JP4085859B2

JP4085859B2 - Magnetic sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4085859B2
Application number: JP2003085249A
Authority: JP
Inventors: 民人鈴木; 俊幸大橋; 秀樹佐藤; 健三郎飯島
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004006752A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサおよびその製造方法に関し、特に磁気センサの表面に垂直な方向の磁場を測定する高感度の磁気センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、磁気センサに使用される素子として、磁気抵抗効果素子が用いられている。これには、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、および磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）がある。ＡＭＲ素子は、ＭＲ膜からなり、外部磁界により、この膜の磁化が回転することにより、ＭＲ膜の抵抗値が変化するので、この出力により外部磁界の向きを検出することができる。
一方、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子は、磁界の変化をより感度よく検出することができることで知られている。これらの磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが所定の向きにピン（固定）されたピンド層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層とを備えており、ピンド層の磁化の向きと、フリー層の磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を出力として示す。
このような素子を、直交する２方向（ここでは、以下「直交する２方向」を「Ｘ軸方向、Ｙ軸方向」とする。）の磁界の変化をそれぞれ検出するように、それぞれ１個づつ直交するように配置する。その際、それぞれを数個づつの素子群としてブリッジ接続するのが一般的である。そして、それぞれの素子の出力（抵抗値の変化）を得ることにより、外部磁界の向きを検出することができる。
その結果、図１８に示すように、一方向への一様な磁界中で、その磁界方向を含む面内で磁気センサを回転させたとき、Ｘ軸センサ出力とＹ軸センサ出力が９０°位相のずれた形の正弦波出力となる、いわゆる二次元（二軸）磁気センサとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、二次元での方位を求めるには、Ｘ軸方向の出力を検出するＸセンサと、Ｙ軸方向の出力を検出するＹセンサを一対にして、図１８に示すように、２方向の磁界に対して感応する二次元磁気センサを形成して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の出力をそれぞれ測定し、ｓｉｎθとｃｏｓθから方位を検出する。これにより、二次元平面において、どの方位を指しているかを求めることができる。
一方、二次元平面ではなく、空間での方位、すなわち、三次元的に方位が求められる必要のある場合がある。例えば、医療用途において、体内における治療対象部位の位置を特定するために、体内に内視鏡やカテーテルなどを挿入した際に、これら医療機器の先端の位置や、姿勢を検出する必要がある。このような用途では、磁気の方位を三次元的（Ｘ方向、Ｙ方向だけでなくＺ方向）に精度良く求める必要がある。従来、このような三次元的に方位を求めることが可能な三次元磁気センサを同一基板上に作製することができないため、薄型の三次元磁気センサが得られていなかった。したがって、携帯電話などの小型の機器には、三次元磁気センサを搭載することができなかった。
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、単一の基板上に三次元方向に交差するように配置された磁気抵抗効果素子を有する磁気センサおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、複数の帯状部と該複数の帯状部のうち隣接する２つを接続するバイアス磁石とからなる３個以上の磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子が配設される単一基板とを備えた磁気センサであって、前記３個以上の磁気抵抗効果素子のうち少なくとも１個は、前記複数の帯状部が前記単一基板に互いに隣り合って平行に形成された複数の楔型溝の斜面上に配置されたものである磁気センサによって解決できる。
上記磁気センサにおいて、前記複数の帯状部のうち隣接する２つの帯状部は、前記楔型溝の対向する２つの斜面上にそれぞれ配置されたことが好ましい。
上記磁気センサにおいて、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の出力結果を加減演算することにより、三次元方向の出力結果を得ることが好ましい。
【０００６】
また、前記課題は、基板上に互いに隣り合って平行になるよう複数の楔型溝を形成する工程と、複数の帯状部を有する３個以上の磁気抵抗効果素子のうち少なくとも１個の素子のピンド層となる磁性層を含む層を、前記複数の楔型溝の斜面上に形成する工程と、前記複数の帯状部のうち隣接する２つを接続するバイアス磁石を形成する工程と、前記ピンド層となる磁性層を含む層を磁化して、前記ピンド層の磁化の向きを固定する工程とを含む磁気センサの製造方法によって解決できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の磁気センサの第１の実施形態を示す概略構成図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。また、図２は、本発明の磁気センサで用いられる磁気抵抗効果素子を示す概略構成図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。
この実施形態の磁気センサは、例えば、ＳｉＯ_２／Ｓｉ、ガラスまたは石英からなる略正方形状の基板１と、Ｘ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸方向の磁界を検出するＺ軸磁気抵抗効果素子４と、バイアス磁界用のコイル（図示略）と、複数の電極パッド（図示略）とから概略構成されている。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２とＹ軸磁気抵抗効果素子３は基板１の同一表面１ａ上に形成されており、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きは、基板１の表面１ａと平行な一方向となっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きは、基板１の表面１ａと平行な一方向となっている。さらに、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きと、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きとが直交している。
また、この実施形態の磁気センサには、楔型溝５が、基板１の一辺に平行で、この一辺の近傍、かつこの一辺の中央部近傍に形成されている。
このように、楔型溝５の斜面５ａ上に、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４が配されていることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の地磁気レベルの磁界測定が可能となる。
【０００８】
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４は、図２に示すように、互いに隣り合って平行に配置された複数の帯状部２ａ、３ａ、４ａが、バイアス磁石２ｂ、３ｂ、４ｂを介して接続されている。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４は、これらの磁気抵抗効果素子が巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）の場合、膜厚２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）、膜厚２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、膜厚２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）、膜厚１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）、膜厚８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）などの金属薄膜がこの順に積層された積層体で形成されている。
【０００９】
以下、この実施形態の磁気センサの製造方法について説明する。
図３および図４は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、厚さ数ｍｍ程度のシリコン基板１１を、９００〜１１００℃で熱酸化し、表面に厚さ５００ｎｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層１２を形成する。
【００１０】
次に、図３（ｂ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、楔型溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、楔型溝を形成するための開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。
第１のレジスト膜１３として用いられるフォトレジストは、光や紫外線照射により感度よく架橋反応を起こして硬化し、未露光部が溶媒に可溶化（ネガ型）する樹脂であり、高解像度の任意形状を形成することができる樹脂である。また、現像液としては、専用の剥離液、アセトンなどの有機溶剤、アルカリ水溶液などが用いられる。なお、ネガレジストの代わりに、ポジレジストを用いてもよい。
【００１１】
次に、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、バッファドフッ酸に浸漬し、図３（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分の二酸化ケイ素層１２を除去する。
【００１２】
次に、図３（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。レジスト膜１３を除去するには、Ｎ−メチル−２−ピロリドンで、第１のレジスト膜１３と二酸化ケイ素層１２の界面を洗浄する。このとき、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に浸漬し、８５℃で、超音波洗浄すれば、第１のレジスト膜１３の除去を効率的に行なうことができる。
【００１３】
次に、図３（ｅ）に示すように、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２からなる積層体を、水酸化カリウムの５０％水溶液に浸漬し、９０℃でエッチングする。これにより、シリコン基板１１の二酸化ケイ素層１２が形成されていない部分が、（１１１）面が出るようにエッチングされ、楔型溝１４が形成される。
【００１４】
次に、図４（ａ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上および楔型溝１４内に、スパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。
下地膜１５としては、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）３００μｍ／コバルト（Ｃｏ）−白金（Ｐｔ）−Ｃｒ１０００μｍを用いることができる。
【００１５】
次に、下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第２のレジスト膜１６を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、第２のレジスト膜１６で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。
【００１６】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２のレジスト膜１６を除去する。第２のレジスト膜１６を除去するには、第１のレジスト膜１３を除去するのと同様な方法が用いられる。
【００１７】
次に、ＧＭＲ素子をなすＧＭＲ多層膜１７を、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などによって、二酸化ケイ素層１２および下地膜１５の表面上に形成する。
ＧＭＲ多層膜１７は、シリコン基板１１上に、順に積層されたフリー層と、膜厚が２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）からなる導電性のスペーサ層と、ピンド層と、膜厚が２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層とからなっている。
【００１８】
フリー層は、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層であり、シリコン基板１１の直上に形成された膜厚が８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）アモルファス磁性層と、この上に形成された膜厚が３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）磁性層と、さらに、この上に形成された膜厚が１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）層とからなっている。
Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂアモルファス磁性層とＮｉ−Ｆｅ磁性層は、軟質強磁性体薄膜層を構成している。Ｃｏ−Ｆｅ層は、ＭＲ比を高めるものである。
【００１９】
ピンド層は、膜厚が２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）磁性層と、白金を４５〜５５ｍｏｌ％含む白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）合金から形成した膜厚が２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）反強磁性層とが積層されたものである。
Ｃｏ−Ｆｅ磁性層は、着磁（磁化）されたＰｔ−Ｍｎ反強磁性層に交換結合的に裏打ちされることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがピン（固着）されるピンド層を構成している。
【００２０】
次に、ＧＭＲ多層膜１７の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意のＧＭＲ多層膜１７のパターンを有する第３のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第３のレジスト膜で保護されていない部分のＧＭＲ多層膜１７を、イオンミリングにより除去し、ＧＭＲ多層膜１７を任意形状に形成する。
次に、図４（ｄ）に示すように、第３のレジスト膜を除去する。第３のレジスト膜を除去するには、第１のレジスト膜１３を除去するのと同様な方法が用いられる。
得られた積層体を、永久磁石上に載置して熱処理し、ピンド層の磁化の向きを固定し、磁気センサを得る。
【００２１】
図５は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第２の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、前記第１の例において、図３（ｂ）〜（ｅ）に示した工程を以下のようにする。
図５（ａ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、テーパ状の溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、テーパ状の開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。次いで、イオンミリングにより、第１のレジスト膜１３の開口部の端部に斜面を一旦、形成する。次いで、第１のレジスト膜１３の開口部のレジストを加熱し、リフローさせて、開口部端部をテーパ状に形成する。
【００２２】
次に、図５（ｂ）に示すように、イオンミリングにより、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分のシリコン基板１１および二酸化ケイ素層１２を削る。このとき、第１のレジスト膜１３の開口部のテーパ形状をトレースすれば、図５（ｂ）に示すような、向い合う斜面と、この斜面に挟まれた底面とからなる断面台形状の溝１４が形成される。
次いで、図５（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。
【００２３】
図６および図７は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、まず、図６（ａ）に示すように、厚さ数ｍｍ程度のシリコン基板１１を、９００〜１１００℃で熱酸化し、表面に厚さ５００ｎｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層１２を形成する。
【００２４】
次に、図６（ｂ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、楔型溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、楔型溝を形成するための開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。
第１のレジスト膜１３として用いられるフォトレジストは、光や紫外線照射により感度よく架橋反応を起こして硬化し、未露光部が溶媒に可溶化（ネガ型）する樹脂であり、高解像度の任意形状を形成することができる樹脂である。また、現像液としては、専用の剥離液、アセトンなどの有機溶剤、アルカリ水溶液などが用いられる。なお、ネガレジストの代わりに、ポジレジストを用いてもよい。
【００２５】
次に、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、バッファドフッ酸に浸漬し、図６（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分の二酸化ケイ素層１２を除去する。
【００２６】
次に、図６（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。レジスト膜１３を除去するには、Ｎ−メチル−２−ピロリドンで、第１のレジスト膜１３と二酸化ケイ素層１２の界面を洗浄する。このとき、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に浸漬し、８５℃で、超音波洗浄すれば、第１のレジスト膜１３の除去を効率的に行なうことができる。
【００２７】
次に、図６（ｅ）に示すように、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２からなる積層体を、水酸化カリウムの５０％水溶液に浸漬し、９０℃でエッチングする。これにより、シリコン基板１１の二酸化ケイ素層１２が形成されていない部分が、（１１１）面が出るようにエッチングされ、楔型溝１４が形成される。
【００２８】
次に、図６（ｆ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上および楔型溝１４内に、スパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。
下地膜１５としては、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）３００μｍ／コバルト（Ｃｏ）−白金（Ｐｔ）−Ｃｒ１０００μｍを用いることができる。
【００２９】
次に、下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第２のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、図７（ａ）に示すように、第２のレジスト膜で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。これにより、楔型溝１４内の一方の斜面と、二酸化ケイ素層１２の表面の一部にのみ、下地膜１５が存在するようにする。
【００３０】
次に、ＧＭＲ素子をなす第１のＧＭＲ多層膜１８を、斜めスパッタリング法などによって、二酸化ケイ素層１２および下地膜１５の表面全面に形成する。
次に、第１のＧＭＲ多層膜１８の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の第１のＧＭＲ多層膜１８のパターンを有する第３のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第３のレジスト膜で保護されていない部分の第１のＧＭＲ多層膜１８を、イオンミリングにより除去し、第１のＧＭＲ多層膜１８を任意形状に形成する。これにより、図７（ｂ）に示すように、楔型溝１４内に形成された下地膜１５の表面上にのみ、第１のＧＭＲ多層膜１８が存在するようにする。
【００３１】
次に、図７（ｃ）に示すように、二酸化ケイ素層１２、下地膜１５および第１のＧＭＲ多層膜１８の表面全面に、スパッタリング法により、厚さ３００ｎｍ程度の酸化ケイ素（ＳｉＯ）層１９を形成する。
次に、図７（ｄ）に示すように、イオンミリングなどにより、酸化ケイ素層１９を貫通して、内層の下地膜１５が露出するように、円形状のコンタクトホール２０を形成する。
【００３２】
次に、再び、酸化ケイ素層１９の表面全面にスパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。このとき、コンタクトホール２０内にも、下地膜１５を形成し、酸化ケイ素層１９の下層の下地膜１５と接合するようにする。
次に、この下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第４のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、図７（ｅ）に示すように、第４のレジスト膜で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。
【００３３】
次に、第２のＧＭＲ多層膜２１を、スパッタリング法などによって、下地膜１５および酸化ケイ素層１９の表面全面に形成する。
次に、第２のＧＭＲ多層膜２１の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の第２のＧＭＲ多層膜２１のパターンを有する第５のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第５のレジスト膜で保護されていない部分の第２のＧＭＲ多層膜２１を、イオンミリングにより除去し、第２のＧＭＲ多層膜２１を任意形状に形成する。
次に、第５のレジスト膜を除去し、図７（ｆ）に示すような磁気センサを得る。
【００３４】
図８は、本発明の磁気センサの第２の実施形態を示す概略構成図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ―Ａで切断した断面図である。なお、図８中、図１と同じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
図１１は、本発明の磁気センサで用いられる斜面型の磁気抵抗効果素子の一例を示す概略構成図で、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ―Ｂで切断した断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＣ―Ｃで切断した断面図である。
【００３５】
この実施形態の磁気センサは、基板１と、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２と、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３と、Ｚ軸方向の磁界を検出するＺ軸磁気抵抗効果素子２４と、バイアス磁界用のコイル（図示略）と、複数の電極パッド（図示略）とから概略構成されている。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２とＹ軸磁気抵抗効果素子３は基板１の同一表面１ａ上に形成されており、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きｄ１は、基板１の表面１ａと平行な一方向となっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きｄ２は、基板１の表面１ａと平行な一方向となっている。さらに、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きｄ１と、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きｄ２とが直交している。
また、この例の磁気センサには、互いに隣り合って平行に形成された複数の楔型溝２５ａからなる溝２５が、基板１の一辺に平行で、この一辺の近傍、かつこの一辺の中央部近傍に形成されている。そして、楔型溝２５ａの斜面２５ｂ、２５ｂ、・・・上には、Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４が配置されている。Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４のピンド層の磁化の向きｄ２は、基板１の表面１ａに垂直な方向となっており、Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４のピンド層の磁化の向きと、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きおよびＹ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きとが直交している。
このように、楔型溝２５ａの斜面２５ｂ上に、Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４が配置されていることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の地磁気レベルの磁界測定が可能となる。
【００３６】
Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４は、図１１に示すように、基板１に互いに隣り合って平行に形成された複数の楔型溝２５ａの斜面２５ｂ上に形成され、互いに隣り合って平行に配置された複数の帯状部（磁気抵抗効果膜）２４ａの端部が、楔型溝２５ａの斜面２５ｂ上に形成されたバイアス磁石２４ｂを介して接続されている。また、この例では、複数の帯状部２４ａのうち隣接する２つの帯状部２４ａが、楔型溝２５ａの対向する２つの斜面２５ｂ上にそれぞれ配置されている。
また、Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４において、図１１（ｂ）に示すように、楔型溝２５ａの対向する２つの斜面２５ｂ上に配置された２つの帯状部２４ａ同士の接続では、帯状部２４ａの一方の端部がバイアス磁石２４ｂによって楔型溝２５ａの谷側で接続されており、楔型溝２５ａの対向していない２つの斜面２５ｂ上に配置された２つの帯状部２４ａ同士の接続では、帯状部２４ａの他方の端部がバイアス磁石２４ｂによって楔型溝２５ａの山側で接続されている。
なお、この例では、１つの楔型溝２５ａの２つの斜面２５ｂ上に、帯状部２４ａがそれぞれ形成されたＺ軸磁気抵抗効果素子２４の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の磁気センサにあっては、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４が、対向する２つの斜面２５ｂのどちらか一方の斜面にのみ帯状部２４ａが形成され、各帯状部が他方の斜面および楔型溝２５ａの山側もしくは谷側とでバイアス磁石によって接続されたものであってもよい。
【００３７】
Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４において、これが形成される楔型溝２５ａの深さｈは５μｍ〜１０μｍ程度であることが好ましい。
さらに、Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４において、これが形成される楔型溝２５ａ斜面２５ｂと基板１の表面１ａまたは底面とのなす角度は６０°〜８０°程度であることが好ましく、７０°程度がより好ましい。
【００３８】
Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４は、これらの磁気抵抗効果素子が巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）の場合、膜厚２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）、膜厚２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、膜厚２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）、膜厚１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）、膜厚８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）などの金属薄膜がこの順に積層された積層体で形成されている。
【００３９】
この実施形態の磁気センサのように、Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４のみを斜面型の磁気抵抗効果素子とした磁気センサ（以下、便宜的に「第１センサ」とする。）では、各磁気抵抗効果素子に対する配線が容易であるという利点がある。
なお、本発明の磁気センサは、この例の磁気センサに限定されるものではなく、Ｙ軸磁気抵抗効果素子およびＺ軸磁気抵抗効果素子が斜面型の磁気抵抗効果素子からなる磁気センサ（以下、便宜的に「第２センサ」とする。）であってもよく、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子およびＺ軸磁気抵抗効果素子の全てが斜面型の磁気抵抗効果素子からなる磁気センサ（以下、便宜的に「第３センサ」とする。）であってもよい。
第２センサは第１センサと比較すると小面積で済むため、小型化が可能となり、第３センサは全ての磁気抵抗効果素子を同一の製造条件、すなわち斜面に形成することができるので、プロセス条件を制御する必要がなく、製造が容易となる。
【００４０】
ここで、図１１（ｂ）に示すように、楔型溝２５ａの斜面２５ｂ上に、対向するように形成された２つの帯状部２４ａのそれぞれを、磁気抵抗効果膜Ｄ、Ｅとする。
図８に示したような磁気センサに対し、１Ｏｅ（エルステッド）の磁場を磁気センサのＸ軸の回りに回転させ、Ｚ軸磁気抵抗効果素子２４で検出される磁場の強さの変化を測定した結果を図１２に示す。ここで用いた磁気センサに備えられたＺ軸磁気抵抗効果素子２４はＧＭＲ素子である。なお、この図中、回転角度０°がＺ軸、すなわち基板１の表面１ａに垂直な方向を示している。
図１２の結果から、磁気抵抗効果膜Ｄと磁気抵抗効果膜Ｅは、Ｚ軸に対して互いに対称に磁場の強さが変化するので、磁気抵抗効果膜Ｄと磁気抵抗効果膜Ｅを直列接続させた特性（図１２中のＴｏｔａｌ）は、Ｚ軸方向の磁気センサとして機能する。すなわち、各出力結果の和が三次元方向の出力結果となっている。したがって、このような斜面型のＺ軸磁気抵抗効果素子と、従来の平面型のＸ軸磁気抵抗効果素子およびＹ軸磁気抵抗効果素子とが同一基板上に設けられた磁気センサは、三次元磁気センサとして機能する。さらに、このような三次元磁気センサは、より薄型かつ小型とすることができるから、携帯電話などの小型の機器にも適用可能なものとなる。
【００４１】
以下、この実施形態の磁気センサの製造方法について説明する。
図１３および図１４は、この実施形態の磁気センサの製造方法を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、まず、図１３（ａ）に示すように、厚さ数ｍｍ程度のシリコン基板３１の表面上に、プラズマＣＶＤ法により、厚さ５００ｎｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ）層３２を形成する。
【００４２】
次に、二酸化ケイ素層３２の表面上に、所定量のフォトレジストを塗布し、焼き付け、厚さ２０００ｎｍ程度のレジスト膜を形成し、このレジスト膜を所定の形状に切削して、図１３（ｂ）に示すように、シリコン基板３１に楔型溝を形成するための複数の開口部を有するレジスト膜３３とした。
レジスト膜３３として用いられるフォトレジストは、光や紫外線照射により感度よく架橋反応を起こして硬化し、未露光部が溶媒に可溶化（ネガ型）する樹脂であり、高解像度の任意形状を形成することができる樹脂である。
【００４３】
次に、図１３（ｃ）に示すように、レジスト膜３３で保護されてない部分の一酸化ケイ素層３２を、ＣＨＦ_３およびテトラフルオロメタン（ＣＦ_４）の混合ガスを用いたドライエッチング法により除去した後、レジスト膜３３を除去する。
レジスト膜３３を除去するには、Ｎ−メチル−２−ピロリドンで、レジスト膜３３と二酸化ケイ素層３２の界面を洗浄する。このとき、シリコン基板３１、二酸化ケイ素層３２、レジスト膜３３からなる積層体を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に浸漬し、８５℃で、超音波洗浄すれば、レジスト膜３３の除去を効率的に行なうことができる。
【００４４】
次に、図１３（ｄ）に示すように、二酸化ケイ素層３２で保護されていない部分のシリコン基板３１を、臭化水素（ＨＢｒ）および四フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）の混合ガスを用いたドライエッチング法によりエッチングし、複数の楔型溝３４を形成する。
次に、シリコン基板３１および二酸化ケイ素層３２からなる積層体を、ヨウ素、硝酸およびフッ化アンモニウムからなる溶液（混酸）に浸漬し、２３℃でエッチングし、楔型溝３４の表面３０ｎｍ（露出した溝表面に対し、垂直方向に３０ｎｍ）に表面仕上げを施す。
【００４５】
次に、図１４（ａ）に示すように、６３バッファドフッ酸（フッ化水素酸６％、フッ化アンモニウム３０％、純水６４％）により、一酸化ケイ素層３２を除去する。
【００４６】
次に、図１４（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、下地膜３５を形成する。下地膜３５としては、窒化ケイ素（ＳｉＮ）５００ｎｍ／二酸化ケイ素（ＳｉＯ）１５０ｎｍを用いることができる。
【００４７】
次に、下地膜３５の表面上に、磁気抵抗効果素子のバイアス磁石となる磁性膜３６を形成する。
次に、磁性膜３６の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、所定のバイアス磁石のパターンを有するレジスト膜を形成する。
次に、このレジスト膜で保護されていない部分の磁性膜３６を、イオンミリングにより除去し、磁性膜３６を所定形状に形成する。
次に、レジスト膜を除去し、図１４（ｃ）に示すように、所定のバイアス磁石のパターンを有する磁性膜３６を得る。このレジスト膜を除去するには、レジスト膜３３を除去するのと同様な方法が用いられる。
【００４８】
次に、下地膜３５および磁性膜３６の表面上に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などによって、ＧＭＲ素子（磁気抵抗効果素子の帯状部）をなすＧＭＲ多層膜３７を形成する。
次に、ＧＭＲ多層膜３７の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、所定のＧＭＲ素子のパターンを有するレジスト膜を形成する。
次に、このレジスト膜で保護されていない部分のＧＭＲ多層膜３７を、イオンミリングにより除去し、ＧＭＲ多層膜３７を所定形状に形成する。
次に、レジスト膜を除去し、図１４（ｄ）に示すように、所定のＧＭＲ素子のパターンを有するＧＭＲ多層膜３７を得る。このレジスト膜を除去するには、レジスト膜３３を除去するのと同様な方法が用いられる。
得られた積層体を、永久磁石上に載置して熱処理し、ピンド層の磁化の向きを固定し、磁気センサを得る。
【００４９】
ここで、ＧＭＲ多層膜３７は、下地膜３５および磁性膜３６上に、順に積層されたフリー層と、膜厚が２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）からなる導電性のスペーサ層と、ピンド層と、膜厚が２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層とからなっている。
フリー層は、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層であり、シリコン基板１１の直上に形成された膜厚が８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）アモルファス磁性層と、この上に形成された膜厚が３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）磁性層と、さらに、この上に形成された膜厚が１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）層とからなっている。
Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂアモルファス磁性層とＮｉ−Ｆｅ磁性層は、軟質強磁性体薄膜層を構成している。Ｃｏ−Ｆｅ層は、ＭＲ比を高めるものである。
【００５０】
ピンド層は、膜厚が２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）磁性層と、白金を４５〜５５ｍｏｌ％含む白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）合金から形成した膜厚が２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）反強磁性層とが積層されたものである。
Ｃｏ−Ｆｅ磁性層は、着磁（磁化）されたＰｔ−Ｍｎ反強磁性層に交換結合的に裏打ちされることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがピン（固着）されるピンド層を構成している。
【００５１】
なお、上記第１の実施形態および第２の実施形態の磁気センサの製造方法では、磁気抵抗効果素子を形成する金属積層体をＧＭＲ多層膜としたが、本発明の磁気センサの製造方法にあっては、ＡＭＲ膜であってもよい。
ＡＭＲ膜を形成する場合、上記下地膜を、膜厚が３０ｎｍのクロム（Ｃｒ）層と、膜厚が９０ｎｍのコバルト−クロム−白金（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ）層と、膜厚が２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層からなるものとする。
また、ＡＭＲ多層膜を、膜厚が２０ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）層と、膜厚が１０ｎｍのタンタル（Ｔａ）層と、膜厚が３０．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、モル比が、Ｃｏ：Ｚｒ：Ｎｂ＝７９ｍｏｌ：９ｍｏｌ：１２ｍｏｌ）層と、膜厚が１．５ｎｍのチタン（Ｔｉ）層とからなるものとする。
【００５２】
図１５は、本発明の磁気センサの製造方法のさらにもう１つの例を示す断面模式図である。
上述の磁気センサの製造方法において、磁気抵抗効果素子をＧＭＲ素子で形成したが、この磁気センサの製造方法では、ＴＭＲ素子で形成する。
以下にＴＭＲ素子の形成方法を示す。
まず、図１５（ａ）に示すように、シリコンなどからなる基板４１の表面上に、下部電極を構成するＴｉからなる膜を、膜厚３０ｎｍ程度にスパッタリングにより形成し、次いで固定磁化層の反磁化層の反強磁性膜（ピンド層）を構成するためのＰｔ−Ｍｎからなる膜およびＮｉ−Ｆｅからなる膜を、それぞれ膜厚が３０ｎｍおよび５ｎｍとなるようにスパッタリングにより形成する。ここでは、これらのＴａ膜、Ｐｔ−Ｍｎ膜、Ｎｉ−Ｆｅ膜からなる磁性層を下磁性層４２とする。
【００５３】
次に、下磁性層４２の表面上に、アルミニウムを１ｎｍ積層し、プラズマ酸化させて、絶縁層４３となるＡｌ_２Ｏ_３からなる膜を形成する。
次に、フリー層の強磁性膜を構成するＮｉ−Ｆｅからなる膜を、例えば、スパッタリングにより膜厚が８０ｎｍとなるように形成し、その上にキャッピング層を構成するＴｉからなる膜を膜厚が３０ｎｍとなるように形成する。ここでは、これらのＮｉ−Ｆｅ膜、Ｔｉ膜からなる磁性層を上磁性層４４とする。
【００５４】
次に、図１５（ｂ）に示すように、上磁性層４４を、イオンミリングなどにより分離する。
次に、図１５（ｃ）に示すように、下磁性層４２を、イオンミリングなどにより分離する。
【００５５】
次に、図１５（ｄ）に示すように、層間絶縁層４５を構成するＳｉＯ_２からなる膜を膜厚が基板４１上で３００ｎｍとなるようにスパッタリングによって形成する。
次に、図１５（ｅ）に示すように、層間絶縁層４５に、イオンミリングなどによりコンタクトホール４６を形成する。
【００５６】
次に、図１５（ｆ）に示すように、層間絶縁層４５の表面全面およびコンタクトホール４６内にアルミニウム膜を、その膜厚が３００ｎｍとなるようにスパッタリングにより形成し、これを配線形状に加工して、上部電極４７を形成し、ＴＭＲ素子を備えた磁気センサを得る。
【００５７】
このように、本発明の磁気センサの製造方法によれば、ピンド層の磁化の向きが互いに３次元方向に交差するように、複数の磁気抵抗効果素子が微小な単一基板に配された磁気センサを高精度に、容易に製造することができる。また、この製造方法によれば、このような同一の磁気センサを一度に大量に製造することができるので、製造コストを低減することができる。
【００５８】
図３および図４に示した製造方法の第１の例によって製造された、図１に示したような第１の実施形態の磁気センサに対し、磁化の向きを確認するために、１Ｏｅ（エルステッド）の磁場を磁気センサの回りに回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４で検出される磁場の強さの変化を測定した。ここで用いた磁気センサに備えられたＸ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４はＧＭＲ素子である。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４それぞれの結果を図１６に示す。図１６（ａ）は、ＸＹ平面内において測定した測定結果を、図１６（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図１６（ｃ）はＸＺ平面内において測定した測定結果をそれぞれ示す。
【００５９】
図１６（ａ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＹ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＹ平面内において磁場の変化が正弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＹ平面内において余弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１６（ｂ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＹＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＹＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＹＺ平面内において正弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１６（ｃ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＺ平面内において余弦波状に測定されるものの、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２より５５°位相が遅れて測定されることが確認された。
以上より、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＸ軸と平行になっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＹ軸と平行になっており、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きはＸ軸と５５°の角度で交差していることが分かる。
【００６０】
また、図５に示した製造方法の第２の例によって製造された、図１に示したような第１の実施形態の磁気センサに対し、磁化の向きを確認するために、１Ｏｅ（エルステッド）の磁場を磁気センサの回りに回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４で検出される磁場の強さの変化を測定した。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４それぞれの結果を図１７に示す。図１７（ａ）はＸＹ平面内において測定した測定結果を、図１７（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図１７（ｃ）はＸＺ平面内において測定した測定結果をそれぞれ示す。
【００６１】
図１７（ａ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＹ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＹ平面内において磁場の変化が正弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＹ平面内において余弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１７（ｂ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＹＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＹＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＹＺ平面内において正弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１７（ｃ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＺ平面内において余弦波状に測定されるものの、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２より１５°位相が遅れて測定されることが確認された。
以上より、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＸ軸と平行になっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＹ軸と平行になっており、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きはＸ軸と１５°の角度で交差していることが分かる。
【００６２】
このように、本発明の磁気センサによれば、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子のそれぞれにおいて、磁場の変化を測定する感度方向が異なるから、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の地磁気レベルの磁界測定が可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気センサは同一の３個以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子が配設される単一基板と、前記磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗効果膜の磁化の向きとが、互いに三次元方向に交差するように形成されたものであるから、別個のセンサが単一基板ではなく別に組み付けられた磁気センサの場合に生じる角度ずれや、センサの大型化を防止することができる。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向、すなわち３個の各素子の感度が持つ方向の地磁気レベルの正確な磁界測定をすることができる。
【００６４】
また、本発明の磁気センサの製造方法は、前記基板上に少なくとも１の斜面を有する溝を形成する工程と、前記斜面に、前記磁気抵抗効果素子のうち少なくとも１個の素子の前記ピンド層となる磁性層を含む層を所定の形状に形成する工程と、前記ピンド層となる磁性層を含む層を磁化して、前記ピンド層の磁化の向きを固定する工程とを含むから、ピンド層の磁化の向きが互いに３次元方向に交差するように、複数の磁気抵抗効果素子が微小な単一基板に配された磁気センサを高精度に、容易に製造することができる。また、同一の磁気センサを一度に大量に製造することができるので、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気センサの第１の実施形態を示す概略構成図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の磁気センサで用いられる磁気抵抗効果素子を示す概略構成図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。
【図３】第１の実施形態の磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。
【図４】第１の実施形態の磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。
【図５】第１の実施形態の磁気センサの製造方法の第２の例を示す断面模式図である。
【図６】第１の実施形態の磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。
【図７】第１の実施形態の磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。
【図８】本発明の磁気センサの第２の実施形態を示す概略構成図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ―Ａで切断した断面図である。
【図９】本発明の磁気センサの第３の実施形態を示す概略構成図で、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ―Ａで切断した断面図である。
【図１０】本発明の磁気センサの第４の実施形態を示す概略構成図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ―Ａで切断した断面図である。
【図１１】本発明の磁気センサで用いられる斜面型の磁気抵抗効果素子の一例を示す概略構成図で、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ―Ｂで切断した断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＣ―Ｃで切断した断面図である。
【図１２】図１１に示した斜面型の磁気抵抗効果素子が設けられた磁気センサに対し、磁場を磁気センサのＸ軸の回りに回転させ、斜面型の磁気抵抗効果素子で検出される磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１３】第２の実施形態の磁気センサの製造方法を示す断面模式図である。
【図１４】第２の実施形態の磁気センサの製造方法を示す断面模式図である。
【図１５】本発明の磁気センサの製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図１６】本発明の磁気センサの製造方法の第１の例で製造された磁気センサの回りに所定強度の磁場を回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子で検出された磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、図１６（ａ）はＸＹ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、図１６（ｂ）はＹＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、図１６（ｃ）はＸＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の磁気センサの製造方法の第２の例で製造された磁気センサの回りに所定強度の磁場を回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子で検出された磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、図１７（ａ）はＸＹ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、図１７（ｂ）はＹＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、図１７（ｃ）はＸＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１８】従来の二次元磁気センサの磁場の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・Ｘ軸磁気抵抗効果素子、３・・・Ｙ軸磁気抵抗効果素子、４,２４・・・Ｚ軸磁気抵抗効果素子、５,２５ａ・・・楔型溝、５ａ,２５ｂ・・・斜面、２４ａ・・・帯状部、２４ｂ・・・バイアス磁石。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a magnetic sensor using a magnetoresistive element and a manufacturing method thereof, and more particularly to a highly sensitive magnetic sensor for measuring a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the magnetic sensor and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, magnetoresistive elements have been used as elements used in magnetic sensors. These include anisotropic magnetoresistive elements (AMR elements), giant magnetoresistive elements (GMR elements), and magnetic tunnel effect elements (TMR elements). The AMR element is composed of an MR film, and the resistance value of the MR film changes due to rotation of the magnetization of this film by an external magnetic field. Therefore, the direction of the external magnetic field can be detected from this output.
On the other hand, GMR elements and TMR elements are known to be able to detect changes in magnetic fields with higher sensitivity. These magnetoresistive effect elements include a pinned layer whose magnetization direction is pinned (fixed) in a predetermined direction, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. A resistance value corresponding to the relative relationship between the direction and the magnetization direction of the free layer is shown as an output.
One such element is respectively detected so as to detect a change in magnetic field in two orthogonal directions (herein, “two orthogonal directions” are referred to as “X-axis direction and Y-axis direction”). Arrange so that they are orthogonal. In that case, it is common to bridge-connect each as several element groups. The direction of the external magnetic field can be detected by obtaining the output (change in resistance value) of each element.
As a result, as shown in FIG. 18, when the magnetic sensor is rotated in a plane including the magnetic field direction in a uniform magnetic field in one direction, the X-axis sensor output and the Y-axis sensor output are 90 ° phase. This is a so-called two-dimensional (biaxial) magnetic sensor with a sine wave output with a shifted shape.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Usually, in order to obtain a two-dimensional azimuth, a pair of an X sensor that detects an output in the X-axis direction and a Y sensor that detects an output in the Y-axis direction, and a magnetic field in two directions as shown in FIG. A two-dimensional magnetic sensor sensitive to the above is formed, the outputs in the X-axis direction and the Y-axis direction are measured, and the direction is detected from sin θ and cos θ. As a result, it is possible to determine which direction is indicated in the two-dimensional plane.
On the other hand, there is a case where the orientation in space, that is, the orientation needs to be obtained in a three-dimensional manner instead of the two-dimensional plane. For example, in medical applications, it is necessary to detect the position and posture of the tip of these medical devices when an endoscope, a catheter, or the like is inserted into the body in order to specify the position of the treatment target site in the body. In such an application, it is necessary to accurately determine the magnetic direction in three dimensions (not only in the X direction and the Y direction, but also in the Z direction). Conventionally, a thin three-dimensional magnetic sensor has not been obtained because such a three-dimensional magnetic sensor capable of obtaining the orientation in three dimensions cannot be manufactured on the same substrate. Therefore, a three-dimensional magnetic sensor cannot be mounted on a small device such as a mobile phone.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a magnetic sensor having a magnetoresistive effect element arranged so as to intersect in a three-dimensional direction on a single substrate and a method for manufacturing the same. To do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  The object is to provide three or more magnetoresistive effect elements each composed of a plurality of strip-shaped portions and a bias magnet for connecting two adjacent ones of the plurality of strip-shaped portions; A magnetic sensor including a substrate, wherein at least one of the three or more magnetoresistive elements includes a plurality of wedges in which the plurality of strip-shaped portions are formed adjacent to and parallel to the single substrate. This can be solved by a magnetic sensor arranged on the slope of the mold groove.
  In the magnetic sensor, it is preferable that two adjacent belt-shaped portions among the plurality of belt-shaped portions are respectively disposed on two inclined surfaces facing the wedge-shaped groove.
  In the magnetic sensor, it is preferable to obtain an output result in a three-dimensional direction by performing an addition / subtraction operation on the output result of the resistance value of the magnetoresistive element.
[0006]
  In addition, the problem is that a plurality of wedge-shaped grooves are formed on the substrate so as to be parallel to each other, and at least one of the three or more magnetoresistive elements having a plurality of strip-shaped portions. Forming a layer including a magnetic layer to be a pinned layer on the slopes of the plurality of wedge-shaped grooves; andPartA method of manufacturing a magnetic sensor, comprising: forming a bias magnet for connecting two adjacent ones; and magnetizing a layer including the magnetic layer to be the pinned layer to fix the magnetization direction of the pinned layer Can be solved by.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
1A and 1B are schematic configuration diagrams showing a first embodiment of a magnetic sensor according to the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a magnetoresistive effect element used in the magnetic sensor of the present invention. FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a front view.
The magnetic sensor of this embodiment is, for example, SiO.₂/ A substantially square substrate 1 made of Si, glass or quartz, an X-axis magnetoresistance effect element 2 for detecting a magnetic field in the X-axis direction, a Y-axis magnetoresistance effect element 3 for detecting a magnetic field in the Y-axis direction, and the Z-axis A Z-axis magnetoresistive effect element 4 for detecting a magnetic field in the direction, a coil for bias magnetic field (not shown), and a plurality of electrode pads (not shown).
The X-axis magnetoresistive effect element 2 and the Y-axis magnetoresistive effect element 3 are formed on the same surface 1 a of the substrate 1, and the magnetization direction of the pinned layer of the X-axis magnetoresistive effect element 2 depends on the surface 1 a of the substrate 1. The magnetization direction of the pinned layer of the Y-axis magnetoresistive element 3 is one direction parallel to the surface 1a of the substrate 1. Furthermore, the magnetization direction of the pinned layer of the X-axis magnetoresistance effect element 2 is orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer of the Y-axis magnetoresistance effect element 3.
Further, in the magnetic sensor of this embodiment, the wedge-shaped groove 5 is formed in parallel to one side of the substrate 1, in the vicinity of this one side, and in the vicinity of the central part of this one side.
As described above, by arranging the Z-axis magnetoresistive element 4 on the inclined surface 5a of the wedge-shaped groove 5, it is possible to measure the magnetic field of the geomagnetic level in the three-dimensional directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis. Become.
[0008]
As shown in FIG. 2, the X-axis magnetoresistive effect element 2, the Y-axis magnetoresistive effect element 3, and the Z-axis magnetoresistive effect element 4 have a plurality of strips 2a, 3a, 4a arranged next to each other in parallel. Are connected via the bias magnets 2b, 3b, 4b.
The X-axis magnetoresistive element 2, the Y-axis magnetoresistive element 3, and the Z-axis magnetoresistive element 4 are tantalum having a thickness of 2.4 nm when these magnetoresistive elements are giant magnetoresistive elements (GMR elements). (Ta), platinum-manganese (Pt-Mn) with a thickness of 24.0 nm, cobalt-iron (Co-Fe) with a thickness of 2.2 nm, copper (Cu) with a thickness of 2.4 nm, and a thickness of 1.2 nm Cobalt-iron (Co-Fe), 3.3-nm thick nickel-iron (Ni-Fe), and 8.0-nm thick cobalt-zirconium-niobium (Co-Zr-Nb) thin films It is formed of a laminated body.
[0009]
Hereinafter, the manufacturing method of the magnetic sensor of this embodiment will be described.
3 and 4 are schematic cross-sectional views showing a first example of the method of manufacturing the magnetic sensor of this embodiment.
In this method of manufacturing a magnetic sensor, first, as shown in FIG. 3A, a silicon substrate 11 having a thickness of about several millimeters is thermally oxidized at 900 to 1100 ° C., and silicon dioxide (with a thickness of about 500 nm is formed on the surface. SiO₂) Layer 12 is formed.
[0010]
Next, as shown in FIG. 3B, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the silicon dioxide layer 12, and only a portion where a wedge-shaped groove is formed is opened on the surface of the photoresist. As described above, a mask having an arbitrary shape is arranged, baking and development are performed to remove unnecessary photoresist, and a first resist film 13 having an opening for forming a wedge-shaped groove is formed. The thickness of the first resist film 13 is preferably about 0.8 to 1 μm.
The photoresist used as the first resist film 13 is a resin that undergoes a crosslinking reaction with high sensitivity by irradiation with light or ultraviolet rays and is cured, and an unexposed portion is solubilized in a solvent (negative type), and has an arbitrary shape with high resolution. It is resin which can form. As the developer, a dedicated stripping solution, an organic solvent such as acetone, an alkaline aqueous solution, or the like is used. A positive resist may be used instead of the negative resist.
[0011]
Next, a laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 is immersed in buffered hydrofluoric acid, and is protected by the first resist film 13 as shown in FIG. A portion of the silicon dioxide layer 12 that is not present is removed.
[0012]
Next, as shown in FIG. 3D, the first resist film 13 is removed. In order to remove the resist film 13, the interface between the first resist film 13 and the silicon dioxide layer 12 is washed with N-methyl-2-pyrrolidone. At this time, the first resist can be obtained by immersing the laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 in N-methyl-2-pyrrolidone and ultrasonically cleaning at 85 ° C. The film 13 can be removed efficiently.
[0013]
Next, as shown in FIG.3 (e), the laminated body which consists of the silicon substrate 11 and the silicon dioxide layer 12 is immersed in the 50% aqueous solution of potassium hydroxide, and is etched at 90 degreeC. As a result, the portion of the silicon substrate 11 where the silicon dioxide layer 12 is not formed is etched so that the (111) plane is exposed, and the wedge-shaped groove 14 is formed.
[0014]
Next, as shown in FIG. 4A, a base film 15 is formed on the surface of the silicon dioxide layer 12 and in the wedge-shaped groove 14 by sputtering.
As the base film 15, titanium (Ti) or chromium (Cr) 300 μm / cobalt (Co) -platinum (Pt) —Cr 1000 μm can be used.
[0015]
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the base film 15, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist. Then, a second resist film 16 having an arbitrary pattern of the base film 15 is formed.
Next, as shown in FIG. 4B, the portion of the base film 15 that is not protected by the second resist film 16 is removed by ion milling to form the base film 15 in an arbitrary shape.
[0016]
Next, as shown in FIG. 4C, the second resist film 16 is removed. In order to remove the second resist film 16, a method similar to that for removing the first resist film 13 is used.
[0017]
Next, a GMR multilayer film 17 constituting a GMR element is formed on the surfaces of the silicon dioxide layer 12 and the base film 15 by sputtering, vacuum deposition, ion plating, or the like.
The GMR multilayer film 17 includes a free layer sequentially stacked on the silicon substrate 11, a conductive spacer layer made of copper (Cu) having a thickness of 2.4 nm, a pinned layer, and a thickness of 2.4 nm. And a capping layer made of tantalum (Ta).
[0018]
The free layer is a layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field, and is formed on the silicon substrate 11 with a film thickness of 8.0 nm in cobalt-zirconium-niobium (Co-Zr-Nb) amorphous. A magnetic layer, a nickel-iron (Ni-Fe) magnetic layer having a thickness of 3.3 nm formed thereon, and a cobalt-iron (Co--) having a thickness of 1.2 nm formed thereon. Fe) layer.
The Co—Zr—Nb amorphous magnetic layer and the Ni—Fe magnetic layer constitute a soft ferromagnetic thin film layer. The Co—Fe layer increases the MR ratio.
[0019]
The pinned layer is formed of a cobalt-iron (Co—Fe) magnetic layer having a thickness of 2.2 nm and a platinum-manganese (Pt—Mn) alloy containing 45 to 55 mol% of platinum and having a thickness of 24.0 nm. -Manganese (Pt-Mn) antiferromagnetic layer is laminated.
The Co—Fe magnetic layer constitutes a pinned layer in which the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) by being exchange-coupled to the magnetized (magnetized) Pt—Mn antiferromagnetic layer. ing.
[0020]
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the GMR multilayer film 17, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development processing, and unnecessary photo processing. The resist is removed, and a third resist film (not shown) having an arbitrary GMR multilayer film 17 pattern is formed.
Next, the portion of the GMR multilayer film 17 that is not protected by the third resist film is removed by ion milling to form the GMR multilayer film 17 in an arbitrary shape.
Next, as shown in FIG. 4D, the third resist film is removed. In order to remove the third resist film, a method similar to that for removing the first resist film 13 is used.
The obtained laminate is placed on a permanent magnet and heat-treated to fix the magnetization direction of the pinned layer, thereby obtaining a magnetic sensor.
[0021]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second example of the magnetic sensor manufacturing method of this embodiment.
In this method of manufacturing a magnetic sensor, the steps shown in FIGS. 3B to 3E in the first example are performed as follows.
As shown in FIG. 5A, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the silicon dioxide layer 12, and only a portion where a tapered groove is formed opens on the surface of the photoresist. In addition, a mask having an arbitrary shape is disposed, and baking and development processes are performed to remove unnecessary photoresist, and a first resist film 13 having a tapered opening is formed. The thickness of the first resist film 13 is preferably about 0.8 to 1 μm. Next, a slope is once formed at the end of the opening of the first resist film 13 by ion milling. Next, the resist in the opening of the first resist film 13 is heated and reflowed to form the end of the opening in a tapered shape.
[0022]
Next, as shown in FIG. 5B, portions of the silicon substrate 11 and the silicon dioxide layer 12 that are not protected by the first resist film 13 are shaved by ion milling. At this time, if the taper shape of the opening of the first resist film 13 is traced, a groove having a trapezoidal cross section made up of an inclined surface facing each other and a bottom surface sandwiched between the inclined surfaces as shown in FIG. 14 is formed.
Next, as shown in FIG. 5C, the first resist film 13 is removed.
[0023]
6 and 7 are schematic cross-sectional views showing a third example of the method of manufacturing the magnetic sensor of this embodiment.
In this method of manufacturing a magnetic sensor, first, as shown in FIG. 6A, a silicon substrate 11 having a thickness of about several millimeters is thermally oxidized at 900 to 1100 ° C., and silicon dioxide (with a thickness of about 500 nm is formed on the surface. SiO₂) Layer 12 is formed.
[0024]
Next, as shown in FIG. 6B, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the silicon dioxide layer 12, and only a portion where a wedge-shaped groove is formed is opened on the surface of the photoresist. As described above, a mask having an arbitrary shape is arranged, baking and development are performed to remove unnecessary photoresist, and a first resist film 13 having an opening for forming a wedge-shaped groove is formed. The thickness of the first resist film 13 is preferably about 0.8 to 1 μm.
The photoresist used as the first resist film 13 is a resin that undergoes a crosslinking reaction with high sensitivity by irradiation with light or ultraviolet rays and is cured, and an unexposed portion is solubilized in a solvent (negative type), and has an arbitrary shape with high resolution. It is resin which can form. As the developer, a dedicated stripping solution, an organic solvent such as acetone, an alkaline aqueous solution, or the like is used. A positive resist may be used instead of the negative resist.
[0025]
Next, the laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 is immersed in buffered hydrofluoric acid, and is protected by the first resist film 13 as shown in FIG. A portion of the silicon dioxide layer 12 that is not present is removed.
[0026]
Next, as shown in FIG. 6D, the first resist film 13 is removed. In order to remove the resist film 13, the interface between the first resist film 13 and the silicon dioxide layer 12 is washed with N-methyl-2-pyrrolidone. At this time, the first resist can be obtained by immersing the laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 in N-methyl-2-pyrrolidone and ultrasonically cleaning at 85 ° C. The film 13 can be removed efficiently.
[0027]
Next, as shown in FIG.6 (e), the laminated body which consists of the silicon substrate 11 and the silicon dioxide layer 12 is immersed in the 50% aqueous solution of potassium hydroxide, and is etched at 90 degreeC. As a result, the portion of the silicon substrate 11 where the silicon dioxide layer 12 is not formed is etched so that the (111) plane is exposed, and the wedge-shaped groove 14 is formed.
[0028]
Next, as shown in FIG. 6F, a base film 15 is formed on the surface of the silicon dioxide layer 12 and in the wedge-shaped groove 14 by sputtering.
As the base film 15, titanium (Ti) or chromium (Cr) 300 μm / cobalt (Co) -platinum (Pt) —Cr 1000 μm can be used.
[0029]
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the base film 15, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist. Then, a second resist film (not shown) having an arbitrary pattern of the base film 15 is formed.
Next, as shown in FIG. 7A, a portion of the base film 15 that is not protected by the second resist film is removed by ion milling to form the base film 15 in an arbitrary shape. Thereby, the base film 15 is made to exist only on one slope in the wedge-shaped groove 14 and a part of the surface of the silicon dioxide layer 12.
[0030]
Next, a first GMR multilayer film 18 forming a GMR element is formed on the entire surface of the silicon dioxide layer 12 and the base film 15 by an oblique sputtering method or the like.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the first GMR multilayer film 18, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development. A necessary photoresist is removed, and a third resist film (not shown) having a pattern of an arbitrary first GMR multilayer film 18 is formed.
Next, the portion of the first GMR multilayer film 18 that is not protected by the third resist film is removed by ion milling to form the first GMR multilayer film 18 in an arbitrary shape. As a result, as shown in FIG. 7B, the first GMR multilayer film 18 is present only on the surface of the base film 15 formed in the wedge-shaped groove 14.
[0031]
Next, as shown in FIG. 7C, a silicon oxide (SiO) layer 19 having a thickness of about 300 nm is formed on the entire surface of the silicon dioxide layer 12, the base film 15 and the first GMR multilayer film 18 by sputtering. Form.
Next, as shown in FIG. 7D, a circular contact hole 20 is formed by ion milling or the like so as to penetrate the silicon oxide layer 19 and expose the inner layer base film 15.
[0032]
Next, the base film 15 is again formed on the entire surface of the silicon oxide layer 19 by sputtering. At this time, the base film 15 is also formed in the contact hole 20 and bonded to the base film 15 under the silicon oxide layer 19.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the base film 15, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development, and unnecessary photo processing. The resist is removed, and a fourth resist film (not shown) having an arbitrary pattern of the base film 15 is formed.
Next, as shown in FIG. 7E, a portion of the base film 15 that is not protected by the fourth resist film is removed by ion milling to form the base film 15 in an arbitrary shape.
[0033]
Next, the second GMR multilayer film 21 is formed on the entire surface of the base film 15 and the silicon oxide layer 19 by sputtering or the like.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the second GMR multilayer film 21, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development. A necessary photoresist is removed, and a fifth resist film (not shown) having a pattern of an arbitrary second GMR multilayer film 21 is formed.
Next, the portion of the second GMR multilayer film 21 that is not protected by the fifth resist film is removed by ion milling to form the second GMR multilayer film 21 in an arbitrary shape.
Next, the fifth resist film is removed to obtain a magnetic sensor as shown in FIG.
[0034]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 8 (a) is a plan view, and FIG. 8 (b) is a cross section cut along AA in FIG. 8 (a). FIG. In FIG. 8, the same components as those in FIG.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an example of a slope-type magnetoresistive effect element used in the magnetic sensor of the present invention, FIG. 11 (a) is a plan view, and FIG. 11 (b) is B in FIG. 11 (a). FIG. 11C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 11A.
[0035]
The magnetic sensor of this embodiment includes a substrate 1, an X-axis magnetoresistive element 2, a Y-axis magnetoresistive element 3, a Z-axis magnetoresistive element 24 that detects a magnetic field in the Z-axis direction, and a bias magnetic field. Coil (not shown) and a plurality of electrode pads (not shown).
The X-axis magnetoresistance effect element 2 and the Y-axis magnetoresistance effect element 3 are formed on the same surface 1 a of the substrate 1, and the magnetization direction d1 of the pinned layer of the X-axis magnetoresistance effect element 2 is determined by the surface of the substrate 1. The magnetization direction d2 of the pinned layer of the Y-axis magnetoresistive element 3 is one direction parallel to the surface 1a of the substrate 1. Furthermore, the magnetization direction d1 of the pinned layer of the X-axis magnetoresistance effect element 2 and the magnetization direction d2 of the pinned layer of the Y-axis magnetoresistance effect element 3 are orthogonal to each other.
Further, in the magnetic sensor of this example, a groove 25 composed of a plurality of wedge-shaped grooves 25 a formed adjacent to each other in parallel is parallel to one side of the substrate 1, in the vicinity of this one side, and in the central part of this one side. It is formed in the vicinity. A Z-axis magnetoresistive element 24 is disposed on the slopes 25b, 25b,... Of the wedge-shaped groove 25a. The magnetization direction d2 of the pinned layer of the Z-axis magnetoresistance effect element 24 is a direction perpendicular to the surface 1a of the substrate 1, and the magnetization direction of the pinned layer of the Z-axis magnetoresistance effect element 24 and the X-axis magnetism The direction of magnetization of the pinned layer of the resistive effect element 2 and the direction of magnetization of the pinned layer of the Y-axis magnetoresistive effect element 3 are orthogonal to each other.
Thus, by arranging the Z-axis magnetoresistive element 24 on the inclined surface 25b of the wedge-shaped groove 25a, it is possible to measure the magnetic field of the geomagnetic level in the three-dimensional directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis. Become.
[0036]
As shown in FIG. 11, the Z-axis magnetoresistive element 24 is formed on the slope 25b of a plurality of wedge-shaped grooves 25a formed adjacent to and parallel to the substrate 1, and is disposed adjacent to and parallel to each other. The end portions of the plurality of strip-like portions (magnetoresistance effect films) 24a are connected via a bias magnet 24b formed on the inclined surface 25b of the wedge-shaped groove 25a. Moreover, in this example, two adjacent band-like parts 24a among the plurality of band-like parts 24a are respectively arranged on two inclined surfaces 25b opposed to the wedge-shaped groove 25a.
Further, in the Z-axis magnetoresistive effect element 24, as shown in FIG. 11B, in the connection between the two belt-like portions 24a disposed on the two inclined surfaces 25b opposed to the wedge-shaped groove 25a, the belt-like portion 24a. Is connected to the valley side of the wedge-shaped groove 25a by the bias magnet 24b, and in the connection between the two strip-shaped parts 24a arranged on the two inclined surfaces 25b that are not opposed to the wedge-shaped groove 25a, The other end of the belt-like portion 24a is connected to the peak side of the wedge-shaped groove 25a by a bias magnet 24b.
In this example, the example of the Z-axis magnetoresistive effect element 24 in which the band-like portions 24a are respectively formed on the two inclined surfaces 25b of the single wedge-shaped groove 25a is shown, but the present invention is limited to this. It is not a thing. In the magnetic sensor of the present invention, the Z-axis magnetoresistive effect element 4 is formed with the belt-like portion 24a only on one of the two slopes 25b facing each other, and each belt-like portion is formed on the other slope and the wedge shape. The groove 25a may be connected to the peak side or the valley side by a bias magnet.
[0037]
In the Z-axis magnetoresistive element 24, the depth h of the wedge-shaped groove 25a in which it is formed is preferably about 5 μm to 10 μm.
Further, in the Z-axis magnetoresistive element 24, the angle formed by the inclined surface 25b of the wedge-shaped groove 25a and the surface 1a or the bottom surface of the substrate 1 is preferably about 60 ° to 80 °, and about 70 °. More preferred.
[0038]
When these magnetoresistive elements are giant magnetoresistive elements (GMR elements), the Z-axis magnetoresistive element 24 is 2.4 nm thick tantalum (Ta) and 24.0 nm thick platinum-manganese (Pt— Mn), 2.2 nm thick cobalt-iron (Co—Fe), 2.4 nm thick copper (Cu), 1.2 nm thick cobalt-iron (Co—Fe), 3.3 nm thick A metal thin film such as nickel-iron (Ni-Fe) or cobalt-zirconium-niobium (Co-Zr-Nb) having a film thickness of 8.0 nm is formed as a laminated body in this order.
[0039]
As in the magnetic sensor of this embodiment, in a magnetic sensor (hereinafter referred to as “first sensor” for convenience) in which only the Z-axis magnetoresistive element 24 is an inclined magnetoresistive element, each magnetoresistive element is used. There is an advantage that wiring to the effect element is easy.
The magnetic sensor of the present invention is not limited to the magnetic sensor of this example. The Y-axis magnetoresistive effect element and the Z-axis magnetoresistive effect element are magnetic sensors (hereinafter, referred to as slope-type magnetoresistive effect elements). For convenience, it may be referred to as a “second sensor”), and all of the X-axis magnetoresistive effect element, the Y-axis magnetoresistive effect element, and the Z-axis magnetoresistive effect element are composed of sloped magnetoresistive effect elements. It may be a magnetic sensor (hereinafter referred to as “third sensor” for convenience).
Since the second sensor requires a smaller area than the first sensor, the second sensor can be reduced in size, and the third sensor can form all the magnetoresistive elements on the same manufacturing condition, that is, on the inclined surface. There is no need to control this, and the manufacturing becomes easy.
[0040]
Here, as shown in FIG. 11B, the two belt-like portions 24a formed on the slope 25b of the wedge-shaped groove 25a so as to face each other are referred to as magnetoresistive films D and E, respectively.
With respect to the magnetic sensor as shown in FIG. 8, the magnetic field of 1 Oe (Oersted) was rotated around the X axis of the magnetic sensor, and the change in the strength of the magnetic field detected by the Z-axis magnetoresistive effect element 24 was measured. The results are shown in FIG. The Z-axis magnetoresistive element 24 provided in the magnetic sensor used here is a GMR element. In this figure, the rotation angle 0 ° indicates the Z axis, that is, the direction perpendicular to the surface 1 a of the substrate 1.
From the results of FIG. 12, the magnetoresistive film D and the magnetoresistive film E change the magnetic field strength symmetrically with respect to the Z-axis, so the magnetoresistive film D and the magnetoresistive film E are connected in series. The characteristic (Total in FIG. 12) functions as a magnetic sensor in the Z-axis direction. That is, the sum of the output results is the output result in the three-dimensional direction. Therefore, a magnetic sensor in which such a sloped Z-axis magnetoresistive effect element and a conventional planar X-axis magnetoresistive effect element and Y-axis magnetoresistive effect element are provided on the same substrate is a three-dimensional magnetic sensor. Functions as a sensor. Furthermore, since such a three-dimensional magnetic sensor can be made thinner and smaller, it can also be applied to small devices such as a mobile phone.
[0041]
Hereinafter, the manufacturing method of the magnetic sensor of this embodiment will be described.
13 and 14 are schematic cross-sectional views showing a method for manufacturing the magnetic sensor of this embodiment.
In this magnetic sensor manufacturing method, first, as shown in FIG. 13A, a silicon dioxide (SiO) layer having a thickness of about 500 nm is formed on the surface of a silicon substrate 31 having a thickness of about several millimeters by plasma CVD. 32 is formed.
[0042]
Next, a predetermined amount of photoresist is applied on the surface of the silicon dioxide layer 32 and baked to form a resist film having a thickness of about 2000 nm. This resist film is cut into a predetermined shape, and FIG. ), A resist film 33 having a plurality of openings for forming a wedge-shaped groove in the silicon substrate 31 is formed.
The photoresist used as the resist film 33 is a resin that undergoes a crosslinking reaction with high sensitivity by irradiation with light or ultraviolet rays and is cured, and an unexposed portion is solubilized in a solvent (negative type), and forms an arbitrary shape with high resolution. It is a resin that can.
[0043]
Next, as shown in FIG. 13C, the silicon monoxide layer 32 that is not protected by the resist film 33 is formed on the CHF.₃And tetrafluoromethane (CF₄) By a dry etching method using a mixed gas, and then the resist film 33 is removed.
In order to remove the resist film 33, the interface between the resist film 33 and the silicon dioxide layer 32 is washed with N-methyl-2-pyrrolidone. At this time, if the laminate composed of the silicon substrate 31, the silicon dioxide layer 32, and the resist film 33 is immersed in N-methyl-2-pyrrolidone and ultrasonically cleaned at 85 ° C., the resist film 33 can be efficiently removed. Can be done automatically.
[0044]
Next, as shown in FIG. 13 (d), a portion of the silicon substrate 31 that is not protected by the silicon dioxide layer 32 is subjected to hydrogen bromide (HBr) and silicon tetrafluoride (SiF).₄) To form a plurality of wedge-shaped grooves 34.
Next, the laminate composed of the silicon substrate 31 and the silicon dioxide layer 32 is immersed in a solution (mixed acid) composed of iodine, nitric acid and ammonium fluoride, etched at 23 ° C., and the surface of the wedge-shaped groove 34 is exposed to 30 nm (exposed). A surface finish is applied to the groove surface in the vertical direction (30 nm).
[0045]
Next, as shown in FIG. 14A, the silicon monoxide layer 32 is removed with 63 buffered hydrofluoric acid (hydrofluoric acid 6%, ammonium fluoride 30%, pure water 64%).
[0046]
Next, as shown in FIG. 14B, a base film 35 is formed by plasma CVD. As the base film 35, silicon nitride (SiN) 500 nm / silicon dioxide (SiO) 150 nm can be used.
[0047]
Next, a magnetic film 36 serving as a bias magnet of the magnetoresistive effect element is formed on the surface of the base film 35.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the magnetic film 36, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development processing, and unnecessary photoresist. And a resist film having a predetermined bias magnet pattern is formed.
Next, the portion of the magnetic film 36 that is not protected by the resist film is removed by ion milling to form the magnetic film 36 in a predetermined shape.
Next, the resist film is removed to obtain a magnetic film 36 having a predetermined bias magnet pattern, as shown in FIG. In order to remove the resist film, a method similar to that for removing the resist film 33 is used.
[0048]
Next, a GMR multilayer film 37 forming a GMR element (a band portion of the magnetoresistive effect element) is formed on the surface of the base film 35 and the magnetic film 36 by sputtering, vacuum deposition, ion plating, or the like.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the GMR multilayer film 37, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development processing, and unnecessary photo processing. The resist is removed, and a resist film having a predetermined GMR element pattern is formed.
Next, the portion of the GMR multilayer film 37 not protected by the resist film is removed by ion milling to form the GMR multilayer film 37 in a predetermined shape.
Next, the resist film is removed to obtain a GMR multilayer film 37 having a predetermined GMR element pattern, as shown in FIG. In order to remove the resist film, a method similar to that for removing the resist film 33 is used.
The obtained laminate is placed on a permanent magnet and heat-treated to fix the magnetization direction of the pinned layer, thereby obtaining a magnetic sensor.
[0049]
Here, the GMR multilayer film 37 is composed of a free layer, a conductive spacer layer made of copper (Cu) having a thickness of 2.4 nm, a pinned layer, and a free layer stacked in order on the base film 35 and the magnetic film 36. And a capping layer made of tantalum (Ta) having a thickness of 2.4 nm.
The free layer is a layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field, and is formed on the silicon substrate 11 with a film thickness of 8.0 nm in cobalt-zirconium-niobium (Co-Zr-Nb) amorphous. A magnetic layer, a nickel-iron (Ni-Fe) magnetic layer having a thickness of 3.3 nm formed thereon, and a cobalt-iron (Co--) having a thickness of 1.2 nm formed thereon. Fe) layer.
The Co—Zr—Nb amorphous magnetic layer and the Ni—Fe magnetic layer constitute a soft ferromagnetic thin film layer. The Co—Fe layer increases the MR ratio.
[0050]
The pinned layer is formed of a cobalt-iron (Co—Fe) magnetic layer having a thickness of 2.2 nm and a platinum-manganese (Pt—Mn) alloy containing 45 to 55 mol% of platinum and having a thickness of 24.0 nm. -Manganese (Pt-Mn) antiferromagnetic layer is laminated.
The Co—Fe magnetic layer constitutes a pinned layer in which the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) by being exchange-coupled to the magnetized (magnetized) Pt—Mn antiferromagnetic layer. ing.
[0051]
In the magnetic sensor manufacturing method of the first embodiment and the second embodiment, the metal laminated body forming the magnetoresistive effect element is a GMR multilayer film. However, the magnetic sensor manufacturing method of the present invention is applicable. Alternatively, an AMR film may be used.
In the case of forming an AMR film, the base film is composed of a chromium (Cr) layer having a thickness of 30 nm, a cobalt-chromium-platinum (Co-Cr-Pt) layer having a thickness of 90 nm, and titanium having a thickness of 20 nm. It shall consist of a (Ti) layer.
Further, the AMR multilayer film includes a nickel-iron (Ni—Fe) layer having a thickness of 20 nm, a tantalum (Ta) layer having a thickness of 10 nm, and cobalt-zirconium-niobium (Co—) having a thickness of 30.0 nm. The Zr—Nb, the molar ratio is composed of a Co: Zr: Nb = 79 mol: 9 mol: 12 mol) layer and a titanium (Ti) layer having a thickness of 1.5 nm.
[0052]
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the magnetic sensor manufacturing method of the present invention.
In the magnetic sensor manufacturing method described above, the magnetoresistive effect element is formed of a GMR element. In this magnetic sensor manufacturing method, the magnetoresistive effect element is formed of a TMR element.
A method for forming a TMR element will be described below.
First, as shown in FIG. 15A, a film made of Ti constituting the lower electrode is formed on the surface of a substrate 41 made of silicon or the like by sputtering to a film thickness of about 30 nm, and then the reaction of the fixed magnetic layer is reversed. A film made of Pt—Mn and a film made of Ni—Fe for constituting an antiferromagnetic film (pinned layer) of the magnetic layer are formed by sputtering so that the film thicknesses become 30 nm and 5 nm, respectively. Here, the magnetic layer made of these Ta film, Pt—Mn film, and Ni—Fe film is used as the lower magnetic layer 42.
[0053]
Next, 1 nm of aluminum is laminated on the surface of the lower magnetic layer 42, and plasma oxidation is performed to form an insulating layer 43 Al.₂O₃The film | membrane which consists of is formed.
Next, a film made of Ni—Fe constituting the ferromagnetic film of the free layer is formed, for example, by sputtering so that the film thickness becomes 80 nm, and a film made of Ti constituting the capping layer is formed thereon. Is formed to be 30 nm. Here, the magnetic layer made of these Ni—Fe film and Ti film is referred to as the upper magnetic layer 44.
[0054]
Next, as shown in FIG. 15B, the upper magnetic layer 44 is separated by ion milling or the like.
Next, as shown in FIG. 15C, the lower magnetic layer 42 is separated by ion milling or the like.
[0055]
Next, as shown in FIG. 15D, the SiO constituting the interlayer insulating layer 45 is formed.₂Is formed by sputtering so that the film thickness is 300 nm on the substrate 41.
Next, as shown in FIG. 15E, a contact hole 46 is formed in the interlayer insulating layer 45 by ion milling or the like.
[0056]
Next, as shown in FIG. 15F, an aluminum film is formed by sputtering so that the film thickness is 300 nm over the entire surface of the interlayer insulating layer 45 and in the contact hole 46, and this is processed into a wiring shape. Then, the upper electrode 47 is formed, and a magnetic sensor provided with a TMR element is obtained.
[0057]
As described above, according to the method for manufacturing a magnetic sensor of the present invention, a plurality of magnetoresistive elements are arranged on a small single substrate so that the magnetization directions of the pinned layers intersect each other in a three-dimensional direction. The sensor can be easily manufactured with high accuracy. Moreover, according to this manufacturing method, since the same magnetic sensor can be manufactured in large quantities at a time, the manufacturing cost can be reduced.
[0058]
  In order to confirm the magnetization direction of the magnetic sensor according to the first embodiment shown in FIG. 1 manufactured by the first example of the manufacturing method shown in FIGS. The magnetic field detected by the X-axis magnetoresistive effect element 2, the Y-axis magnetoresistive effect element 3, and the Z-axis magnetoresistive effect element 4 was measured. The X-axis magnetoresistance effect element 2, Y-axis magnetoresistance effect element 3, and Z-axis magnetoresistance effect element 4 provided in the magnetic sensor used here are GMR elements.
  Each of the X-axis magnetoresistance effect element 2, the Y-axis magnetoresistance effect element 3, and the Z-axis magnetoresistance effect element 4The results are shown in FIG. FIG. 16 (a)Measured in the XY planeThe measurement results are shown in FIG.Measured in the YZ planeThe measurement results are shown in FIG.Measured in the XZ planeThe measurement results are shown respectively.
[0059]
  From the result of FIG. 16A, in the X-axis magnetoresistance effect element 2,In the XY planeChanges in the magnetic field are measured in a cosine waveThe In the Y-axis magnetoresistive element 3, the change of the magnetic field is measured in a sine wave shape in the XY plane. In the Z-axis magnetoresistive element 4, in the XY planeAlthough measured as a cosine wave, it was confirmed that the measurement intensity was low.
  In addition, from the result of FIG.In the X-axis magnetoresistive element 2, the change of the magnetic field is not measured in the YZ plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, in the YZ planeChanges in the magnetic field are measured in a cosine waveThe In the Z-axis magnetoresistive element 4, in the YZ planeAlthough measured as a sine wave, the measurement intensity is low.NoIt was confirmed.
  Also, from the result of FIG.In the X-axis magnetoresistive element 2, the change in the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the XZ plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, in the XZ planeMagnetic field change is not measured.In the Z-axis magnetoresistive element 4, although measured in a cosine wave shape in the XZ plane,55 ° from X-axis magnetoresistive element 2Measured out of phaseIt was confirmed.
  From the above, the sensitivity direction of the X-axis magnetoresistance effect element 2, that is, the magnetization direction of the pinned layer is parallel to the X-axis, and the sensitivity direction of the Y-axis magnetoresistance effect element 3, that is, the magnetization direction of the pinned layer is It can be seen that the sensitivity direction of the Z-axis magnetoresistive element 4, that is, the magnetization direction of the pinned layer intersects the X-axis at an angle of 55 °, which is parallel to the Y-axis.
[0060]
  Further, in order to confirm the direction of magnetization with respect to the magnetic sensor of the first embodiment shown in FIG. 1 manufactured by the second example of the manufacturing method shown in FIG. 5, 1 Oe (Oersted) The magnetic field detected by the X-axis magnetoresistive effect element 2, the Y-axis magnetoresistive effect element 3, and the Z-axis magnetoresistive effect element 4 was measured.
  Each of the X-axis magnetoresistance effect element 2, the Y-axis magnetoresistance effect element 3, and the Z-axis magnetoresistance effect element 4The results are shown in FIG. FIG. 17 (a)Measured in the XY planeThe measurement results are shown in FIG.Measured in the YZ planeFig.17(C)Measured in the XZ planeThe measurement results are shown respectively.
[0061]
  From the result of FIG. 17A, in the X-axis magnetoresistance effect element 2,In the XY planeChanges in the magnetic field are measured in a cosine waveThe In the Y-axis magnetoresistive element 3, the change of the magnetic field is measured in a sine wave shape in the XY plane. In the Z-axis magnetoresistive element 4, in the XY planeAlthough measured as a cosine wave, it was confirmed that the measurement intensity was low.
  Also, from the result of FIG.In the X-axis magnetoresistive element 2, the change of the magnetic field is not measured in the YZ plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, in the YZ planeChanges in the magnetic field are measured in a cosine waveThe In the Z-axis magnetoresistive element 4, in the YZ planeAlthough measured as a sine wave, the measurement intensity is low.NoIt was confirmed.
  Also, from the result of FIG.In the X-axis magnetoresistive element 2, the change in the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the XZ plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, in the XZ planeMagnetic field change is not measured.In the Z-axis magnetoresistive element 4, although measured in a cosine wave shape in the XZ plane,15 degrees from X-axis magnetoresistive element 2Measured out of phaseIt was confirmed.
  From the above, the sensitivity direction of the X-axis magnetoresistance effect element 2, that is, the magnetization direction of the pinned layer is parallel to the X-axis, and the sensitivity direction of the Y-axis magnetoresistance effect element 3, that is, the magnetization direction of the pinned layer is It can be seen that the sensitivity direction of the Z-axis magnetoresistive element 4, that is, the magnetization direction of the pinned layer intersects the X axis at an angle of 15 °, which is parallel to the Y axis.
[0062]
  Thus, according to the magnetic sensor of the present invention, the sensitivity for measuring the change of the magnetic field in each of the X-axis magnetoresistive element, the Y-axis magnetoresistive element, and the Z-axis magnetoresistive element.directionTherefore, it is possible to measure the magnetic field at the geomagnetic level in the three-dimensional direction of the X axis, the Y axis, and the Z axis.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, the magnetic sensor of the present invention includes the same three or more magnetoresistive effect elements, a single substrate on which the magnetoresistive effect elements are disposed, and the magnetoresistive effect constituting the magnetoresistive effect elements. Since the magnetization direction of the film is formed so as to intersect with each other in the three-dimensional direction, an angular deviation caused when a separate sensor is assembled separately from a single substrate, An increase in size can be prevented. In addition, it is possible to accurately measure the magnetic field of the geomagnetic level in the three-dimensional direction of the X axis, the Y axis, and the Z axis, that is, the direction of the sensitivity of each of the three elements.
[0064]
The method of manufacturing a magnetic sensor according to the present invention includes a step of forming a groove having at least one slope on the substrate, and the pinned layer of at least one of the magnetoresistive elements on the slope. Forming a layer including the magnetic layer formed into a predetermined shape, and magnetizing the layer including the magnetic layer serving as the pinned layer to fix the magnetization direction of the pinned layer. A magnetic sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are arranged on a small single substrate so that the directions of magnetization intersect each other in a three-dimensional direction can be easily manufactured with high accuracy. Moreover, since the same magnetic sensor can be manufactured in large quantities at a time, the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a magnetic sensor according to the present invention, in which FIG. 1 (a) is a plan view and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view.
2A and 2B are schematic configuration diagrams showing a magnetoresistive effect element used in the magnetic sensor of the present invention, in which FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a front view.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a first example of a method for manufacturing a magnetic sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a first example of a method for manufacturing a magnetic sensor according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second example of the method of manufacturing the magnetic sensor according to the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a third example of the method of manufacturing the magnetic sensor according to the first embodiment.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a third example of the method of manufacturing the magnetic sensor according to the first embodiment.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the magnetic sensor of the present invention, FIG. 8 (a) is a plan view, and FIG. 8 (b) is a cross section cut along AA in FIG. 8 (a). FIG.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the magnetic sensor of the present invention, FIG. 9 (a) is a plan view, and FIG. 9 (b) is a cross section cut along AA in FIG. 9 (a). FIG.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the magnetic sensor of the present invention, FIG. 10 (a) is a plan view, and FIG. 10 (b) is a cross section cut along AA in FIG. 10 (a). FIG.
11A and 11B are schematic configuration diagrams showing an example of a slope-type magnetoresistive effect element used in the magnetic sensor of the present invention, in which FIG. 11A is a plan view, and FIG. 11B is B in FIG. FIG. 11C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 11A.
12 shows a magnetic field detected by the slope type magnetoresistive effect element by rotating the magnetic field around the X axis of the magnetic sensor with respect to the magnetic sensor provided with the slope type magnetoresistive effect element shown in FIG. It is a graph which shows the result of having measured the change of intensity.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the magnetic sensor according to the second embodiment.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the magnetic sensor according to the second embodiment.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a magnetic sensor of the present invention.
FIG. 16 shows a rotation of a magnetic field having a predetermined intensity around the magnetic sensor manufactured in the first example of the manufacturing method of the magnetic sensor of the present invention, and an X-axis magnetoresistive element, a Y-axis magnetoresistive element, and a Z-axis. It is a graph which shows the result of having measured the change of the intensity of the magnetic field detected with the magnetoresistive effect element, and Drawing 16 (a) showsIt is a graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in an XY plane.FIG. 16 (b)It is a graph which shows the result of having measured change of the strength of the magnetic field in a YZ plane.FIG. 16 (c)It is a graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in a XZ plane..
FIG. 17 shows a rotation of a magnetic field having a predetermined intensity around the magnetic sensor manufactured in the second example of the manufacturing method of the magnetic sensor of the present invention, and an X-axis magnetoresistive element, a Y-axis magnetoresistive element, and a Z-axis. It is a graph which shows the result of having measured the change of the intensity of the magnetic field detected with the magnetoresistive effect element, and Drawing 17 (a) showsIt is a graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in an XY plane.FIG. 17 (b)It is a graph which shows the result of having measured change of the strength of the magnetic field in a YZ plane.FIG. 17 (c)It is a graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in a XZ plane..
FIG. 18 is a graph showing changes in the magnetic field of a conventional two-dimensional magnetic sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... X-axis magnetoresistive effect element, 3 ... Y-axis magnetoresistive effect element, 4,24 ... Z-axis magnetoresistive effect element, 5,25a ... Wedge type groove | channel 5a, 25b... Slope, 24a... Strip portion, 24b.

Claims

3 or more magnetoresistive effect elements comprising a plurality of strip-shaped portions and bias magnets connecting two adjacent ones of the plurality of strip-shaped portions, and a single substrate on which the magnetoresistive effect elements are disposed. Magnetic sensor,
At least one of the three or more magnetoresistive elements is arranged on the slopes of a plurality of wedge-shaped grooves in which the plurality of strips are formed adjacent to and parallel to the single substrate. There is a magnetic sensor.

The magnetic sensor according to claim 1,
Two adjacent belt-like portions among the plurality of belt-like portions are respectively disposed on two opposing slopes of the wedge-shaped groove.

The magnetic sensor according to claim 1 or 2,
A magnetic sensor characterized in that an output result in a three-dimensional direction is obtained by adding or subtracting the output result of the resistance value of the magnetoresistive element.

A step of forming a plurality of wedge-shaped grooves on the substrate so as to be parallel to each other; and a magnetic layer to be a pinned layer of at least one of the three or more magnetoresistive elements having a plurality of strip-shaped portions Forming a layer including a plurality of wedge-shaped grooves on slopes of the plurality of wedge-shaped grooves, forming a bias magnet connecting two adjacent ones of the plurality of strip-shaped portions, and forming a magnetic layer serving as the pinned layer. And magnetizing the layer to include, and fixing the magnetization direction of the pinned layer.