JP4735304B2 - Triaxial magnetic sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたX軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたY軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたZ軸センサとを1つの基板内に備えた三軸磁気センサおよびその製造方法に関する。 In the present invention, an X-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridge-connected, a Y-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridge-connected, and a plurality of giant magnetoresistive elements are bridge-connected The present invention relates to a three-axis magnetic sensor provided with a Z-axis sensor in one substrate and a method for manufacturing the same.
従来から、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗素子(GMR素子)や磁気トンネル効果素子(TMR素子)等が知られている。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いて、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ものである。このような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサとしては、例えば、特許文献1(特許第3498737号公報)や特許文献2(特開2002−299728号公報)にて提案されている。 Conventionally, giant magnetoresistive elements (GMR elements), magnetic tunnel effect elements (TMR elements), and the like are known as elements used in magnetic sensors. These magnetoresistive 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. As a magnetic sensor using such a magnetoresistive effect element, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3498737) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-299728) have been proposed.
特許文献1や特許文献2にて提案された磁気センサにおいては、直交する2方向(X軸方向およびY軸方向)の磁界の変化をそれぞれ検出するように、磁気抵抗効果素子をそれぞれ直交するように配置し、それぞれを数個づつの素子群としてブリッジ接続するようにして、それぞれの素子の出力(抵抗値の変化)を得ることにより、二次元平面での外部磁界を検出するようにしている。
In the magnetic sensors proposed in
ところで、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。このような用途では、磁気の方位を三次元的(X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向)に精度良く求める必要がある。ところが、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、現時点においては薄型の三次元磁気センサが得られていなかった。
そこで、二つのチップを傾斜実装させた三軸磁気センサ(三次元磁気センサ)が提案されるようになった。この三軸磁気センサにおいては、図20(a)の上面図に示すように、パッケージ内に平面視で正方形状のAチップとBチップとからなる2個のチップが実装されている。そして、これら2個のチップは、図20(b)の側面図に示すように、水平面から角度θだけ傾斜して配置されてあり、Aチップにはx軸センサ(a〜d)とy1軸センサ(e〜h)が作り込まれており、Bチップにはy2軸センサ(i〜l)が作り込まれている。各センサは4つのGMR素子(a〜d,e〜h,i〜l)で構成されており、各GMR素子はチップの辺に沿って作られている。 Therefore, a three-axis magnetic sensor (three-dimensional magnetic sensor) in which two chips are mounted in an inclined manner has been proposed. In this three-axis magnetic sensor, as shown in the top view of FIG. 20A, two chips consisting of a square A chip and a B chip in a plan view are mounted in a package. Then, as shown in the side view of FIG. 20B, these two chips are arranged at an angle θ from the horizontal plane, and the A chip has an x-axis sensor (ad) and a y1-axis. Sensors (e to h) are built in, and y2 axis sensors (i to l) are built in the B chip. Each sensor is composed of four GMR elements (ad, e to h, i to l), and each GMR element is formed along the side of the chip.
この場合、図21(a)に示すように、GMR素子a〜dがブリッジ接続されることによりx軸センサが構成される。また、図21(b)に示すように、GMR素子e〜hがブリッジ接続されることによりy1軸センサが構成される。さらに、図21(c)に示すように、GMR素子i〜lがブリッジ接続されることによりy2軸センサが構成される。そして、x軸センサを構成するGMR素子a〜dの感度方向はx軸方向で、y1軸センサを構成するGMR素子e〜hの感度方向はy1軸方向で、y2軸センサを構成するGMR素子i〜lの感度方向はy2軸方向になるようになされている。 In this case, as shown in FIG. 21A, the GMR elements a to d are bridge-connected to constitute an x-axis sensor. Further, as shown in FIG. 21 (b), the Y1-axis sensor is configured by bridge-connecting the GMR elements e to h. Furthermore, as shown in FIG. 21 (c), the GMR elements i to l are bridge-connected to form a y2-axis sensor. The sensitivity directions of the GMR elements a to d constituting the x axis sensor are the x axis direction, the sensitivity directions of the GMR elements e to h constituting the y1 axis sensor are the y1 axis direction, and the GMR elements constituting the y2 axis sensor. The sensitivity directions i to l are set in the y2 axis direction.
これにより、各センサを構成するGMR素子に、図20(a)の矢印方向に磁界が印加されると、その磁界強度に比例して抵抗値が減少する。一方、図20(a)の矢印方向とは反対方向に磁界が印加されると、その磁界強度に比例して抵抗値が増大する。ここで、各GMR素子を図21(a)(b)(c)に示すようにブリッジ接続して各センサを構成し、電源−グランド間に所定の電圧(例えば、3V)を印加すると、x軸センサからはSxが出力され、y1軸センサからはSy1が出力され、y2軸センサからはSy2が出力される。 Thereby, when a magnetic field is applied to the GMR elements constituting each sensor in the direction of the arrow in FIG. 20A, the resistance value decreases in proportion to the magnetic field strength. On the other hand, when a magnetic field is applied in the direction opposite to the arrow direction in FIG. 20A, the resistance value increases in proportion to the magnetic field strength. Here, each GMR element is bridge-connected as shown in FIGS. 21A, 21B, and 21C to form each sensor, and when a predetermined voltage (for example, 3 V) is applied between the power source and the ground, x Sx is output from the axis sensor, Sy1 is output from the y1-axis sensor, and Sy2 is output from the y2-axis sensor.
そして、得られた出力に基づいて、x軸方向の磁界の成分Hxを下記の(1)式により求めることができる。同様に、y軸方向の磁界の成分Hyを下記の(2)式により求めることができ、z軸方向の磁界の成分Hzを下記の(3)式により求めることができる。
Hx=2kx×Sx・・・(1)
Hy=ky(Sy1−Sy2)/cosθ・・・(2)
Hz=kz(Sy1+Sy2)/sinθ・・・(3)
ただし、kx,ky,kzは比例定数で、各センサの感度が等しければ、kx=ky=kzとなる。
Based on the obtained output, the magnetic field component Hx in the x-axis direction can be obtained by the following equation (1). Similarly, the magnetic field component Hy in the y-axis direction can be obtained from the following equation (2), and the magnetic field component Hz in the z-axis direction can be obtained from the following equation (3).
Hx = 2kx × Sx (1)
Hy = ky (Sy1-Sy2) / cos θ (2)
Hz = kz (Sy1 + Sy2) / sin θ (3)
However, kx, ky, kz are proportional constants, and if the sensitivity of each sensor is equal, kx = ky = kz.
しかしながら、上述した三軸磁気センサにおいては、パッケージ内にAチップとBチップとからなる二個のチップを実装させる必要があるため、この種のセンサを製造するのが複雑で、手間もかかるという問題を生じた。また、特殊なパッケージを用いる必要があるため、この種のセンサが高価になるとともに、小型化するのが困難であるという問題も生じた。
そこで、本発明はこのような問題点を解消するためになされたものであって、1チップ(1つの基板)内に簡単、容易に作製できる構造の三軸磁気センサを提供することを目的とする。
However, in the above-described three-axis magnetic sensor, since it is necessary to mount two chips consisting of an A chip and a B chip in the package, it is complicated and time-consuming to manufacture this type of sensor. Caused a problem. In addition, since it is necessary to use a special package, this type of sensor is expensive and difficult to downsize.
Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a three-axis magnetic sensor having a structure that can be easily and easily manufactured in one chip (one substrate). To do.
上記の目的を達成するため、本発明の三軸磁気センサは、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたX軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたY軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたZ軸センサとを1つの基板内に備えている。そして、巨大磁気抵抗効果素子は少なくとも1つ以上の巨大磁気抵抗効果素子バーで形成されているとともに、X軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はY軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はX軸に対して所定の角度(望ましくは45°)の方向であって、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、Y軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はX軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はY軸に対して所定の角度(望ましくは45°)の方向であって、その感度方向は各巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、Z軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は基板に設けられた斜面上に形成されていて磁化の向きは該斜面内になるように形成されているとともに、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して交差するように形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a three-axis magnetic sensor of the present invention includes an X-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistance effect elements are bridge-connected, and a Y-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistance effect elements are bridge-connected. A Z-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistance effect elements are bridge-connected is provided in one substrate. The giant magnetoresistive element is formed of at least one giant magnetoresistive element bar, and the giant magnetoresistive element of the X-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar is the Y-axis direction, and the magnetization direction of the pinned layer of the giant magnetoresistive effect element bar is a predetermined angle (desirably 45 °) with respect to the X axis. The sensitivity direction is perpendicular to the longitudinal direction of the giant magnetoresistive element bar, and the giant magnetoresistive element of the Y-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar is the X-axis direction, and the magnetization direction of the pinned layer of the giant magnetoresistive effect element bar is a predetermined angle (preferably 45 °) with respect to the Y axis. And that The direction of sensitivity is perpendicular to the longitudinal direction of each giant magnetoresistive element bar, and the giant magnetoresistive element of the Z-axis sensor is formed on a slope provided on the substrate, and the direction of magnetization is within the slope. The sensitivity direction is formed so as to intersect with the longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar.
これにより、X軸センサとY軸センサとZ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子の感度方向が互いに三次元方向に交差するように形成されたものとなるので、X軸、Y軸、Z軸の3次元方向の正確な磁界を測定することができる。そして、X軸センサとY軸センサとZ軸センサとが1つの基板内に備えているので、別個のセンサを組み付けて形成された磁気センサのように角度ずれを生じることが防止できるようになるとともに、センサの大型化も防止することができ、小型の三軸磁気センサを提供することが可能となる。この場合、Z軸センサは基板に設けられた斜面上に形成するだけであるので、Z軸センサを1つの基板内に簡単、容易に作製することができるようになる。ここで、巨大磁気抵抗効果素子は複数の巨大磁気抵抗効果素子バーが平行に配置されて、隣接する巨大磁気抵抗効果素子バーがバイアス磁石膜により直列接続されていると、後述する各巨大磁気抵抗効果素子バーのフリー層にバイアス磁界を容易に付与することができる。 As a result, the sensitivity directions of the giant magnetoresistive elements of the X-axis sensor, the Y-axis sensor, and the Z-axis sensor are formed so as to intersect each other in the three-dimensional direction. An accurate magnetic field in the three-dimensional direction can be measured. Since the X-axis sensor, the Y-axis sensor, and the Z-axis sensor are provided in one substrate, it is possible to prevent the occurrence of angular deviation as in a magnetic sensor formed by assembling separate sensors. In addition, an increase in the size of the sensor can be prevented, and a small three-axis magnetic sensor can be provided. In this case, since the Z-axis sensor is only formed on the slope provided on the substrate, the Z-axis sensor can be easily and easily manufactured in one substrate. Here, in the giant magnetoresistive effect element, a plurality of giant magnetoresistive effect element bars are arranged in parallel, and when adjacent giant magnetoresistive effect element bars are connected in series by a bias magnet film, A bias magnetic field can be easily applied to the free layer of the effect element bar.
この場合、Z軸センサの巨大磁気抵抗効果素子を構成する各巨大磁気抵抗効果素子バーは基板の平面に垂直なZ軸に対して同角度で相対向するように形成された斜面上に形成されており、当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向は基板のX軸方向あるいはY軸に対して45°の方向で、各斜面にそれぞれ形成された巨大磁気抵抗効果素子バーにより構成される巨大磁気抵抗効果素子同士が隣接して互に平行に配置されていると、磁界の感度のX軸成分およびY軸成分が各巨大磁気抵抗効果素子内でキャンセルされるようになるので、磁界の感度のZ軸成分のみが出現することとなる。上述のように構成される三軸磁気センサにおいては、基板は平面視でアスペクト比は1:2あるいは1:1.5の長方形状あるいは正方形状に形成されているのが小型化にとっては望ましい。 In this case, each giant magnetoresistive effect element bar constituting the giant magnetoresistive effect element of the Z-axis sensor is formed on a slope formed to face each other at the same angle with respect to the Z axis perpendicular to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar is 45 ° with respect to the X-axis direction or the Y-axis of the substrate, and giant magnetism constituted by giant magnetoresistive effect element bars respectively formed on each inclined surface. If the resistance effect elements are adjacent to each other and arranged in parallel with each other, the X-axis component and the Y-axis component of the magnetic field sensitivity are canceled in each giant magnetoresistive effect element. Only the Z-axis component will appear. In the three-axis magnetic sensor configured as described above, it is desirable for miniaturization that the substrate is formed in a rectangular shape or a square shape having an aspect ratio of 1: 2 or 1: 1.5 in plan view.
そして、上述のような三軸磁気センサを製造するには、基板にX軸センサとなる複数の巨大磁気抵抗効果素子と、Y軸センサとなる複数の巨大磁気抵抗効果素子と、Z軸センサとなる複数の巨大磁気抵抗効果素子とを形成する巨大磁気抵抗効果素子形成工程と、前記基板に形成された各磁気抵抗効果素子のブリッジ接続された組の2つの磁気抵抗効果素子に互に異なる向きの磁界を付与しながら加熱して前記磁気抵抗効果素子のそれぞれを同時に規則化熱処理する規則化熱処理工程とを備えるようにすばよい。この場合、規則化熱処理工程においては、各巨大磁気抵抗効果素子が形成された基板上に隣接する棒磁石の極性が交互に異なるように複数の棒磁石が並列に配列された棒磁石アレーの棒磁石の配列方向が当該基板と45°の角度をなすように配置した後、加熱して規則化熱処理を行うようにするのが望ましい。 In order to manufacture the above-described three-axis magnetic sensor, a plurality of giant magnetoresistive elements that serve as X-axis sensors, a plurality of giant magnetoresistive elements that serve as Y-axis sensors, a Z-axis sensor, The giant magnetoresistive effect element forming step for forming a plurality of giant magnetoresistive effect elements, and the two magnetoresistive effect elements in a bridge-connected set of the magnetoresistive effect elements formed on the substrate are different from each other. may be such and an ordering heat treatment step of heating the heat-treated at the same time ordering each of the magnetoresistive element while applying a magnetic field can. In this case, in the regularized heat treatment step, the bars of the bar magnet array in which a plurality of bar magnets are arranged in parallel so that the polarities of the bar magnets adjacent to each other on the substrate on which each giant magnetoresistive element is formed are alternately different. It is desirable that the magnets are arranged so that the arrangement direction of the magnets forms an angle of 45 ° with the substrate, and then the heat treatment is performed by heating.
以下に、本発明の実施の形態を実施例1の三軸磁気センサおよび実施例2の三軸磁気センサとして図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as a triaxial magnetic sensor of Example 1 and a triaxial magnetic sensor of Example 2, but the present invention is not limited to these Examples. However, the present invention can be appropriately modified and implemented without changing the object of the present invention.
1.実施例1
まず、実施例1の三軸磁気センサを図1〜図15に基づいて以下に説明する。なお、図1は、実施例1の三軸磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、図1(a)は平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A’断面を示す断面図である。また、図2は本発明の三軸磁気センサに用いられる巨大磁気抵抗効果素子の概略構成を模式的に示す図であり、図2(a)は複数の巨大磁気抵抗効果素子(GMR)バーが接続されて1つの巨大磁気抵抗効果素子が構成された状態を示す平面図であり、図2(b)は、図2(a)のB−B’断面を模式的に示す断面図であり、図2(c)は、図2(b)の内部の積層状態を模式的に示す図である。
1. Example 1
First, the triaxial magnetic sensor of Example 1 is demonstrated below based on FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing the three-axis magnetic sensor of Example 1, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is A in FIG. 1 (a). It is sectional drawing which shows -A 'cross section. FIG. 2 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a giant magnetoresistive effect element used in the triaxial magnetic sensor of the present invention. FIG. 2A shows a plurality of giant magnetoresistive effect element (GMR) bars. FIG. 2 (b) is a cross-sectional view schematically showing a BB ′ cross section of FIG. 2 (a), showing a state in which one giant magnetoresistive effect element is configured by being connected; FIG.2 (c) is a figure which shows typically the lamination | stacking state inside FIG.2 (b).
図3は、図1の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図3(a)は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図3(b)は、図3(a)のC部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図3(c)は、図3(a)のD部を拡大して模式的に示す斜視図である。図4はブリッジ結線を示すブロック図であり、図4(a)はX軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図4(b)はY軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図4(c)はZ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。図5〜図14は製造途中の実施例1の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。図15は規則化熱処理(ピニング処理)を示す図であり、図15(a)は規則化熱処理(ピニング処理)に用いる棒磁石アレーを模式的に示す斜視図であり、図15(b)は、規則化熱処理(ピニング処理)の状態を模式的に示す平面図である。 3 is a diagram schematically showing the pinning direction and sensitivity direction of the three-axis magnetic sensor of FIG. 1, and FIG. 3 (a) is a plan view schematically showing the entire plane, and FIG. 3 (b). FIG. 3 is a perspective view schematically showing an enlarged C part of FIG. 3A, and FIG. 3C is a perspective view schematically showing an enlarged D part of FIG. . 4 is a block diagram showing the bridge connection, FIG. 4 (a) is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 4 (b) is a block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 4C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. 5-14 is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. FIG. 15 is a diagram showing a regularized heat treatment (pinning process), FIG. 15A is a perspective view schematically showing a bar magnet array used for the regularized heat treatment (pinning process), and FIG. It is a top view which shows typically the state of regularization heat processing (pinning process).
実施例1の三軸磁気センサ10は、図1に示すように、平面視で互いに直交するX軸、及びY軸に沿った辺を有する長方形状(ここでは、短辺(縦)と長辺(横)の比率(アスペクト比)が1:2で、X軸に沿った辺が長辺で、Y軸に沿った辺が短辺となるようになされている)であって、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に小さな厚みを有する石英やシリコンからなる基板11を備えている。そして、この基板11の上に、それぞれ4個ずつのX軸GMR素子12a〜12d、Y軸GMR素子12e〜12h、Z軸GMR素子12i〜12lからなる合計で12個のGMR素子と、パッド部(配線から外部に出力を取り出す部分:図示せず)及びビア部(GMR素子から配線に接続する部分を指すが、このビア部は最終的には露出されない:図示せず)ならびに配線(図示せず)が作り込まれている。なお、基板11内には、LSIや配線層が作り込まれており、LSIが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。
As shown in FIG. 1, the triaxial
ここで、X軸GMR素子は第1X軸GMR素子12aと、第2X軸GMR素子12bと、第3X軸GMR素子12cと、第4X軸GMR素子12dとにより構成されている。そして、基板11のX軸の左側端部(この場合、図1(a)の左側端部をX軸の基準点とし、この基準点から図の右側に向かう方向をX軸正方向とし、その反対の方向をX軸負方向とする。以下においても同様である。)と右側端部との略中央部(以下ではX軸中央部という)で、Y軸の下側端部(この場合、図1(a)の下側端部をY軸の基準点とし、この基準点から図の上側に向かう方向をY軸正方向とし、その反対の方向をY軸負方向とする。以下においても同様である。)と上側端部との略中央部(以下ではY軸中央部という)上方に第1X軸GMR素子12aが配置され、その下方に第2X軸GMR素子12bが配置されている。また、基板11のX軸の左側端部近傍で、Y軸中央部上方に第3X軸GMR素子12cが配置され、その下方に第4X軸GMR素子12dが配置されている。
Here, the X-axis GMR element includes a first
また、Y軸GMR素子は第1Y軸GMR素子12eと、第2Y軸GMR素子12fと、第3Y軸GMR素子12gと、第4Y軸GMR素子12hとにより構成されている。そして、基板11のY軸の上側端部近傍で、X軸中央部から左側端部までの略中間部右方に第1Y軸GMR素子12eが配置され、その左方に第2Y軸GMR素子12fが配置されている。また、基板11のY軸の下側端部近傍で、X軸中央部から左側端部までの略中間部右方に第3Y軸GMR素子12gが配置され、その左方に第4Y軸GMR素子12hが配置されている。
The Y-axis GMR element includes a first Y-
さらに、Z軸GMR素子は第1Z軸GMR素子12iと、第2Z軸GMR素子12jと、第3Z軸GMR素子12kと、第4Z軸GMR素子12lとにより構成されている。そして、基板11のY軸中央部からY軸の下側端部までの略中間部で、X軸中央部から右側端部までの略中間部左方に第1Z軸GMR素子12iが配置され、その右下方に第2Z軸GMR素子12jが配置されている。また、基板11のY軸中央部からY軸の上側端部までの略中間部で、X軸中央部から左側端部までの略中間部左方に第3Z軸GMR素子12kが配置され、その右下方に第4Z軸GMR素子12lが配置されている。
Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-
ここで、各GMR素子12a〜12d、12e〜12h、12i〜12lは、互いに平行で帯状に隣接配置された偶数個(この場合は、例えば4個とし、偶数個であるのが望ましいが、1つ以上であれば何個でもよい)のGMRバーを備えており、これらのGMRバーがマグネット膜(バイアス磁石膜)により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜が接続されて形成されている。例えば、図2(なお、図2においては第1X軸GMR素子12aについてのみ示しているが、他のGMR素子においても同様の構成である)に示すように、4個のGMRバー12a−1,12a−2,12a−3,12a−4がマグネット膜12a−6,12a−7,12a−8により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜12a−5,12a−9が接続されて形成されている。
Here, each of the
この場合、X軸GMR素子12a〜12dの各GMRバー(12a−1,12a−2,12a−3,12a−4等)は、基板11の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がY軸に平行(X軸に垂直)になるように配列されている。また、Y軸GMR素子12e〜12hの各GMRバーは、基板11の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸に平行(Y軸に垂直)になるように配列されていて、X軸GMR素子12a〜12dの各GMRバーの長手方向と直交するように配列されている。さらに、Z軸GMR素子12i〜12lの各GMRバーは、基板11の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部(堤部)15の各斜面上に、1つの斜面(傾斜角度が略45°に形成されている)に1つのGMRバー(例えば、図1(b)に示される12k−1,12k−2,12k−3,12k−4、あるいは12l−1,12l−2,12l−3,12l−4など)が形成されるように配置され、その長手方向がX軸(Y軸)に対して45°の方向になるように配列されている。
In this case, each GMR bar (12a-1, 12a-2, 12a-3, 12a-4, etc.) of the
ついで、GMRバーの構成について、第1X軸GMR素子12aのGMRバー12a−2を例にして、図2に基づいて説明する。なお、他のGMRバー12a−1,12a−3,12a−4についてはこれと等しいため、ここではGMRバー12a−1について説明する。また、他のX軸GMR素子12b,12c,12dおよびY軸GMR素子12e,12f,12g,12hおよびZ軸GMR素子12i,12j,12k,12lのそれぞれのGMRバーの構成についてもこれと等しいので、その説明は省略する。
Next, the configuration of the GMR bar will be described with reference to FIG. 2, taking the
ここで、第1X軸GMR素子12aのGMRバー12a−2は、図2(a)のB−B’線に沿った平面にて切断した概略断面図である図2(b)に示したように、その長手方向がY軸に対して平行になるように配列されたスピンバルブ膜SVからなり、この両端部下方に形成されたCoCrPt等の硬質強磁性体であって、高保磁力を有する材質からなるマグネット膜(バイアス磁石膜;硬質強磁性体薄膜層)12a−6,12a−7とを備えている。スピンバルブ膜SVは、図2(c)に膜構成を示したように、基板11の上に順に積層されたフリー層(自由層、自由磁化層)F、膜厚が2.4nm(24Å)のCuからなる導電性のスペーサ層S、ピン層(固着層、固定磁化層)P、及び膜厚が2.5nm(25Å)のチタン(Ti)又はタンタル(Ta)からなるキャッピング層Cからなっている。
Here, the
フリー層F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、基板11の直上に形成された膜厚が8nm(80Å)のCoZrNbアモルファス磁性層12a−21と、CoZrNbアモルファス磁性層12a−21の上に形成された膜厚が3.3nm(33Å)のNiFe磁性層12a−22と、NiFe磁性層12a−22の上に形成された1〜3nm(10〜30Å)程度の膜厚のCoFe層12a−23とからなっている。CoZrNbアモルファス磁性層12a−21とNiFe磁性層12a−22は軟質強磁性体薄膜層を構成している。CoFe層12a−23はNiFe層12a−22のNi、及びスペーサ層SのCu12a−24の拡散を防止するために設けられている。
The free layer F is a layer in which the direction of magnetization changes according to the direction of the external magnetic field. The CoZrNb amorphous
ピン層Pは、膜厚が2.2nm(22Å)のCoFe磁性層12a−25と、Ptを45〜55mol%含むPtMn合金から形成した膜厚が24nm(240Å)の反強磁性膜12a−26とを重ね合わせたものである。CoFe磁性層12a−25は、着磁(磁化)された反強磁性膜12a−26に交換結合的に裏打されることにより磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸正方向に対して45°の方向(図3(a)実線矢印a1方向)にピン(固着)されるピンド層を構成している。
The pinned layer P is composed of a CoFe
なお、上述した第1X軸GMR素子12aのバイアス磁石膜12a−5,12a−6,12a−7,12a−8,12a−9は、フリー層Fの一軸異方性を維持するため、このフリー層Fに対して各GMRバーの長手方向でかつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、CoFe磁性層12a−25(他のGMRバー12a−1,12a−3,12a−4についても同様である)は、着磁(磁化)された反強磁性膜12a−26に交換結合的に裏打されることにより磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸正方向に対して45°の方向(図3(a)の実線矢印a1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。同様に、第2X軸GMR素子12bのバイアス磁石膜は、各GMRバーのフリー層Fに対して各GMRバーの長手方向でかつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸正方向に対して45°の方向(図3(a)の実線矢印b1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
Note that the
これにより、これらの第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bの感度方向(磁界の感度方向)は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸正方向(図3(a)の点線矢印a2,b2方向)になり、図3(a)の点線矢印a2,b2方向に磁界が印加された場合に、第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印a2,b2方向と反対方向に磁界が印加された場合に、第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
As a result, the sensitivity directions (magnetic field sensitivity directions) of the first
一方、第3X軸GMR素子12cおよび第4X軸GMR素子12dにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーのフリー層Fに対して各GMRバーの長手方向でかつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向(即ち、第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bのバイアス磁界と180°反対の方向)にバイアス磁界を与ている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸負方向に対して−45°の方向(図3(a)の実線矢印c1,d1方向で、第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bのピンド層の磁化の向きと180°反対の方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third
これにより、第3X軸GMR素子12cおよび第4X軸GMR素子12dの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、図3(a)の点線矢印c2,d2方向(第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bの感度方向と180°反対の方向)になり、図3(a)の点線矢印c2,d2方向に磁界が印加された場合に、第3X軸GMR素子12cおよび第4X軸GMR素子12dの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印c2,d2と反対方向に磁界が印加された場合に、第3X軸GMR素子12cおよび第4X軸GMR素子12dの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
As a result, the sensitivity directions of the third
また、第1Y軸GMR素子12eおよび第2Y軸GMR素子12fにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーのフリー層Fに対して各GMRバーの長手方向でかつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向(即ち、第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bのバイアス磁界が反時計方向に90°回転した方向の反対方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがY軸正方向に対して45°の方向(図3(a)の実線矢印e1,f1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
Further, in the first Y-
これにより、第1Y軸GMR素子12eおよび第2Y軸GMR素子12fの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Y軸正方向(図3(a)の点線矢印e2,f2方向)になり、図3(a)の点線矢印e2,f2方向に磁界が印加された場合に、第1Y軸GMR素子12eおよび第2Y軸GMR素子12fの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印e2,f2と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Y軸GMR素子12eおよび第2Y軸GMR素子12fの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Thus, the sensitivity directions of the first Y-
一方、第3Y軸GMR素子12gおよび第4Y軸GMR素子12hにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーのフリー層Fに対して各GMRバーの長手方向でかつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向(即ち、第1Y軸GMR素子12eおよび第2Y軸GMR素子12fのバイアス磁界と180°反対の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがY軸負方向に対して−45°の方向(図3(a)の実線矢印g1,h1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third Y-
これにより、第3Y軸GMR素子12gおよび第4Y軸GMR素子12hの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Y軸負方向(図3(a)の点線矢印g2,h2方向で、第1Y軸GMR素子12eおよび第2Y軸GMR素子12fの感度方向と180°反対の方向)になり、図3(a)の点線矢印g2,h2方向に磁界が印加された場合に、第3Y軸GMR素子12gおよび第4Y軸GMR素子12hの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印g2,h2と反対方向に磁界が印加された場合に、第3Y軸GMR素子12gおよび第4Y軸GMR素子12hの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Thereby, the sensitivity directions of the third Y-
また、第1Z軸GMR素子12iおよび第2Z軸GMR素子12jにおいては、図3(b)に模式的に示すように、バイアス磁石膜12i−6,12i−7,12i−8(12j−6,12j−7,12j−8)は、各GMRバー12i−1,12i−2,12i−3,12i−4(12j−1,12j−2,12j−3,12j−4)の長手方向に平行な方向かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部(堤部)15の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向であるX軸およびY軸に対して45°の方向かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがZ軸正方向に対して45°の方向(図3(b)の実線矢印i1(j1)方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In the first Z-
そして、これらの各GMRバー12i−1,12i−2,12i−3,12i−4(12j−1,12j−2,12j−3,12j−4)がバイアス磁石膜12i−6,12i−7,12i−8(12j−6,12j−7,12j−8)で直列に接続されている。これにより、x軸成分およびy軸成分はキャンセルされることとなるため、第1Z軸GMR素子12iおよび第2Z軸GMR素子12jの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向で、Z軸正方向、即ち、図3(b)の点線矢印i2(j2)方向(紙面の裏から表に向かう方向)になる。そして、図3(b)の点線矢印i2(j2)方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子12iおよび第2Z軸GMR素子12jの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(b)の点線矢印i2(j2)と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子12iおよび第2Z軸GMR素子12jの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
These GMR bars 12i-1, 12i-2, 12i-3, 12i-4 (12j-1, 12j-2, 12j-3, 12j-4) are
一方、第3Z軸GMR素子12kおよび第4Z軸GMR素子12lにおいては、図3(c)に模式的に示すように、バイアス磁石膜12k−6,12k−7,12k−8(12l−6,12l−7,12l−8)は、各GMRバー12k−1,12k−2,12k−3,12k−4(12l−1,12l−2,12l−3,12l−4)の長手方向に平行な方向かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部(堤部)15の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向であるX軸およびY軸に対して45°の方向かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがZ軸負方向に対して45°の方向(図3(c)の実線矢印k1(l1)方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third Z-
そして、これらの各GMRバー12k−1,12k−2,12k−3,12k−4(12l−1,12l−2,12l−3,12l−4)がバイアス磁石膜12k−6,12k−7,12k−8(12l−6,12l−7,12l−8)で直列に接続されている。これにより、x軸成分およびy軸成分はキャンセルされることとなるので、第3Z軸GMR素子12kおよび第4Z軸GMR素子12lの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向で、Z軸負方向、即ち、図3(c)の点線矢印のk2(l2)方向(紙面の表から裏に向かう方向)になり、図3(c)の点線矢印k2(l2)方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子12kおよび第4Z軸GMR素子12lの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(c)の点線矢印k2(l2)と反対方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子12kおよび第4Z軸GMR素子12lの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
These GMR bars 12k-1, 12k-2, 12k-3, 12k-4 (12l-1, 12l-2, 12l-3, 12l-4) are
X軸磁気センサは、図4(a)(なお、図4(a)〜(c)において、各矢印は各GMR素子の固着層がピンされたときの磁化の向きが上向きとなるように示している。)に等価回路を示したように、第1〜第4X軸GMR素子12a〜12dがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。このような構成において、パッド13aおよびパッド13bは定電圧源14の正極,負極に接続され、電位Vxin+(本例では3V)と電位Vxin-(本例では0(V))が付与される。そして、パッド13cとパッド13dの電位がそれぞれ電位Vxout+と電位Vxout-として取り出され、その電位差(Vxout+ − Vxout-)がセンサ出力Vxoutとして取り出される。
The X-axis magnetic sensor is shown in FIG. 4A (in FIGS. 4A to 4C, each arrow indicates that the magnetization direction is upward when the pinned layer of each GMR element is pinned. 1), the first to fourth
Y軸磁気センサは、図4(b)に等価回路を示したように、第1〜第4Y軸GMR素子12e〜12hがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド13eおよびパッド13fは定電圧源14の正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド13gとパッド13hの電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
The Y-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Y-
Z軸磁気センサは、図4(c)に等価回路を示したように、第1〜第4Z軸GMR素子12i〜12lがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド13iおよびパッド13jは定電圧源14の正極,負極に接続され、電位Vzin+(本例では3V)と電位Vzin-(本例では0(V))が付与され、パッド13kとパッド13lの電位差がセンサ出力Vzoutとして取り出される。
The Z-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Z-
ついで、上述のような構成となる三軸磁気センサの製造方法について、図5〜図14の断面模式図に基づいて以下に説明する。なお、図5〜図14において、(a)はビア部を示し、(b)はパッド部を示し、(c)はZ軸GMR部を示している。この場合、上述したように、基板11としては、CMOSプロセスにより予めLSIが作り込まれた基板や、予め配線層のみが作り込まれた基板を用いることが望ましい。
Next, a method for manufacturing a triaxial magnetic sensor having the above-described configuration will be described below based on schematic cross-sectional views in FIGS. 5 to 14, (a) shows a via portion, (b) shows a pad portion, and (c) shows a Z-axis GMR portion. In this case, as described above, as the
この三軸磁気センサの製造方法では、図5に示すように、まず、配線層11aが形成された基板(石英基板またはシリコン基板)11の上に層間絶縁膜(SOG:Spin On Glass)11bを塗布することにより平坦化する。この後、図6に示すように、ビア部とパッド部の上の層間絶縁膜11bをエッチングで取り除き、開口部11c,11dを作製する。ついで、図7に示すように、これらの表面に例えばSiO2膜からなる酸化膜(厚み:1500Å)11eと、例えばSi3N4膜からなる窒化膜(厚み:5000Å)11fとをプラズマCVDにより成膜した。ついで、これらの上にレジストを塗布し、ビア部とパッド部に開口を形成するようなパターンにカットした。
In this method of manufacturing a triaxial magnetic sensor, as shown in FIG. 5, first, an interlayer insulating film (SOG: Spin On Glass) 11b is formed on a substrate (quartz substrate or silicon substrate) 11 on which a
ついで、図8に示すように、ビア部上およびパッド部上の窒化膜11fをエッチングにより除去した後、レジストを除去した。これにより、窒化膜11fにはビア部上およびパッド部上に開口部11g,11hが形成されるが、酸化膜11eはエッチングしきらずに残存させるようにした。この場合、開口部11g,11hの開口幅(径)は開口部11c,11dの開口幅(径)よりも小さくなるようにした。これは、開口部11c,11dで層間絶縁膜11bが露出して、水分が配線層やLSIに浸入するのを防止するためである。
Next, as shown in FIG. 8, the
この後、図9に示すように、これらの上に例えばSiO2膜からなる上層酸化膜(厚み:5μm)11iをプラズマCVDにより成膜した。ついで、これらの上にレジストを塗布してレジスト膜(厚み:5μm)11jを形成した。そして、形成されたレジスト膜(厚み:5μm)11jにビア部とパッド部に開口を形成するためのパターンをカットするとともに、Z軸GMR素子41,42,43,44の配列用の突部(堤部)15を形成するためのパターンをカットした。カット後、150℃の温度で10分間の熱処理を行って、図10に示すように、レジスト11jのカド部をテーパー状に形成(テーパ化)した。
Thereafter, as shown in FIG. 9, an upper oxide film (thickness: 5 μm) 11i made of, for example, a SiO 2 film was formed thereon by plasma CVD. Next, a resist was applied on these to form a resist film (thickness: 5 μm) 11j. Then, a pattern for forming openings in the via portion and the pad portion is cut in the formed resist film (thickness: 5 μm) 11j, and projections for arranging the Z-
この後、上層酸化膜(厚み:5μm)11iとレジスト膜(厚み:5μm)11jとがほぼ同じ比率でエッチングされ、かつエッチング後の上層酸化膜11iの最大厚み部で約5000Åの厚みが残るような条件でドライエッチングを行った。このとき、上層酸化膜11iのビア部およびパッド部での開口幅(径)が、窒化膜11fのビア部およびパッド部での開口幅(径)より大きくならないようにした。ドライエッチングを行った後、残存するレジストを除去した。これにより、図11に示すように、GMR部に上層酸化膜11iからなる突部(堤部)15が形成されることとなる。
Thereafter, the upper oxide film (thickness: 5 μm) 11i and the resist film (thickness: 5 μm) 11j are etched at substantially the same ratio, and a thickness of about 5000 mm remains at the maximum thickness portion of the
ついで、これらの上にレジストを塗布して、このレジストをビア部に開口を形成するためのパターンにカットした後、エッチングを行った。この後、残存するレジストを除去することにより、図12に示すように、ビア部に開口11kを形成して、基板11の最上層の配線層11aを露出させた。ついで、スパッタリング法によって、TiまたはCr(膜厚は300μm)からなる下地膜を形成した。
Next, a resist was applied on these, and the resist was cut into a pattern for forming an opening in the via portion, and then etched. Thereafter, by removing the remaining resist, as shown in FIG. 12, an
ついで、CoCrPt等の材質からなる硬質強磁性体で高保磁力を有するバイアス磁石膜11m(後に、例えば、図2(a)に示す12a−5,12a−6,12a−7,12a−8,12a−9等になる)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、下地膜の表面上に形成した。これらの下地膜およびバイアス磁石膜11mの上にレジストを塗布して、このレジストをバイアス磁石膜のパターンにカットした後、バイアス磁石膜11mと下地膜のエッチングを行った。この場合、レジストの露光方向が基板の上面であるのに対し、パターンを形成するのが斜面上であることから、そのままマスクとするのはパターニング精度が落ちるので、このレジストに対して熱処理を行って突部上のレジストをテーパ化した上で、エッチングするのが望ましい。この後、残存するレジストを除去した。ついで、スパッタリング法によって、GMR素子をなすGMR多層膜11n(後に、12a〜12d,12e〜12h,12i〜12l等になる)をこれら下地膜およびバイアス磁石膜11mの表面上に形成した。
Next, a
なお、GMR多層膜11nは、図2(c)に示したように、基板11の上に順に積層されたフリー層(自由層、自由磁化層)F、膜厚が2.4nm(24Å)のCuからなる導電性のスペーサ層S、ピン層(固着層、固定磁化層)P、及び膜厚が2.5nm(25Å)のチタン(Ti)又はタンタル(Ta)からなるキャッピング層Cからなっている。そして、フリー層Fは、基板11の直上に形成された膜厚が8nm(80Å)のCoZrNbアモルファス磁性層12a−21と、膜厚が3.3nm(33Å)のNiFe磁性層12a−22と、1〜3nm(10〜30Å)程度の膜厚のCoFe層12a−23とからなっている。CoZrNbアモルファス磁性層12a−21とNiFe磁性層12a−22は軟質強磁性体薄膜層を構成している。一方、ピン層Pは、膜厚が2.2nm(22Å)のCoFe磁性層12a−25と、膜厚が24nm(240Å)の反強磁性膜12a−26とを重ね合わせたものである。
As shown in FIG. 2C, the
ついで、得られた積層体の上に永久磁石アレーを近接させて規則化熱処理(ピニング処理)を行い、ピンド層Pの磁化の向きを固定させた。この場合、規則化熱処理(ピニング処理)は、図15(a)に模式的に示すように、隣接する永久棒磁石片31,32,33,34の上端(下端)の極性が互いに異なるように互いに平行に配列された永久棒磁石アレー(マグネットアレー)30を用意する。そして、この永久棒磁石アレー30を基板11の平面に対して45°の角度になるように基板11の上部に配置し、所定の温度に加熱して行った。具体的には、図15(b)に示した状態で、基板11および永久棒磁石アレー(マグネットアレー)30を固定し、真空中でこれらを260℃〜290℃に加熱し、その状態で4時間ほど放置することにより規則化熱処理(ピニング処理)を行った。なお、図15(b)においては、永久棒磁石アレー30の下面の磁極の状態を示している。
Subsequently, a permanent magnet array was brought close to the obtained laminated body, and regularized heat treatment (pinning treatment) was performed to fix the magnetization direction of the pinned layer P. In this case, the regularization heat treatment (pinning treatment) is performed so that the polarities of the upper ends (lower ends) of the adjacent permanent
ここで、図15(b)に示すように、第1X軸GMR素子12aは永久棒磁石片33の幅方向の中心線L3よりも左側に位置し、第2X軸GMR素子12bは、永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第1X軸GMR素子12aおよび第2X軸GMR素子12bは、図3(a)の実線矢印a1,b1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第3X軸GMR素子12cは永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも左側に位置し、第4X軸GMR素子12dは、永久棒磁石片31の幅方向の中心線L1よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片31に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第3X軸GMR素子12cおよび第4X軸GMR素子12dは、図3(a)の実線矢印c1,d1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。
Here, as shown in FIG. 15B, the first
また、第1Y軸GMR素子12eは永久棒磁石片33の幅方向の中心線L3よりも左側に位置し、第2Y軸GMR素子12fは、永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第1Y軸GMR素子12eおよび第2Y軸GMR素子12fは、図3(a)の実線矢印e1,f1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第3Y軸GMR素子12gは永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも左側に位置し、第4Y軸GMR素子12hは、永久棒磁石片31の幅方向の中心線L1よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第3Y軸GMR素子12gおよび第4Y軸GMR素子12hは、図3(a)の実線矢印g1,h1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。
Further, the first Y-
さらに、第1Z軸GMR素子12iおよび第2Z軸GMR素子12jは永久棒磁石片33の幅方向の中心線L3よりも左側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第1Z軸GMR素子12iおよび第2Z軸GMR素子12jは、図3(b)の実線矢印i1,j1方向に突部(堤部)15の斜面内でZ軸正方向にX軸から45°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第3Z軸GMR素子12kおよび第4Z軸GMR素子12lは永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第3Z軸GMR素子12kおよび第4Z軸GMR素子12lは、図3(c)の実線矢印k1,l1方向に突部(堤部)15の斜面内でZ軸負方向にX軸から45°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。
Further, since the first Z-
その後、GMR多層膜11nの表面上に、任意の厚さ、例えば平坦部で2μmの厚みとなるようにレジストを塗布し、このレジストの表面にマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なレジストを取り除き、後に得られるGMR多層膜11nと同じパターンを有するレジスト膜を形成する。その際、突部(堤部)15でのエッチングを適切に行い、突部(堤部)15の断面形状を整えるためにレジストをテーパー化する。この後、レジスト膜で保護されていない部分のGMR多層膜11nを、イオンミリングにより除去し、GMR多層膜11nを所定の形状(例えば、複数の狭幅の帯状体の形状)に形成する。その際、ビア部はGMR多層膜11nとバイアス磁石膜11mの双方が残るようにする。これはビア部の縁での断線を予防するためである。
Thereafter, a resist is applied on the surface of the
次に、レジスト膜を除去し、これらの上に膜厚が10000Åの例えばSi3N4膜からなる窒化膜11oをプラズマCVDで成膜した後、これらの上にポリイミド膜11pを成膜して、保護膜を形成した。ついで、パッド部上のポリイミド膜11pをマスクとして、パッド部上の窒化膜11oをエッチングにより除去してパッド部を開口して、各パッドを形成するとともに、これらを接続する配線を形成し、最後に基板11を切断する。以上により、図1に示した実施例1の三軸磁気センサ10が作製される。
Next, the resist film is removed, and a nitride film 11o made of, for example, a Si 3 N 4 film having a thickness of 10,000 mm is formed thereon by plasma CVD, and then a
2.実施例2
ついで、実施例2の三軸磁気センサを図16〜図19に基づいて説明する。なお、図16は、実施例2の三軸磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、図16(a)は平面図であり、図16(b)は、図16(a)のE−E’断面を示す断面図である。また、図17は、図16の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図17(a)は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図17(b)は、図17(a)のF部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図17(c)は、図17(a)のG部を拡大して模式的に示す斜視図である。
2. Example 2
Then, the three-axis magnetic sensor of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 16 to 19. 16 is a schematic configuration diagram schematically showing a triaxial magnetic sensor of Example 2, FIG. 16 (a) is a plan view, and FIG. 16 (b) is an E diagram in FIG. 16 (a). It is sectional drawing which shows -E 'cross section. FIG. 17 is a diagram schematically showing the pinning direction and sensitivity direction of the triaxial magnetic sensor of FIG. 16, and FIG. 17 (a) is a plan view schematically showing the entire plane. FIG. 17B is a perspective view schematically showing an enlarged F part in FIG. 17A, and FIG. 17C is a perspective view schematically showing an enlarged G part in FIG. It is.
図18は、ブリッジ結線を示すブロック図であり、図18(a)はX軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図18(b)はY軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図18(c)はZ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。図19は規則化熱処理(ピニング処理)を示す図であり、図19(a)は規則化熱処理(ピニング処理)に用いる棒磁石アレーを模式的に示す斜視図であり、図19(b)は、規則化熱処理(ピニング処理)の状態を模式的に示す平面図である。 18 is a block diagram showing the bridge connection, FIG. 18 (a) is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 18 (b) is a block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 18C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. FIG. 19 is a diagram showing a regularized heat treatment (pinning process), FIG. 19A is a perspective view schematically showing a bar magnet array used for the regularized heat treatment (pinning process), and FIG. It is a top view which shows typically the state of regularization heat processing (pinning process).
本実施例2の三軸磁気センサ20は、図16に示すように、平面視で互いに直交するX軸、及びY軸に沿った辺を有する正方形状(即ち、上述した実施例1の基板11の半分の大きさ)であって、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に小さな厚みを有する石英基板やシリコン基板からなる基板21を備えている。なお、このような正方形状の基板21を用いることにより、実施例1の三軸磁気センサよりもさらに小型化を達成することが可能となる。
As shown in FIG. 16, the triaxial
そして、この基板21の上に形成されたそれぞれ4個ずつのX軸GMR素子22a〜22dおよびY軸GMR素子22e〜22hと、4個のZ軸GMR素子22i〜22lからなる合計で12個のGMR素子と、パッド部(配線から外部に出力を取り出す部分:図示せず)及びビア部(GMR素子から配線に接続する部分を指すが、このビア部は最終的には露出されない:図示せず)ならびに配線(図示せず)が作り込まれている。なお、基板21内には、上述した実施例1の基板11と同様に、LSIや配線層が作り込まれており、LSIが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。
A total of 12 X-axis GMR
ここで、X軸GMR素子は第1X軸GMR素子22aと、第2X軸GMR素子22bと、第3X軸GMR素子22cと、第4X軸GMR素子22dとにより構成されている。そして、X軸の右側端部近傍で、Y軸中央部上方に第1X軸GMR素子22aが配置され、その下方に第2X軸GMR素子22bが配置されている。また、X軸の左側端部近傍で、Y軸中央部上方に第3X軸GMR素子22cが配置され、その下方に第4X軸GMR素子22dが配置されている。
Here, the X-axis GMR element includes a first
また、Y軸GMR素子は第1Y軸GMR素子22eと、第2Y軸GMR素子22fと、第3Y軸GMR素子22gと、第4Y軸GMR素子22hとにより構成されている。そして、Y軸の上側端部近傍でX軸中央部右方に第1Y軸GMR素子22eが配置され、その左方に第2Y軸GMR素子22fが配置されている。また、Y軸の下側端部近傍でX軸中央部右方に第3Y軸GMR素子22gが配置され、その左方に第4Y軸GMR素子22hが配置されている。
The Y-axis GMR element includes a first Y-
さらに、Z軸GMR素子は第1Z軸GMR素子22iと、第2Z軸GMR素子22jと、第3Z軸GMR素子22kと、第4Z軸GMR素子22lとにより構成されている。そして、基板22の右上角部左方に第1Z軸GMR素子22iが配置され、その右下側に第2Z軸GMR素子22jが配置されている。また、基板22の右上角部より左下方で、第1Y軸GMR素子22eの下方に第3Z軸GMR素子22kが配置され、その右下側に第4Z軸GMR素子22lが配置されている。
Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-
各GMR素子22a〜22d、22e〜22hおよび22i〜22lは、それぞれ互いに平行で帯状に隣接配置された偶数個(この場合は、例えば4個とし、偶数個であるのが望ましいが、1つ以上であれば何個でもよい)のGMRバーを備えており、これらのGMRバーがマグネット膜(バイアス磁石膜)により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜が接続されて形成されている。
この場合、X軸GMR素子22a〜22dの各GMRバーは、基板21の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がY軸に平行(X軸に垂直)になるように配列されている。また、Y軸GMR素子22e〜22hの各GMRバーは、基板21の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸に平行(Y軸に垂直)になるように配列されていて、X軸GMR素子22a〜22dの各GMRバーの長手方向と直交するように配列されている。
Each of the
In this case, each GMR bar of the
さらに、Z軸GMR素子22i〜22lの各GMRバーは、基板21の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部(堤部)25の各斜面上に、1つの斜面(傾斜角度が略45°に形成されている)に1つのGMRバー(例えば、図16(b)に示される22i−1,22i−2,22i−3,22i−4(22j−1,22j−2,22j−3,22j−4)が形成されるように配置され、その長手方向がX軸(Y軸)に対して45°の方向になるように配列されている。
Further, each GMR bar of the Z-
この場合、X軸GMR素子22a,22bにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向(X軸に対して垂直の方向)かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸正方向に対して45°の方向(図17(a)の実線矢印a1,b1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In this case, in the
したがって、X軸GMR素子22a,22bの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸正方向(図17(a)の点線矢印a2,b2方向)になる。これにより、図17(a)の点線矢印a2,b2方向に磁界が印加された場合に、第1X軸GMR素子22aおよび第2X軸GMR素子22bの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図17(a)の点線矢印a2,b2方向と反対方向に磁界が印加された場合に、第1X軸GMR素子22aおよび第2X軸GMR素子22bの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Accordingly, the sensitivity direction of the
一方、第3X軸GMR素子22cおよび第4X軸GMR素子22dにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸に対して垂直の方向)かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向(第1X軸GMR素子22aおよび第2X軸GMR素子22bのバイアス磁界とは180°反対の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸負に対して−45°の方向(図17(a)の実線矢印c1,d1方向で、第1X軸GMR素子22aおよび第2X軸GMR素子22bの磁化の向きと180°反対の方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third
したがって、第3X軸GMR素子22cおよび第4X軸GMR素子22dの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸負方向(図17(a)の点線矢印c2,d2方向で、第1X軸GMR素子22aおよび第2X軸GMR素子22bの感度方向と180°反対の方向)になる。これにより、図17(a)の点線矢印c2,d2方向に磁界が印加された場合に、第3X軸GMR素子22cおよび第4X軸GMR素子22dの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図17(a)の点線矢印c2,d2と反対方向に磁界が印加された場合に、第3X軸GMR素子22cおよび第4X軸GMR素子22dの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Therefore, the sensitivity directions of the third
また、第1Y軸GMR素子22eおよび第2Y軸GMR素子22fにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向でかつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向(即ち、第1X軸GMR素子22aおよび第2X軸GMR素子22bのバイアス磁界が反時計方向に90°回転した方向の反対方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、Y軸正方向に対して45°の方向(図17(a)の実線矢印e1,f1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
Further, in the first Y-
したがって、第1Y軸GMR素子22eおよび第2Y軸GMR素子22fの感度方向は、各GMRバーの長手方向に垂直な方向、即ち、Y軸正方向(図17(a)の点線矢印e2,f2方向)になる。これにより、図17(a)の点線矢印e2,f2方向に磁界が印加された場合に、第1Y軸GMR素子22eおよび第2Y軸GMR素子22fの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図17(a)の点線矢印e2,f2と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Y軸GMR素子22eおよび第2Y軸GMR素子22fの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Therefore, the sensitivity directions of the first Y-
一方、第3Y軸GMR素子22gおよび第4Y軸GMR素子22hにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向(Y軸に対して垂直の方向)かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向(第1Y軸GMR素子22eおよび第2Y軸GMR素子22fのバイアス磁界とは180°反対の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、Y軸負方向に対して−135°の方向(図17(a)の実線矢印g1,h1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third Y-
したがって、第3Y軸GMR素子22gおよび第4Y軸GMR素子22hの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Y軸負方向(図17(a)の点線矢印g2,h2方向で、第1Y軸GMR素子22eおよび第2Y軸GMR素子22fの感度方向と180°反対の方向)になる。これにより、図17(a)の点線矢印g2,h2方向に磁界が印加された場合に、第3Y軸GMR素子22gおよび第4Y軸GMR素子22hの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図17(a)の点線矢印g2,h2と反対方向に磁界が印加された場合に、第3Y軸GMR素子22gおよび第4Y軸GMR素子22hの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Therefore, the sensitivity direction of the third Y-
さらに、第1Z軸GMR素子22iおよび第2Z軸GMR素子22jにおいては、図17(b)に模式的に示すように、バイアス磁石膜22i−5,22i−6,22i−7(22j−5,22j−6,22j−7)は、各GMRバー22i−1,22i−2,22i−3,22i−4(22j−1,22j−2,22j−3,22j−4)の長手方向(X軸,Y軸に対して45°の方向)かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部(堤部)15の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向であるX軸およびY軸に対して45°の方向かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが突部(堤部)25の各斜面内でZ軸正方向に45°傾いた方向(図17(b)の実線矢印i1,j1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
Further, in the first Z-
そして、これらの各GMRバー22i−1,22i−2,22i−3,22i−4(22j−1,22j−2,22j−3,22j−4)がバイアス磁石膜22i−5,22i−6,22i−7(22j−5,22j−6,22j−7)で直列に接続されている。これにより、x軸成分およびy軸成分はキャンセルされることとなるため、第1Z軸GMR素子22iおよび第2Z軸GMR素子22jの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向でZ軸正方向、即ち、図17(b)の点線矢印i2,j2方向(紙面の裏から表に向かう方向)になり、図17(b)の点線矢印i2,j2方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子22iおよび第2Z軸GMR素子22jの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図17(b)の点線矢印i2,j2と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子22iおよび第2Z軸GMR素子22jの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
The GMR bars 22i-1, 22i-2, 22i-3, 22i-4 (22j-1, 22j-2, 22j-3, 22j-4) are
一方、第3Z軸GMR素子22kおよび第4Z軸GMR素子22lにおいては、図17(c)に模式的に示すように、バイアス磁石膜22k−6,22k−7,22k−8(22l−6,22l−7,22l−8)は、各GMRバー22k−1,22k−2,22k−3,22k−4(22l−1,22l−2,22l−3,22l−4)の長手方向(X軸,Y軸に対して45°の方向)かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部(堤部)15の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向であるX軸およびY軸に対して45°の方向かつピンド層の磁化(磁化ベクトル)の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが突部(堤部)25の各斜面内でZ軸負方向に対して45°の方向(図16(c)の実線矢印k1,l1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third Z-
そして、これらの各GMRバー22k−1,22k−2,22k−3,22k−4(22l−1,22l−2,22l−3,22l−4)がバイアス磁石膜22k−6,22k−7,22k−8(22l−6,22l−7,22l−8)で直列に接続されている。これにより、x軸成分およびy軸成分はキャンセルされることとなるので、第3Z軸GMR素子22kおよび第4Z軸GMR素子22lの感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向でZ軸負方向、即ち、図17(c)の点線矢印のk2,l2方向(紙面の表から裏に向かう方向)になり、図17(c)の点線矢印k2,l2方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子22kおよび第4Z軸GMR素子22lの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図17(c)の点線矢印k2,l2と反対方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子22kおよび第4Z軸GMR素子22lの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
These GMR bars 22k-1, 22k-2, 22k-3, 22k-4 (221-l, 22l-2, 22l-3, 22l-4) are
X軸磁気センサは、図18(a)(なお、図18(a)〜(c)において、各矢印は各GMR素子の固着層がピンされたときの磁化の向きが上向きとなるように示している。)に等価回路を示したように、第1〜第4X軸GMR素子22a〜22dがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。このような構成において、パッド23aおよびパッド23bは定電圧源24の正極,負極に接続され、電位Vxin+(本例では3V)と電位Vxin-(本例では0(V))が付与される。そして、パッド23cとパッド23dの電位がそれぞれ電位Vxout+と電位Vxout-として取り出され、その電位差(Vxout+ − Vxout-)がセンサ出力Vxoutとして取り出される。
In the X-axis magnetic sensor, FIG. 18 (a) (in FIGS. 18 (a) to 18 (c)), each arrow indicates the direction of magnetization when the pinned layer of each GMR element is pinned. The first to fourth
Y軸磁気センサは、図18(b)に等価回路を示したように、第1〜第4Y軸GMR素子22e〜22hがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド23eおよびパッド23fは定電圧源24の正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド23gとパッド23hの電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
As shown in an equivalent circuit in FIG. 18B, the Y-axis magnetic sensor is configured by first to fourth Y-
Z軸磁気センサは、図18(c)に等価回路を示したように、第1Z軸GMR素子22iと第2Z軸GMR素子22jおよび第1非磁性抵抗体22kと第2非磁性抵抗体22lがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド23iおよびパッド23jは定電圧源24の正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド23kとパッド23lの電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
As shown in the equivalent circuit of FIG. 18C, the Z-axis magnetic sensor includes a first Z-
なお、本実施例2の三軸磁気センサ20を製造するに際して、上述した実施例1の三軸磁気センサ10の製造方法とほぼ同様であるので、その製造方法についての説明は省略する。ただし、規則化熱処理(ピニング処理)については、以下で簡単に説明する。
In addition, since the manufacturing method of the triaxial
本実施例2の三軸磁気センサ20を製造する際の規則化熱処理(ピニング処理)においては、図19(a)に模式的に示すように、隣接する永久棒磁石片31,32,33,34の上端(下端)の極性が互いに異なるように互いに平行に配列された永久棒磁石アレー(マグネットアレー)30を用意する。そして、この永久棒磁石アレー30を基板21の平面に対して45°の角度になるように基板21の上部に配置し、所定の温度に加熱して行った。具体的には、図19(b)に示した状態で、基板21および永久棒磁石アレー(マグネットアレー)30を固定し、真空中でこれらを260℃〜290℃に加熱し、その状態で4時間ほど放置することにより規則化熱処理(ピニング処理)を行った。なお、図19(b)においては、永久棒磁石アレー30の下面の磁極の状態を示している。
In the regularized heat treatment (pinning process) when manufacturing the triaxial
ここで、図19(b)に示すように、第1X軸GMR素子22aは永久棒磁石片33の幅方向の中心線L3よりも左側に位置し、第2X軸GMR素子22bは、永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第1X軸GMR素子22aおよび第2X軸GMR素子22bは、図17(a)の実線矢印a1,b1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第3X軸GMR素子22cは永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも左側に位置し、第4X軸GMR素子22dは、永久棒磁石片31の幅方向の中心線L1よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片31に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第3X軸GMR素子22cおよび第4X軸GMR素子22dは、図17(a)の実線矢印c1,d1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。
Here, as shown in FIG. 19B, the first
また、第1Y軸GMR素子22eは永久棒磁石片33の幅方向の中心線L3よりも左側に位置し、第2Y軸GMR素子22fは、永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第1Y軸GMR素子22eおよび第2Y軸GMR素子22fは、図17(a)の実線矢印e1,f1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第3Y軸GMR素子22gは永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも左側に位置し、第4Y軸GMR素子22hは、永久棒磁石片31の幅方向の中心線L1よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第3Y軸GMR素子22gおよび第4Y軸GMR素子22hは、図17(a)の実線矢印g1,h1方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。
The first Y-
さらに、第1Z軸GMR素子22iおよび第2Z軸GMR素子22jは永久棒磁石片33の幅方向の中心線L3よりも左側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第1Z軸GMR素子22iおよび第2Z軸GMR素子22jは、図17(b)の実線矢印i1,j1方向に突部(堤部)25の斜面内でZ軸正方向にX軸から45°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第3Z軸GMR素子22kおよび第4Z軸GMR素子22lは永久棒磁石片32の幅方向の中心線L2よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片32から永久棒磁石片33に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第3Z軸GMR素子22kおよび第4Z軸GMR素子22lは、図17(c)の実線矢印k1,l1方向に突部(堤部)25の斜面内でZ軸負方向にX軸から45°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。
Further, since the first Z-
10…実施例1の三軸磁気センサ、11…基板、11a…配線層、11b…層間絶縁膜、11c,11d…開口部、11e…SiO2膜、11f…Si3N4膜、11g,11h…開口部、11i…SiO2膜、11j…レジスト膜、11k…開口、11m…バイアス磁石膜、11n…GMR多層膜、11o…Si3N4膜、11p…ポリイミド膜、15…突部(堤部)、12a…第1X軸GMR素子、12a−1〜12a−4…GMRバー、12a−5〜12a−9…バイアス磁石膜、12b…第2X軸GMR素子、12c…第3X軸GMR素子、12d…第4X軸GMR素子、13a〜13d…パッド、14…定電圧源、12e…第1Y軸GMR素子、12f…第2Y軸GMR素子、12g…第3Y軸GMR素子、12h…第4Y軸GMR素子、13e〜13h…パッド、12i…第1Z軸GMR素子、12j…第2Z軸GMR素子、12k…第3Z軸GMR素子、12l…第4Z軸GMR素子、13i〜13l…パッド、20…実施例2の三軸磁気センサ、21…基板、22a〜22d…第1〜第4X軸GMR素子、22e〜22h…第1〜第4Y軸GMR素子、22i〜22j…第1〜第2Z軸GMR素子、22k〜22l…第1〜第2非磁性抵抗体、23a〜23d…パッド、24…定電圧源、23e〜23h…パッド、23i〜23l…パッド、25…突部(堤部)
10 ... three-axis magnetic sensor of Example 1, 11 ... substrate, 11a ... wiring layer, 11b ... interlayer insulation film, 11c, 11d ... opening, 11e ... SiO 2 film, 11f ... Si 3 N 4 film, 11g, 11h ... opening, 11i ... SiO 2 film, 11j ... resist film, 11k ... opening, 11m ... bias magnet film, 11n ... GMR multilayer film, 11o ... Si 3 N 4 film, 11p ... polyimide film, 15 ... projection (Tsutsumi Part), 12a ... 1st X-axis GMR element, 12a-1 to 12a-4 ... GMR bar, 12a-5 to 12a-9 ... bias magnet film, 12b ... 2nd X-axis GMR element, 12c ... 3rd X-axis GMR element, 12d ... 4th X-axis GMR element, 13a-13d ... Pad, 14 ... Constant voltage source, 12e ... 1st Y-axis GMR element, 12f ... 2nd Y-axis GMR element, 12g ... 3rd Y-axis GMR element, 12h ... 4th Y-axis GMR Child, 13e to 13h ... pad, 12i ... first Z-axis GMR element, 12j ... second Z-axis GMR element, 12k ... third Z-axis GMR element, 12l ... fourth Z-axis GMR element, 13i-13l ... pad, 20 ... Examples 2 triaxial magnetic sensors, 21 ... substrate, 22a to 22d ... first to fourth X axis GMR elements, 22e to 22h ... first to fourth Y axis GMR elements, 22i to 22j ... first to second Z axis GMR elements, 22k-22l ... 1st-2nd nonmagnetic resistor, 23a-23d ... Pad, 24 ... Constant voltage source, 23e-23h ... Pad, 23i-23l ... Pad, 25 ... Projection (bank part)
Claims (7)
前記巨大磁気抵抗効果素子は少なくとも1つ以上の巨大磁気抵抗効果素子バーで形成されているとともに、
前記X軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は前記基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、前記巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はY軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はX軸に対して所定の角度の方向であって、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、
前記Y軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は前記基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、前記巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はX軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はY軸に対して所定の角度の方向であって、その感度方向は各巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、
前記Z軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は前記基板に設けられた斜面上に形成されていて磁化の向きは該斜面内になるように形成されているとともに、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して交差するように形成されており、かつ各巨大磁気抵抗効果素子バーは前記基板の平面に垂直なZ軸に対して同角度で相対向するように形成された斜面上に形成されており、当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向は当該基板のX軸方向あるいはY軸方向に対して45°の方向で、前記各斜面にそれぞれ形成された巨大磁気抵抗効果素子バーにより構成された巨大磁気抵抗効果素子同士が平行に配置されていることを特徴とする三軸磁気センサ。 An X-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridged, a Y-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridged, and a Z-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridged Is a three-axis magnetic sensor provided in one substrate,
The giant magnetoresistive element is formed of at least one giant magnetoresistive element bar;
The giant magnetoresistive element of the X-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate, the longitudinal direction of the giant magnetoresistive element bar is the Y-axis direction, and the giant magnetoresistive element The magnetization direction of the pinned layer of the effect element bar is a direction at a predetermined angle with respect to the X axis, and the sensitivity direction is a direction perpendicular to the longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar.
The giant magnetoresistive element of the Y-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate, the longitudinal direction of the giant magnetoresistive element bar is the X-axis direction, and the giant magnetoresistive element The magnetization direction of the pinned layer of the effect element bar is a direction at a predetermined angle with respect to the Y axis, and the sensitivity direction is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each giant magnetoresistive element bar,
The giant magnetoresistive element of the Z-axis sensor is formed on a slope provided on the substrate, and the direction of magnetization is formed within the slope, and the direction of sensitivity is the giant magnetoresistive effect. A slope formed so as to intersect with the longitudinal direction of the element bar and each giant magnetoresistive element bar is opposed to the Z axis perpendicular to the plane of the substrate at the same angle. The giant magnetoresistive effect element formed on each of the inclined surfaces is formed with a longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar being 45 ° with respect to the X-axis direction or the Y-axis direction of the substrate. A three-axis magnetic sensor , wherein giant magnetoresistive elements composed of bars are arranged in parallel .
前記基板にX軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子と、Y軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子と、Z軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子とを形成する磁気抵抗効果素子形成工程と、
前記基板に形成された各磁気抵抗効果素子のブリッジ接続された組の2つの磁気抵抗効果素子に互に異なる向きの磁界を付与しながら加熱して前記磁気抵抗効果素子のそれぞれを同時に規則化熱処理する規則化熱処理工程とを備えたことを特徴とする三軸磁気センサの製造方法。 One X-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are bridge-connected, a Y-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are bridge-connected, and a Z-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are bridge-connected A method of manufacturing a three-axis magnetic sensor provided in a substrate,
A magnetoresistive effect element forming step for forming a plurality of magnetoresistive effect elements serving as X-axis sensors, a plurality of magnetoresistive effect elements serving as Y-axis sensors, and a plurality of magnetoresistive effect elements serving as Z-axis sensors on the substrate. When,
At the same time ordering the respective bridge-connected set of the two magneto-resistive element is heated while applying a magnetic field of mutually different direction can the magnetoresistive element of each magnetoresistive element formed on said substrate A method of manufacturing a triaxial magnetic sensor, comprising: a regularized heat treatment step for heat treatment.
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