JP2020161604A - Magnetic sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部磁場を測定する磁気センサおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a magnetic sensor that measures an external magnetic field and a method for manufacturing the same.
従来より、外部磁場によって磁化方向が変化するフリー層と、磁化方向が固定されたピン層と、フリー層とピン層との間に配置されたトンネル層とを備える磁気センサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a magnetic sensor including a free layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, a pin layer whose magnetization direction is fixed, and a tunnel layer arranged between the free layer and the pin layer has been proposed ( For example, see Patent Document 1).
このような磁気センサでは、外部磁場に依存してフリー層の磁化方向が変化する。そして、磁気センサでは、フリー層の磁化方向とピン層の磁化方向との間の成す角度によってトンネル層の抵抗値が変化する。つまり、磁気センサでは、フリー層のスピン状態とピン層のスピン状態によってトンネル層の抵抗値が変化する。このため、上記磁気センサでは、トンネル層の抵抗値の変化等に基づいて外部磁場が検出される。 In such a magnetic sensor, the magnetization direction of the free layer changes depending on the external magnetic field. Then, in the magnetic sensor, the resistance value of the tunnel layer changes depending on the angle formed between the magnetization direction of the free layer and the magnetization direction of the pin layer. That is, in the magnetic sensor, the resistance value of the tunnel layer changes depending on the spin state of the free layer and the spin state of the pin layer. Therefore, in the magnetic sensor, an external magnetic field is detected based on a change in the resistance value of the tunnel layer or the like.
ところで、上記のような磁気センサでは、トンネル層の結晶性を高くすることによって検出感度が向上することが知られている。例えば、350℃以上の加熱処理を行うことによってトンネル層の結晶性を高くすることにより、磁気センサの検出感度が向上することが知られている。しかしながら、近年では、さらに磁気センサの検出感度を向上することが望まれている。 By the way, in the above-mentioned magnetic sensor, it is known that the detection sensitivity is improved by increasing the crystallinity of the tunnel layer. For example, it is known that the detection sensitivity of a magnetic sensor is improved by increasing the crystallinity of the tunnel layer by performing a heat treatment at 350 ° C. or higher. However, in recent years, it has been desired to further improve the detection sensitivity of the magnetic sensor.
本発明は上記点に鑑み、検出感度を向上できる磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of improving the detection sensitivity and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するための請求項1では、磁化固定層(60)と磁場検出層(80)との間にトンネル層(70)が配置された磁気センサであって、磁化方向が固定されている磁化固定層と、外部磁場によって磁化方向が変化する磁場検出層と、磁化固定層と磁場検出層との間に配置され、磁化固定層の磁化方向と磁場検出層の磁化方向との間の成す角度によって抵抗値が変化するトンネル層と、磁化固定層、トンネル層、磁場検出層が積層されて配置される基板(10)と、を備えている。そして、基板上には、アモルファス層または微結晶層で構成され、基板側と反対側の一面(41)が平坦面とされた平坦化層(40)が配置されており、磁化固定層、トンネル層、磁場検出層は、平坦化層上に積層されて配置されている。
The first aspect of
これによれば、平坦化層が配置されていない場合と比較して、トンネル層の基板側の一面および基板側の他面における平坦性を向上させることができる。このため、磁気センサの検出感度を向上できる。 According to this, it is possible to improve the flatness of the tunnel layer on one surface on the substrate side and the other surface on the substrate side as compared with the case where the flattening layer is not arranged. Therefore, the detection sensitivity of the magnetic sensor can be improved.
また、請求項6では、磁化固定層(60)と磁場検出層(80)との間にトンネル層(70)が配置された磁気センサの製造方法であって、基板(10)を用意することと、基板上に下部電極(30)を構成する下部電極膜(30a)を形成することと、下部電極膜上に、磁化固定層を構成する磁化固定膜(60a)、トンネル層(70)を構成するトンネル膜(70a)、磁場検出層を構成する磁場検出膜(80a)を成膜して構成される積層膜(S)を配置することと、積層膜上に上部電極(100)を構成する上部電極膜(100a)を形成することと、パターニングすることによって下部電極、磁化固定層、トンネル層、磁場検出層、上部電極を形成することと、トンネル層を加熱処理することと、を行う。そして、積層膜を配置することの前に、下部電極上にアモルファス層または微結晶層で構成される平坦化膜(40a)を配置することと、積層膜と基板との間に配置される部分のうちの基板と反対側の面を平坦化処理することと、を行うようにする。 Further, claim 6 is a method for manufacturing a magnetic sensor in which a tunnel layer (70) is arranged between a magnetization fixing layer (60) and a magnetic field detection layer (80), and a substrate (10) is prepared. The lower electrode film (30a) forming the lower electrode (30) is formed on the substrate, and the magnetization fixing film (60a) and the tunnel layer (70) forming the magnetization fixing layer are formed on the lower electrode film. A laminated film (S) formed by forming a tunnel film (70a) and a magnetic field detection film (80a) constituting a magnetic field detection layer is arranged, and an upper electrode (100) is formed on the laminated film. The upper electrode film (100a) to be formed is formed, the lower electrode, the magnetization fixing layer, the tunnel layer, the magnetic field detection layer, and the upper electrode are formed by patterning, and the tunnel layer is heat-treated. .. Then, before arranging the laminated film, the flattening film (40a) composed of the amorphous layer or the microcrystal layer is arranged on the lower electrode, and the portion arranged between the laminated film and the substrate. The surface opposite to the substrate is flattened.
これによれば、平坦化処理された部分上にトンネル膜を配置するため、平坦化膜を配置しない場合と比較して、トンネル膜の基板側の一面および基板側の他面における平坦性を向上させることができる。このため、トンネル膜をパターニングして形成されるトンネル層の基板側の一面および基板側の他面における平坦性を向上させることができる。したがって、検出感度を向上した磁気センサを製造できる。 According to this, since the tunnel film is arranged on the flattened portion, the flatness on one surface of the tunnel film on the substrate side and the other surface on the substrate side is improved as compared with the case where the flattening film is not arranged. Can be made to. Therefore, it is possible to improve the flatness of the tunnel layer formed by patterning the tunnel film on one surface on the substrate side and the other surface on the substrate side. Therefore, a magnetic sensor with improved detection sensitivity can be manufactured.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の磁気センサは、例えば、車両に搭載され、電流を検出する電流検出装置や回転角を検出する回転角検出装置を構成するのに採用されると好適である。この際、磁気センサは、例えば、ブリッジ回路を構成するように形成されて用いられる。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described with reference to the drawings. The magnetic sensor of the present embodiment is preferably mounted on a vehicle and is preferably used to form a current detection device for detecting a current or a rotation angle detection device for detecting a rotation angle. At this time, the magnetic sensor is formed and used so as to form a bridge circuit, for example.
本実施形態の磁気センサは、図1に示されるように、基板10、絶縁膜20、下部電極30、平坦化層40、下地層50、ピン層60、トンネル層70、フリー層80、保護層90、上部電極100が積層されることで構成されている。
As shown in FIG. 1, the magnetic sensor of the present embodiment has a
基板10は、例えば、シリコン基板等で構成されている。絶縁膜20は、例えば、酸化膜等で構成されている。下部電極30は、Cu(銅)またはCuを主成分とする合金で構成されている。
The
平坦化層40は、非磁性層のアモルファス層または微結晶層で構成されており、下部電極30における基板10側と反対側の一面31上に薄膜状に形成されている。本実施形態では、平坦化層40は、例えば、Ta−B(ホウ素タンタル混合物)、Ta(タンタル)、TaN(窒化タンタル)、TaO2(酸化タンタル)、W(タングステン)、Mo−B(ホウ素モリブデン混合物)、Nb−B(ホウ素ニオブ混合物)、W−B(ホウ素タングステン混合物)等で構成される。また、平坦化層40は、具体的には後述するが、基板10側と反対側の一面41aが平坦面とされている。本実施形態では、平坦化層40の一面41aは、平坦化処理された平坦面とされている。なお、微結晶層とは、結晶層内にアモルファス層を有する層のことであり、結晶部分とアモルファス部分とが混在した層である。
The
下地層50は、Ta、Ru(ルテニウム)等で構成され、下部電極30上に薄膜状に形成されている。本実施形態では、基板10側からTa、Ruが順に積層されて構成されている。なお、この下地層50は、ピン層60等の結晶性を良好にするために備えられるものである。
The
ピン層60は、磁化方向が所定方向に固定される層である。本実施形態では、ピン層60は、反強磁性層61、第1強磁性層62、非磁性層63、第2強磁性層64が積層されて構成されている。
The
反強磁性層61は、Mn(マンガン)を含む材料で構成され、下地層50上に薄膜状に形成されている。本実施形態では、反強磁性層61は、IrMn(イリジウムマンガン)、PtMn(白金マンガン)等で構成されている。そして、ピン層60は、反強磁性層61の磁化方向が所定方向に固定されることによって磁化方向が所定方向に固定されている。本実施形態では、反強磁性層61の磁化方向は、図1中の矢印Aで示されるように、反強磁性層61の面方向に平行とされている。
The
なお、Mnを含む材料であるIrMnやPtMnは、ネール点が高い材料である。このため、これらの材料を用いて反強磁性層61を構成することにより、使用温度よりも十分高い温度までピン層60の磁化方向を安定的に保持することが出来る。また、反強磁性層61の面方向とは、言い換えると、基板10の面方向のことである。そして、本実施形態では、ピン層60が磁化固定層に相当する。
It should be noted that IrMn and PtMn, which are materials containing Mn, are materials having a high nail point. Therefore, by constructing the
第1強磁性層62は、Co(コバルト)、Fe(鉄)を含むCoFe膜等の合金で構成され、反強磁性層61上に薄膜状に形成されている。非磁性層63は、Ru等で構成され、第1強磁性層62上に薄膜状に形成されている。第2強磁性層64は、Co、Fe、Ni、B(ボロン)を含むCoFe膜やCoFeB膜等の合金で構成され、非磁性層63上に薄膜状に形成されている。なお、第1強磁性層62、非磁性層63、および第2強磁性層64は、反強磁性層61側からの磁場がフリー層80側に漏れることを抑制するものである。
The first
トンネル層70は、第2強磁性層64上に薄膜状に形成されている。本実施形態では、トンネル層70は、MgO(酸化マグネシウム)等で構成されている。
The
フリー層80は、外部磁場によって磁化方向が変化する層であり、トンネル層70上に薄膜状に形成されている。本実施形態のフリー層80は、Co、Fe、B等を含むCoFeB膜等の合金で構成される。なお、本実施形態では、フリー層80が磁場検出層に相当する。
The
ここで、ピン層60、トンネル層70、フリー層80は、平坦化処理された平坦化膜40a上に形成されている。このため、各層60〜80おける基板10側と反対側の一面611〜641、71、81および基板10側の他面612〜642、72、82は、平坦化層40が形成されていない場合と比較して、凹凸の起伏が小さい平坦性が向上した状態となっている。
Here, the
保護層90は、フリー層80を保護するものであり、Ta、Ru、W等で構成されており、フリー層80上に薄膜状に形成されている。
The
上部電極100は、下部電極30と同様に、CuまたはCuを主成分とする合金で構成されている。
Like the
以上が本実施形態における磁気センサの構成である。次に、上記磁気センサの製造方法について説明する。 The above is the configuration of the magnetic sensor in this embodiment. Next, a method of manufacturing the magnetic sensor will be described.
まず、図2Aに示されるように、基板10を用意し、基板10上に絶縁膜20を形成する。絶縁膜20は、例えば、熱酸化等によって形成される。
First, as shown in FIG. 2A, the
次に、図2Bに示されるように、図2Aの工程を行ったものをチャンバ内に配置し、スパッタ等により、下部電極30を構成する下部電極膜30aを成膜する。そして、下部電極膜30aの一面31a上に、平坦化層40を構成する平坦化膜40aを成膜する。なお、平坦化膜40aは、上記のように非磁性層のアモルファス層または微結晶層によって構成される。そして、平坦化膜40aの一面41aに対して平坦化処理を行うことにより、平坦化膜40aの一面41aを平坦化する。本実施形態では、平坦化処理としてドライエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 2B, the one subjected to the step of FIG. 2A is arranged in the chamber, and the
続いて、図2Cに示されるように、スパッタ等により、ピン層60における反強磁性層61を構成する反強磁性膜61a、第1強磁性層62を構成する第1強磁性膜62a、非磁性層63を構成する非磁性膜63a、第2強磁性層64を構成する第2強磁性膜64aを順に成膜する。つまり、ピン層60を構成するピン膜60aを成膜する。また、スパッタ等により、トンネル層70を構成するトンネル膜70a、フリー層80を構成するフリー膜80aを順に成膜する。すなわち、基板10上に、ピン膜60a、トンネル膜70a、フリー膜80aを有する積層膜Sを配置する。その後、スパッタ等により、保護層90を構成する保護膜90a、上部電極100を構成する上部電極膜100aを順に成膜する。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the
この際、平坦化膜40aの一面41が平坦化処理されている。このため、平坦化膜40aが形成されていない場合と比較して、平坦化膜40a上に積層されるピン膜60a、トンネル膜70a、フリー膜80aは、基板10と反対側の一面611a〜641a、71a、81aおよび基板10側の他面612a〜642a、72a、82aの平坦性が向上した状態で形成される。
At this time, one
ここで、面の平坦性とは、面の凹凸における最大位置と最小位置との間の長さに基づく状態を示すものである。例えば、トンネル膜70aの一面71aにおける平坦性とは、図3に示されるように、トンネル膜70aの一面71aのうちの基板10から最も離れた凸部701の先端位置と、基板10側に最も近い凹部702の底面位置と間の長さLに基づく状態を示すものである。言い換えると、トンネル膜70aの一面71aにおける平坦性とは、フリー膜80aとの界面における凹凸の差である長さLに基づく状態を示すものである。そして、平坦性は、長さLが短いほど高くなる。
Here, the flatness of the surface indicates a state based on the length between the maximum position and the minimum position in the unevenness of the surface. For example, as shown in FIG. 3, the flatness of the one
また、ピン層60、トンネル層70、フリー層80は、後述するように、ピン膜60a、トンネル膜70a、フリー膜80aをパターニングすることによって形成される。このため、トンネル層70の一面71における平坦性は、フリー層80との界面における凹凸の差である長さLに基づく状態を示し、長さLが短いほど高くなる。また、トンネル層70の他面72における平坦性とは、ピン層60との界面における凹凸の差である長さLに基づく状態を示し、長さLが短いほど高くなる。
Further, the
そして、この工程では、具体的には後述するが、トンネル膜70aの一面71aおよび他面72aにおける凹凸の差の長さLが1.8nm以下となるようにする。すなわち、平坦化膜40aを平坦化処理する工程では、積層される各膜50a〜70aの厚さ等を考慮し、トンネル膜70aの一面71aおよび他面72aにおける凹凸の差の長さLが1.8nm以下となるように、平坦化処理の条件が設定される。
Then, in this step, as will be described in detail later, the length L of the difference between the unevenness on one
続いて、図2Dに示されるように、エッチング等によって各膜30a〜100aを適宜パターニングする。そして、下部電極30、平坦化層40、下地層50、ピン層60、トンネル層70、フリー層80を構成することにより、上記図1に示す磁気センサの形状を構成する。なお、本実施形態では、ピン膜60aが磁化固定膜に相当し、フリー膜80aが磁場検出膜に相当する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the
その後、トンネル層70を構成するMgOを結晶化させつつ結晶化を促進させるため、350℃以上の温度で加熱処理する。これにより、上記図1に示す磁気センサが製造される。
Then, in order to promote crystallization while crystallizing MgO constituting the
続いて、上記磁気センサの理想的な作動について、図4および図5A〜図5Cを参照しつつ説明する。なお、図5A〜図5Cでは、ピン層60を模式的に示している。また、図5A〜図5Cにおいて、矢印Aは、ピン層60の磁化方向、矢印Bはフリー層80の磁化方向、矢印Cは外部磁場の方向を示している。さらに、図4中のコンダクタンスの変化率は、外部磁場が印加されていない状態(すなわち、図5Aの状態)を基準としている。
Subsequently, the ideal operation of the magnetic sensor will be described with reference to FIGS. 4 and 5A to 5C. In addition, in FIGS. 5A to 5C, the
上記磁気センサは、外部磁場によってフリー層80の磁化方向が変化し、フリー層80の磁化方向とピン層60の磁化方向との間の成す角度によってトンネル層70のコンダクタンスが変化する。つまり、磁気センサでは、フリー層80のスピン状態とピン層60のスピン状態によってトンネル層70のコンダクタンスが変化する。
In the magnetic sensor, the magnetization direction of the
具体的には、図5Aに示されるように、外部磁場の強度が0である場合には、フリー層80の磁化方向は、フリー層80の面方向に直交する垂直方向になる。
Specifically, as shown in FIG. 5A, when the strength of the external magnetic field is 0, the magnetization direction of the
そして、図4および図5Bに示されるように、外部磁場の方向がピン層60の磁化方向と同一方向である場合には、外部磁場の強度が大きくなるほど、フリー層80の磁化方向とピン層60の磁化方向との間の成す角度が小さくなる。そして、磁気センサは、外部磁場の強度が大きくなるほどトンネル層70の抵抗値が小さくなり、コンダクタンスが大きくなる。
Then, as shown in FIGS. 4 and 5B, when the direction of the external magnetic field is the same as the magnetization direction of the
反対に、図4および図5Cに示されるように、外部磁場の方向がピン層60の磁化方向と反対方向である場合には、外部磁場の強度が大きくなるほど、フリー層80の磁化方向とピン層60の磁化方向との間の成す角度が大きくなる。そして、磁気センサは、外部磁場の強度が大きくなるほどトンネル層70の抵抗値が大きくなり、コンダクタンスが小さくなる。
On the contrary, as shown in FIGS. 4 and 5C, when the direction of the external magnetic field is opposite to the magnetization direction of the
次に、本実施形態の磁気センサと、平坦化層40を備えない磁気センサとを比較した結果について、図6を参照しつつ説明する。なお、図6中の使用可能磁場範囲とは、外部磁場の変化に伴ってコンダクタンスの変化率がリニアに変化し、かつ、外部磁場が0である場合を基準として略対称となる範囲のことである。また、図6は、平坦化層40としてTa−Bを用い、360℃で加熱処理を行って製造した磁気センサに関する実験結果を示す図である。
Next, the result of comparing the magnetic sensor of the present embodiment with the magnetic sensor not provided with the
図6に示されるように、本実施形態の磁気センサは、従来の磁気センサよりもコンダクタンスの変化率に関する傾きが大きくなっていることが確認される。この事象は、明確な理由については明らかではないが、平坦化層40を形成することによってトンネル層70の一面71および他面72の平坦性が向上し、トンネル層70がピン層60およびフリー層80のスピン状態の影響を受け易くなっているためであると推定される。このため、本実施形態の磁気センサでは、検出感度の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 6, it is confirmed that the magnetic sensor of the present embodiment has a larger inclination regarding the rate of change of conductance than the conventional magnetic sensor. Although the reason for this phenomenon is not clear, the flatness of one
また、本実施形態の磁気センサでは、従来の磁気センサよりも使用可能磁場範囲が広くなっていることが確認される。この事象は、明確な理由については明らかではないが、以下の理由によるものと推定される。 Further, it is confirmed that the magnetic sensor of the present embodiment has a wider usable magnetic field range than the conventional magnetic sensor. The reason for this event is not clear, but it is presumed to be due to the following reasons.
すなわち、加熱処理を行うことにより、上記のようにトンネル層70の結晶化を進展させて検出感度の向上を図ることができる。しかしながら、ピン層60を構成する反強磁性層61としてMnを含む材料を用いた場合、Mnが拡散し易い材料であるため、加熱処理した際にMnが拡散する。このため、反強磁性層61の特性が低下する。
That is, by performing the heat treatment, the crystallization of the
しかしながら、本実施形態では、反強磁性層61を平坦化処理された平坦化層40上に形成している。このため、反強磁性層61は、下地層50側の他面612、および第1強磁性層62層側の一面611の平坦性が向上した状態となる。したがって、本実施形態の磁気センサでは、従来の磁気センサよりもMnが拡散することを抑制でき、反強磁性層61の特性が低下することも抑制できていると推定される。これにより、本実施形態の磁気センサでは、使用可能磁場範囲も広くできていると推定される。
However, in this embodiment, the
このような使用可能磁場範囲に関する事象は、図7の結果からも明らかであり、図7に示されるように、350℃以上の加熱処理を行った場合、本実施形態の磁気センサでは、従来の磁気センサよりも使用可能磁場範囲が広くなることが確認される。なお、図7中の第1実施形態の磁気センサは、平坦化層40としてTa−Bを用いた結果を示している。
Such an event related to the usable magnetic field range is clear from the result of FIG. 7, and as shown in FIG. 7, when the heat treatment of 350 ° C. or higher is performed, the magnetic sensor of the present embodiment has the conventional magnetic sensor. It is confirmed that the usable magnetic field range is wider than that of the magnetic sensor. The magnetic sensor of the first embodiment in FIG. 7 shows the result of using Ta-B as the
なお、加熱処理を350℃未満の範囲で行った場合に従来の磁気センサの方が本実施形態の磁気センサよりも使用可能磁場範囲が高くなるのは、明確な理由については明らかではないが、平坦化層40としてTa−Bを用いた場合、Bが拡散することが影響していると推定される。しかしながら、本実施形態では、350℃以上の範囲で熱処理をすることにより、検出感度を向上しつつ、使用可能磁場範囲も広くできる。
It is not clear why the conventional magnetic sensor has a higher usable magnetic field range than the magnetic sensor of the present embodiment when the heat treatment is performed in a range of less than 350 ° C. When Ta-B is used as the
また、上記磁気センサは、車両に搭載されて用いられる場合、現状では、使用可能磁場範囲として70mT以上のものが要望されている。そして、図8に示されるように、トンネル層70の平坦性は、1.8nm以下である際に使用可能磁場範囲が70mT以上となる。つまり、トンネル層70の一面71および他面72における凹凸の差である長さLは、1.8nm以下である際に使用可能磁場範囲が70mT以上となる。このため、本実施形態では、トンネル層70の一面71および他面72における平坦性は、1.8nm以下とされている。なお、図8は、平坦化層40としてTa−Bを用い、360℃で加熱処理を行って製造した磁気センサに関する実験結果を示す図である。
Further, when the magnetic sensor is mounted on a vehicle and used, at present, a magnetic sensor having a usable magnetic field range of 70 mT or more is required. Then, as shown in FIG. 8, the flatness of the
以上説明したように、本実施形態では、トンネル層70と下部電極30との間には、平坦化処理された平坦面を有する平坦化層40が配置されている。このため、平坦化層40が配置されていない場合と比較して、トンネル層70の一面71および他面72における平坦性を向上させることができる。このため、磁気センサの検出感度を向上できる。
As described above, in the present embodiment, the
また、平坦化層40が配置されていることにより、反強磁性層61の一面611および他面612における平坦性も向上できる。このため、反強磁性層61をMnを含む材料を用いて構成したとしても、加熱処理した際にMnが拡散することを抑制でき、使用可能磁場範囲が狭くなることを抑制できる。
Further, by arranging the
また、本実施形態では、平坦化層40は、アモルファス層または微結晶層で構成されている。このため、平坦化層40が結晶層で構成されている場合と比較して、平坦化層40を構成する平坦化膜40aを形成した際に一面41a側を平坦化し易くできる。したがって、平坦化層40が結晶層で構成されている場合と比較して、一面41aの平坦性を向上できる。特に、Ta−Bは、Ta、TaN、TaO2、W、Mo−B、Nb−B、W−B等の材料と比較するとアモルファスの度合いが大きいため、さらに平坦性を向上できる。
Further, in the present embodiment, the
そして、平坦化層40は、非磁性層で構成されている。このため、平坦化層40は内部磁化を持たず、他層の磁界の影響を与えない。したがって、他層は検出したい磁界のみを受けることができ、検出精度の向上を図ることができる。
The
さらに、本実施形態では、トンネル層70の一面71および他面72における平坦性は、1.8nm以下とされている。このため、使用可能磁場範囲を70mT以上とすることができ、車両に搭載された際に要望される条件を満たすことができる。
Further, in the present embodiment, the flatness of the one
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、製造工程を変更したものである。その他に関しては、上記第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described. This embodiment is a modification of the first embodiment in a manufacturing process. Others are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted here.
本実施形態では、図2Aの工程を行って下部電極膜30aを形成した後、下部電極膜30aを形成したものを一旦チャンバ外へ取り出す。次に、平坦化処理としての化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishingの略)法により、下部電極膜30aの一面31aを平坦化する。その後、再びチャンバ内に配置し、図2B以降の工程を行う。
In the present embodiment, after the
以上説明したように、本実施形態では、下部電極膜30aを平坦化し、その後に平坦化膜40aを形成している。このため、平坦化膜40aの一面41の平坦性をさらに向上でき、さらに反強磁性層61やトンネル層70の平坦性を向上できる。したがって、磁気センサの検出感度をさらに向上しつつ、使用可能磁場範囲もさらに広くできる。
As described above, in the present embodiment, the
(第2実施形態の変形例)
上記第2実施形態の変形例について説明する。本実施形態では、下部電極膜30aに対して平坦化工程を行うため、平坦化膜40aに対して平坦化工程を行わないようにしてもよい。このような磁気センサの製造方法としても、下部電極膜30aに対して平坦化工程を行うことにより、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、平坦化膜40aに対して平坦化処理を行わないようにしても、平坦化膜40aをアモルファス層または微結晶層で構成することにより、平坦化膜40aを結晶膜で構成した場合と比較して、結晶粒界が少なくなるため、平坦化膜40aの一面41aは、平坦化し易いために平坦面となる。つまり、磁気センサを製造する際には、基板10と積層膜Sとの間に配置される部分のうちの基板10と反対側の面を平坦化処理することにより、トンネル層70等の平坦性を向上できる。
(Modified example of the second embodiment)
A modified example of the second embodiment will be described. In the present embodiment, since the flattening step is performed on the
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、ピン層60とフリー層80層との位置関係を変更したものである。その他に関しては、上記第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third Embodiment)
A third embodiment will be described. In this embodiment, the positional relationship between the
本実施形態では、図9に示されるように、下地層50上には、下地層50側からフリー層80、トンネル層70、ピン層60が順に積層されている。つまり、本実施形態では、上記第1実施形態に対し、トンネル層70を基準としてフリー層80とピン層60との位置関係が反対になっている。なお、本実施形態では、ピン層60は、基板10側から第2強磁性層64、非磁性層63、第1強磁性層62、反強磁性層61が順に積層された構成とされている。なお、このような磁気センサは、上記第1実施形態の製造方法において、積層する膜の順番を変更することによって製造される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the
このように、フリー層80とピン層60との位置関係を変更しても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
In this way, even if the positional relationship between the
(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、ピン層60の磁化方向を変化させたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fourth Embodiment)
A fourth embodiment will be described. In this embodiment, the magnetization direction of the
本実施形態では、図10に示されるように、ピン層60は、第1強磁性層62、非磁性層63、第2強磁性層64が順に積層されて構成されている。なお、本実施形態では、第1強磁性層62および第2強磁性層64は、CoとPtとが交互に順に複数回積層されることで構成されている。また、非磁性層63は、Ru等で構成される。これにより、ピン層60の磁化方向は、図10中の矢印Aで示されるように、ピン層60の面方向に直交する垂直方向となる。そして、このような構成とされている場合、外部磁場が0である場合には、フリー層80の磁化方向は、図10中の矢印Bで示されるように、フリー層80の面方向となる。なお、このような磁気センサは、上記第1実施形態の製造方法において、反強磁性膜61aを形成する工程を省略することによって形成される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the
このように、ピン層60の磁化方向を垂直方向としても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, even if the magnetization direction of the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of the claims.
例えば、本実施形態では、フリー層80をCoFeB膜によって構成する例について説明したが、他の材料を用いて構成してもよい。同様に、ピン層60およびトンネル層70等を構成する材料も適宜変更可能である。
For example, in the present embodiment, the example in which the
また、上記各実施形態において、トンネル層70の平坦性は、1.8nmより大きくされていてもよい。このような構成としても、平坦化層40が配置されることにより、平坦化層40が配置されていない場合と比較して、トンネル層70の平坦性が向上するため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, in each of the above embodiments, the flatness of the
10 基板
40 平坦化層
41 一面
60 ピン層(磁化固定層)
70 トンネル層
80 フリー層(磁場検出層)
10
70
Claims (8)
磁化方向が固定されている前記磁化固定層と、
外部磁場によって磁化方向が変化する前記磁場検出層と、
前記磁化固定層と前記磁場検出層との間に配置され、前記磁化固定層の磁化方向と前記磁場検出層の磁化方向との間の成す角度によって抵抗値が変化する前記トンネル層と、
前記磁化固定層、前記トンネル層、前記磁場検出層が積層されて配置される基板(10)と、を備え、
前記基板上には、アモルファス層または微結晶層で構成され、前記基板側と反対側の一面(41)が平坦面とされた平坦化層(40)が配置されており、
前記磁化固定層、前記トンネル層、前記磁場検出層は、前記平坦化層上に積層されて配置されている磁気センサ。 A magnetic sensor in which a tunnel layer (70) is arranged between a magnetization fixing layer (60) and a magnetic field detection layer (80).
With the magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed,
The magnetic field detection layer whose magnetization direction changes with an external magnetic field,
The tunnel layer, which is arranged between the magnetization fixing layer and the magnetic field detection layer, and whose resistance value changes depending on the angle formed between the magnetization direction of the magnetization fixing layer and the magnetization direction of the magnetic field detection layer.
A substrate (10) on which the magnetization fixing layer, the tunnel layer, and the magnetic field detection layer are laminated and arranged is provided.
A flattening layer (40) composed of an amorphous layer or a microcrystal layer and having one surface (41) opposite to the substrate side as a flat surface is arranged on the substrate.
A magnetic sensor in which the magnetization fixing layer, the tunnel layer, and the magnetic field detection layer are laminated and arranged on the flattening layer.
基板(10)を用意することと、
前記基板上に下部電極(30)を構成する下部電極膜(30a)を形成することと、
前記下部電極膜上に、前記磁化固定層を構成する磁化固定膜(60a)、前記トンネル層(70)を構成するトンネル膜(70a)、前記磁場検出層を構成する磁場検出膜(80a)を成膜して構成される積層膜(S)を配置することと、
前記積層膜上に上部電極(100)を構成する上部電極膜(100a)を形成することと、
パターニングすることによって前記下部電極、前記磁化固定層、前記トンネル層、前記磁場検出層、前記上部電極を形成することと、
前記トンネル層を加熱処理することと、を行い、
前記積層膜を配置することの前に、前記下部電極上にアモルファス層または微結晶層で構成される平坦化膜(40a)を配置することと、前記積層膜と前記基板との間に配置される部分のうちの前記基板と反対側の面を平坦化処理することと、を行う磁気センサの製造方法。 A method for manufacturing a magnetic sensor in which a tunnel layer (70) is arranged between a magnetization fixing layer (60) and a magnetic field detection layer (80).
Preparing the board (10) and
By forming the lower electrode film (30a) constituting the lower electrode (30) on the substrate,
On the lower electrode film, a magnetization fixing film (60a) constituting the magnetization fixing layer, a tunnel film (70a) constituting the tunnel layer (70), and a magnetic field detection film (80a) constituting the magnetic field detection layer are formed. Arranging the laminated film (S) formed by film formation and
Forming the upper electrode film (100a) constituting the upper electrode (100) on the laminated film and
By patterning, the lower electrode, the magnetization fixing layer, the tunnel layer, the magnetic field detection layer, and the upper electrode are formed.
The tunnel layer is heat-treated and
Prior to arranging the laminated film, a flattening film (40a) composed of an amorphous layer or a microcrystal layer is arranged on the lower electrode, and the laminated film is arranged between the laminated film and the substrate. A method for manufacturing a magnetic sensor, in which the surface of the portion opposite to the substrate is flattened.
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