜77では、磁性体30’の厚さを1μmとし、磁性体30’の長さを以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30’の長さは、比較例71で1mm、比較例72で2.5mm、比較例73で5mm、比較例74で7.5mm、比較例75で10mm、比較例76で15mm、比較例77で20mmとした。次に比較例71〜比較例77について説明する。
<Comparative Examples 71-77>
In Comparative Examples 71 to 77, the amplification factor was obtained in the same manner as in Example 11 except that the thickness of the magnetic body 30 ′ was 1 μm and the length of the magnetic body 30 ′ was as follows.
The length of the magnetic body 30 ′ is 1 mm in Comparative Example 71, 2.5 mm in Comparative Example 72, 5 mm in Comparative Example 73, 7.5 mm in Comparative Example 74, 10 mm in Comparative Example 75, 15 mm in Comparative Example 76, Comparative In Example 77, it was 20 mm. Next, Comparative Examples 71 to 77 will be described.

<磁気収束部長さ、厚みに依存する増幅率の比較>
実施例11〜55、比較例11〜77の磁性体30’の感磁軸方向の長さ(LFCとする)と、磁性体30’の厚み(tFCとする)と、磁性体21’の感磁エリアでの増幅率の関係を表1にまとめて示す。
また、得られた結果を、磁性体30’の感磁軸方向長さを横軸、増幅率を縦軸とした図11のグラフに示す。図11では、比較例および実施例でそれぞれ、厚さ毎にプロットマークを変えている。
<Comparison of gain depending on length and thickness of magnetic convergence part>
The length (referred to as LFC) of the magnetic body 30 ′ of Examples 11 to 55 and Comparative Examples 11 to 77, the thickness of the magnetic body 30 ′ (referred to as tFC), and the feeling of the magnetic body 21 ′. Table 1 summarizes the relationship between the gains in the magnetic area.
The obtained results are shown in the graph of FIG. 11 in which the length of the magnetic body 30 ′ in the magnetosensitive axis direction is the horizontal axis and the gain is the vertical axis. In FIG. 11, the plot mark is changed for each thickness in the comparative example and the example.

次に、実施例11及び実施例61〜64の磁性体30’の幅(WFC)と、磁性体30’の感磁軸方向の長さ(LFC)と、磁性体21’の感磁エリアでの増幅率を表2に示す。
また、得られた結果を、磁性体30’の幅を横軸、増幅率を縦軸とした図12のグラフに示す。
Next, the width (WFC) of the magnetic body 30 ′, the length (LFC) of the magnetic body 30 ′ in the magnetic axis direction, and the magnetic sensitive area of the magnetic body 21 ′ in Example 11 and Examples 61 to 64. Table 2 shows the amplification factor.
Further, the obtained results are shown in the graph of FIG. 12 in which the width of the magnetic body 30 ′ is the horizontal axis and the gain is the vertical axis.

Figure 2018194534
表1および図11から、実施例では比較例に対して効果を示していることが分かる。
Figure 2018194534
From Table 1 and FIG. 11, it can be seen that the example shows an effect over the comparative example.

Figure 2018194534
表2および図12から、幅WFCが5mmよりも小さい時、すなわち、幅WFC<長さLFCであるとき、より高い感度増幅効果が得られることが分かる。
Figure 2018194534
From Table 2 and FIG. 12, it can be seen that when the width WFC is smaller than 5 mm, that is, when the width WFC <the length LFC, a higher sensitivity amplification effect can be obtained.

〔解析2〕
<実施例81〜92>
実施例81〜92では、磁性体30L’と磁性体30R’の間隔を以下のようにした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
磁性体30L’と磁性体30R’の間隔は、実施例81では15μm、実施例82では20μm、実施例83では30μm、実施例84では40μm、実施例85では50μm、実施例86では60μm、実施例87では70μm、実施例88では80μm、実施例89では100μm、実施例90では110μm、実施例91では120μm、実施例92では125μmとした。
[Analysis 2]
<Examples 81-92>
In Examples 81-92, amplification factors were obtained in the same manner as in Example 11 except that the interval between the magnetic body 30L ′ and the magnetic body 30R ′ was changed as follows.
The distance between the magnetic body 30L ′ and the magnetic body 30R ′ is 15 μm in Example 81, 20 μm in Example 82, 30 μm in Example 83, 40 μm in Example 84, 50 μm in Example 85, and 60 μm in Example 86. Example 87 was 70 μm, Example 88 was 80 μm, Example 89 was 100 μm, Example 90 was 110 μm, Example 91 was 120 μm, and Example 92 was 125 μm.

<比較例81〜82>
比較例81〜82では、磁性体30L’と磁性体30R’の間隔を、比較例81で10μm、比較例82で130μmとした以外は、実施例11と同様の方法で増幅率を取得した。
<Comparative Examples 81-82>
In Comparative Examples 81 to 82, amplification factors were obtained in the same manner as in Example 11 except that the interval between the magnetic body 30L ′ and the magnetic body 30R ′ was 10 μm in Comparative Example 81 and 130 μm in Comparative Example 82.

<磁気収束部間隔、磁化自由層長さに依存する増幅率の比較>
実施例81〜92および比較例81〜82の磁性体30L’及び30R’の間隔(DFCとする)と、磁性体21’の感磁エリアでの増幅率の関係を表3にまとめて示す。

Figure 2018194534
また、得られた結果を、DFCを横軸、増幅率を縦軸とした図13のグラフに示す。
表3および図13より、DFCが15(LPMR/4)以上125(LFMR+5×tFC)以下の範囲の中央値に近いほど、得られる効果が大きいことが分かる。 <Comparison of gain depending on magnetic converging part spacing and magnetization free layer length>
Table 3 summarizes the relationship between the distance between the magnetic bodies 30L ′ and 30R ′ (referred to as DFC) in Examples 81 to 92 and Comparative Examples 81 to 82 and the gain in the magnetic sensitive area of the magnetic body 21 ′.
Figure 2018194534
The obtained results are shown in the graph of FIG. 13 with DFC as the horizontal axis and amplification factor as the vertical axis.
From Table 3 and FIG. 13, it can be seen that the closer the DFC is to the median value in the range of 15 (LPMR / 4) to 125 (LFMR + 5 × tFC), the greater the effect obtained.

1 磁気センサ
10 基板
20 素子部
21 磁化自由層
21’ 磁化自由層に対応する磁性体
22 非磁性層
23 磁化固定層
30 磁気収束部
30L 磁気収束部(左側)
30R 磁気収束部(右側)
30L’ 磁気収束部30Lに対応する磁性体
30R’ 磁気収束部30Rに対応する磁性体
31 シード層
40 保護層
41 保護層
40a 通電窓
50 配線部
51 電極
60 ハードバイアス部
60U ハードバイアス部(上側)
60B ハードバイアス部(下側)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 10 Board | substrate 20 Element part 21 Magnetization free layer 21 'Magnetic body 22 corresponding to a magnetization free layer 22 Nonmagnetic layer 23 Magnetization fixed layer 30 Magnetic convergence part 30L Magnetic convergence part (left side)
30R Magnetic convergence part (right side)
30L 'Magnetic body 30R' corresponding to magnetic converging part 30L Magnetic body 31 corresponding to magnetic converging part 30R Seed layer 40 Protective layer 41 Protective layer 40a Conducting window 50 Wiring part 51 Electrode 60 Hard bias part 60U Hard bias part (upper side)
60B Hard bias section (lower side)

Claims (11)

磁化自由層、前記磁化自由層上に形成された絶縁性の非磁性層、および前記非磁性層上に形成された磁化固定層を有する素子部と、
前記素子部と電気的に絶縁された磁気収束部と、を備え、
前記素子部の感磁軸の方向を第一の方向とすると、
前記磁気収束部の前記第一の方向の長さLFCは5mm以上であり、
前記磁気収束部の厚みtFCは5μm以上であり、
LFC>tFCを満たす磁気センサ。
An element portion having a magnetization free layer, an insulating nonmagnetic layer formed on the magnetization free layer, and a magnetization fixed layer formed on the nonmagnetic layer;
A magnetic converging part electrically insulated from the element part,
When the direction of the magnetosensitive axis of the element portion is the first direction,
The length LFC in the first direction of the magnetic converging part is 5 mm or more,
The thickness tFC of the magnetic converging part is 5 μm or more,
Magnetic sensor satisfying LFC> tFC.
前記磁気収束部を複数備え、前記素子部は該複数の磁気収束部間に存在する請求項1に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, comprising a plurality of the magnetic converging units, wherein the element unit exists between the plurality of magnetic converging units. 前記複数の磁気収束部の間隔DFCと、前記磁化自由層の前記第一の方向の長さLFMRと、前記磁化固定層の前記第一の方向の長さLPMRと、前記磁気収束部の厚みtFCは、LPMR/4≦DFC≦LFMR+5×tFCを満たす請求項2に記載の磁気センサ。   The distance DFC between the plurality of magnetic focusing portions, the length LFMR of the magnetization free layer in the first direction, the length LPMR of the magnetization fixed layer in the first direction, and the thickness tFC of the magnetic focusing portion The magnetic sensor according to claim 2, wherein LPMR / 4 ≦ DFC ≦ LFMR + 5 × tFC is satisfied. 前記磁気収束部の厚み方向を第二の方向とし、前記第一の方向及び前記第二の方向に直交する方向を第三の方向とすると、
前記複数の磁気収束部の二つ以上は、前記第一の方向の長さLFCが前記第三の方向の長さWFCよりも長い請求項2または3に記載の磁気センサ。
When the thickness direction of the magnetic converging portion is the second direction, and the first direction and the direction perpendicular to the second direction are the third direction,
4. The magnetic sensor according to claim 2, wherein two or more of the plurality of magnetic converging portions have a length LFC in the first direction longer than a length WFC in the third direction.
上面視において前記磁化自由層の面積は前記磁化固定層の面積よりも大きい請求項1〜4の何れか一項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein an area of the magnetization free layer is larger than an area of the magnetization fixed layer in a top view. 前記磁化固定層を複数有する前記素子部を複数備え、
複数の前記素子部を電気的に接続する配線部を有する請求項1〜5の何れか一項に記載の磁気センサ。
A plurality of the element portions having a plurality of the magnetization fixed layers,
The magnetic sensor as described in any one of Claims 1-5 which has a wiring part which electrically connects the said some element part.
前記複数の素子部は、前記磁気収束部を区画する辺のうちの前記第一の方向に略直交する辺に沿って配置されている請求項6に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 6, wherein the plurality of element portions are arranged along a side that is substantially orthogonal to the first direction among the sides that define the magnetic convergence unit. 前記磁化自由層の前記第一の方向の長さLFMRは50μm≦LFMR≦150μmを満たす請求項1〜7の何れか一項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein a length LFMR of the magnetization free layer in the first direction satisfies 50 μm ≦ LFMR ≦ 150 μm. 前記磁気収束部の厚み方向の中心と前記素子部の厚み方向の中心とがずれている請求項1〜8の何れか一項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein a center in the thickness direction of the magnetic converging portion and a center in the thickness direction of the element portion are deviated. 前記素子部の前記第一の方向に直交する方向の長さは、前記磁気収束部の前記第一の方向に直交する方向の長さよりも短い請求項1〜9の何れか一項に記載の磁気センサ。   10. The length of the element unit in a direction orthogonal to the first direction is shorter than a length of the magnetic focusing unit in a direction orthogonal to the first direction. Magnetic sensor. 前記磁気収束部の前記第一の方向の磁化が飽和する時の外部磁場の値Hsは、0<Hs≦10[Oe]を満たす請求項1〜10の何れか一項に記載の磁気センサ。
11. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the value Hs of the external magnetic field when the magnetization in the first direction of the magnetic focusing unit is saturated satisfies 0 <Hs ≦ 10 [Oe].
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