JP4798498B2 - Magnetic sensor and magnetic encoder - Google Patents

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本願発明は、外部磁界を検出する磁気センサーで、スピンバルブ巨大磁気抵抗効果膜も
しくは結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜と同じ膜構成で形成された感磁センサー素子と
、同じ電気抵抗で同じ電気抵抗の温度特性をもつ固定抵抗素子を備えた磁気センサーおよ
び磁気エンコーダーに関するものである。
The present invention is a magnetic sensor that detects an external magnetic field, and has the same electrical resistance and the same electrical resistance as a magnetosensitive sensor element formed with the same film configuration as a spin valve giant magnetoresistive film or a coupled giant magnetoresistive artificial lattice film. The present invention relates to a magnetic sensor and a magnetic encoder including a fixed resistance element having a temperature characteristic of resistance.

工業計測の分野では、磁気媒体と非接触で位置や回転角等の物理的変量を検出するため
に、ホール素子のような低価格の感磁素子が多く使用されている。高感度で検出を行う必
要がある場合には、磁気媒体との相対速度が再生出力に依存しない異方性磁気抵抗効果膜
(以下、AMR膜と言う)を有する磁気センサーが使用されている。しかしAMR膜を用
いた磁気センサーは、磁気抵抗変化率が3%程度と小さいため、得られる出力信号電圧が
小さい。そこで、磁気抵抗変化率が大きく、回路上では単純な2端子の抵抗として取り扱
えるという利点がある巨大磁気抵抗効果膜(以下、GMR膜と言う)を備えた磁気センサ
ーが注目され、その実用化が検討されている。
In the field of industrial measurement, low-cost magnetosensitive elements such as Hall elements are often used to detect physical variables such as position and rotation angle without contact with a magnetic medium. When it is necessary to perform detection with high sensitivity, a magnetic sensor having an anisotropic magnetoresistive film (hereinafter referred to as an AMR film) whose relative speed with respect to a magnetic medium does not depend on reproduction output is used. However, since the magnetic sensor using the AMR film has a small magnetoresistance change rate of about 3%, the output signal voltage obtained is small. Therefore, a magnetic sensor having a giant magnetoresistive film (hereinafter referred to as a GMR film) that has a large magnetoresistive change rate and has an advantage that it can be handled as a simple two-terminal resistor on a circuit has been attracting attention. It is being considered.

GMR膜は、非磁性層を介して隣り合う磁性層の磁化方向が互いに逆向きになっている
結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜(以下、結合型GMR膜と言う)が知られている。結
合型GMR膜は磁界変化に対する抵抗変化特性がAMR膜と同じであるため、容易にAM
R膜からの置き換えが可能である。結合型GMR膜は抵抗変化率が10%以上と大きいの
で大出力を得ることができる。しかし、最大抵抗変化を起こす動作磁界強度が大きいため
、大型の動作磁界発生手段が必要となる。また、結合型GMR膜の電気抵抗はAMR膜の
1/2〜1/3程度と小さいため、磁気センサーの低消費電力化が難しい。そのため、結
合型GMR膜を用いた磁気センサーは用途制限を受けるという問題がある。
As the GMR film, a coupled giant magnetoresistive artificial lattice film (hereinafter referred to as a coupled GMR film) in which the magnetization directions of adjacent magnetic layers are opposite to each other via a nonmagnetic layer is known. Since the combined GMR film has the same resistance change characteristic with respect to the magnetic field change as the AMR film, it is easy to use AM.
Replacement from the R film is possible. Since the combined GMR film has a large resistance change rate of 10% or more, a large output can be obtained. However, since the operating magnetic field intensity causing the maximum resistance change is large, a large operating magnetic field generating means is required. In addition, since the electrical resistance of the coupled GMR film is as small as about 1/2 to 1/3 that of the AMR film, it is difficult to reduce the power consumption of the magnetic sensor. Therefore, there is a problem that the magnetic sensor using the coupled GMR film is subject to application restrictions.

比較的弱い磁場強度領域で結合型GMR膜と同程度の磁気抵抗変化率を示す膜として、
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜(以下、SVGMR膜と言う)がある。SVGMR膜
はハードディスク記憶装置(HDD)の磁気ヘッドに用いられている。SVGMR膜は、
特許文献1に開示されているように、外部磁界の方向が変化しても磁化方向が変化しない
磁化固定層と非磁性導電層、外部磁界の変化に追従して磁化方向が変化する磁化自由層か
ら構成されている。SVGMR膜を加工したセンサー素子(以下、SVGMR素子と言う
)は、結合型GMR膜を加工したセンサー素子に比べ電気抵抗が5〜6倍大きいので、磁
気センサーに用いた時低消費電力化が行ない易い。また、1〜160(A/m)[約0.
006〜20(Oe)]と比較的小さい磁場強度領域で動作すると言う特徴がある。
As a film showing a magnetoresistance change rate comparable to that of a coupled GMR film in a relatively weak magnetic field strength region,
There is a spin valve type giant magnetoresistive film (hereinafter referred to as SVGMR film). The SVGMR film is used for a magnetic head of a hard disk storage device (HDD). The SVGMR film is
As disclosed in Patent Document 1, a magnetization fixed layer and a nonmagnetic conductive layer whose magnetization direction does not change even if the direction of the external magnetic field changes, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes following the change of the external magnetic field It is composed of A sensor element processed with an SVGMR film (hereinafter referred to as an SVGMR element) has an electric resistance that is 5 to 6 times higher than that of a sensor element processed with a combined GMR film. easy. Moreover, 1-160 (A / m) [about 0.
[006 to 20 (Oe)] and operates in a relatively small magnetic field strength region.

特許第3040750号 公報Japanese Patent No. 3040750

図16に、磁気センサーと磁気媒体を示す。回転する磁気媒体61に所定の間隔(ギャ
ップ)を持って対向して磁気センサー60を配している。磁気センサー60は複数の磁気
センサー素子51からなり、磁気センサー素子51は、磁界により電気抵抗が変化する感
磁センサー素子27と、磁界により電気抵抗がほとんど変化しない膜で形成した固定抵抗
素子28が直列に接続されている。固定抵抗素子28の他端は接地、感磁センサー素子2
7の他端は電源電圧Vccに接続している。感磁センサー素子27と固定抵抗素子28の
接続点31から中点電位を取り、この電圧が磁気センサー60の出力電圧となる。固定抵
抗素子28は磁界によって電気抵抗が変化しないので電気抵抗は略一定であり、感磁セン
サー素子27の比較抵抗として働く。感磁センサー素子27が磁気媒体61の漏洩磁界を
検知すると、電気抵抗が変化して中点電位が変化する。この中点電位の変化を磁気媒体6
1と磁気センサー60の相対位置信号として検出する。
FIG. 16 shows a magnetic sensor and a magnetic medium. A magnetic sensor 60 is disposed opposite to the rotating magnetic medium 61 with a predetermined gap (gap). The magnetic sensor 60 includes a plurality of magnetic sensor elements 51. The magnetic sensor element 51 includes a magnetosensitive sensor element 27 whose electric resistance changes with a magnetic field and a fixed resistance element 28 formed of a film whose electric resistance hardly changes with a magnetic field. Connected in series. The other end of the fixed resistance element 28 is grounded, and the magnetic sensor element 2
The other end of 7 is connected to the power supply voltage Vcc. A midpoint potential is taken from the connection point 31 between the magnetosensitive sensor element 27 and the fixed resistance element 28, and this voltage becomes the output voltage of the magnetic sensor 60. Since the electric resistance of the fixed resistance element 28 does not change due to the magnetic field, the electric resistance is substantially constant and acts as a comparison resistance of the magnetosensitive sensor element 27. When the magnetic sensor element 27 detects the leakage magnetic field of the magnetic medium 61, the electrical resistance changes and the midpoint potential changes. This change in midpoint potential is represented by the magnetic medium 6.
1 and a relative position signal of the magnetic sensor 60.

2個の磁気センサー素子51を用いてブリッジを組むこともできる。図17に、ブリッ
ジを組んだ磁気センサー素子52を示す。磁気センサー素子51を逆方向で並列接続した
形である。この様にブリッジを組むことで、磁界により電気抵抗が変化する感磁センサー
素子27aと27bで、より電気抵抗の変化量を増幅する効果が得られる。接続点34a
と34b間で、図16の接続点31の約2倍の出力電圧が得られる。
A bridge can be formed by using two magnetic sensor elements 51. FIG. 17 shows a magnetic sensor element 52 having a bridge. The magnetic sensor elements 51 are connected in parallel in the reverse direction. By assembling the bridge in this way, it is possible to obtain an effect of further amplifying the amount of change in the electric resistance by the magnetic sensor elements 27a and 27b in which the electric resistance changes due to the magnetic field. Connection point 34a
16b, an output voltage approximately twice that of the connection point 31 of FIG. 16 is obtained.

しかし、磁気抵抗膜と銅(Cu)などの金属導体からなる固定抵抗膜を用いて、磁気セ
ンサー素子51を形成した場合、膜の電気抵抗の温度特性の違いから、磁気センサーが高
温もしくは低温にさらされる周囲環境で使用されると、磁気センサー素子の中点電位が変
化して精度良く変位を検出できなくなる。磁気センサーを車載用センサーとして使用する
場合、150℃以上の耐熱性が要求されるが、例えばCuの温度係数が4.3×10−3
(deg.−1)であるのに対して、SVGMR膜の温度係数は1.0〜1.3×10
(deg.−1)と等しくないため、周囲温度の変化によりブリッジ回路の中点電位が
変化することになる。他の導体に用いられる金属のアルミニウムや金、銀の温度係数も4
.0〜4.2×10−3(deg.−1)であり、SVGMR素子の温度係数との差が大
きい。
However, when the magnetic sensor element 51 is formed using a magnetoresistive film and a fixed resistance film made of a metal conductor such as copper (Cu), the magnetic sensor is heated to a high temperature or a low temperature due to a difference in temperature characteristics of the electric resistance of the film. When used in an exposed ambient environment, the midpoint potential of the magnetic sensor element changes, making it impossible to detect displacement with high accuracy. When a magnetic sensor is used as a vehicle-mounted sensor, heat resistance of 150 ° C. or higher is required. For example, the temperature coefficient of Cu is 4.3 × 10 −3.
(Deg. −1 ), whereas the temperature coefficient of the SVGMR film is 1.0 to 1.3 × 10
3 (deg. −1 ), the midpoint potential of the bridge circuit changes due to a change in ambient temperature. The temperature coefficient of metal aluminum, gold, and silver used for other conductors is 4
. 0 to 4.2 × 10 −3 (deg. −1 ), and the difference from the temperature coefficient of the SVGMR element is large.

SVGMR膜の電気抵抗の温度係数と近い金属は合金系から選ぶことができる。例えば
、アルミニウムとマンガンを含んだニッケル合金のアルメル、銅と亜鉛の合金の黄銅、白
金とロジウムの合金があり、これらの温度係数は1.2〜1.4×10−3(deg.
)とSVGMR膜と非常に近いが、同じ値ではない。また、SVGMR膜とシート抵抗
値が異なるため、素子の形状や厚みを変えて電気抵抗値を合わせることが非常に難しい。
また、固定抵抗膜を得るために余分な製膜装置やスパッターターゲット材が必要となる。
A metal close to the temperature coefficient of the electrical resistance of the SVGMR film can be selected from an alloy system. For example, there are alumel of nickel alloy containing aluminum and manganese, brass of alloy of copper and zinc, alloy of platinum and rhodium, and the temperature coefficient thereof is 1.2 to 1.4 × 10 −3 (deg.
1 ) is very close to the SVGMR film, but not the same value. Also, since the sheet resistance value is different from that of the SVGMR film, it is very difficult to match the electric resistance value by changing the shape and thickness of the element.
Further, an extra film forming apparatus and a sputtering target material are required to obtain the fixed resistance film.

本願発明の目的は、感磁センサー素子と電気抵抗率と電気抵抗の温度特性が同じ磁気抵
抗効果膜で固定抵抗素子を形成し、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られる
磁気センサーおよび磁気エンコーダーを提供することである。
The object of the present invention is to form a fixed resistance element with a magnetoresistive effect element film having the same temperature characteristics of the magnetoresistive sensor element, the electrical resistivity, and the electrical resistance, and obtain a stable output characteristic even when the ambient temperature changes. And providing a magnetic encoder.

本願発明の磁気センサーは、外部磁界を検出する磁気センサーであって、外部磁界に反
応して電気抵抗が変化するGMR膜で形成した感磁センサー素子と、感磁センサー素子と
同一の膜材料で同一の膜積層順、同一の積層膜厚の構成で、外部磁界でほとんど抵抗変化
しない固定抵抗素子を有することが好ましい。
The magnetic sensor of the present invention is a magnetic sensor that detects an external magnetic field, and is made of a GMR film whose electrical resistance changes in response to the external magnetic field, and is made of the same film material as the magnetic sensor element. It is preferable to have fixed resistance elements that have the same film stacking order and the same stacked film thickness and that hardly change in resistance by an external magnetic field.

感磁センサー素子と固定抵抗素子は、同一の膜材料で同一の膜積層順、同一の積層膜厚
の構成である。膜は良好な磁気抵抗効果が得られる構成であることが重要である。膜厚の
ばらつきは良好な磁気抵抗効果が得られる範囲内とすることで、磁気抵抗変化率だけでな
く電気抵抗率、電気抵抗の温度係数のばらつきを低減することが出来る。積層膜厚は、G
MR膜を構成する各層の厚みと積層された全体の膜厚を言う。以降、各層の厚みと全体の
厚みを単に膜厚と称することもある。
The magnetic sensor element and the fixed resistance element have the same film material and the same film stacking order and the same film thickness. It is important that the film has a structure that can provide a good magnetoresistance effect. By setting the film thickness variation within a range in which a good magnetoresistance effect can be obtained, it is possible to reduce not only the magnetoresistance change rate but also the electrical resistivity and the temperature coefficient variation of the electrical resistance. The laminated film thickness is G
It means the thickness of each layer constituting the MR film and the total thickness of the laminated layers. Hereinafter, the thickness of each layer and the entire thickness may be simply referred to as a film thickness.

外部磁界で電気抵抗が変化する感磁センサー素子と同じ膜構成であるにも係わらず、固
定抵抗素子は外部磁界でほとんど抵抗変化しないのが本願発明の特徴である。固定抵抗素
子部のGMR膜に磁気抵抗効果を発現させない様にすることで、固定抵抗素子と感磁セン
サー素子を同じ電気抵抗率と同じ電気抵抗の温度係数とすることができる。固定抵抗素子
部のGMR膜に磁気抵抗効果を発現させない方法は、後項で詳細に説明するが、固定抵抗
膜の下地の面粗さを粗くする方法とGMR膜を加熱処理する方法を取ることができる。固
定抵抗素子の磁気抵抗はほとんど変化しないと記載しているが、その磁気抵抗変化率dR
/Rは0.2%以下を言う。測定器の測定限界値0.2%より低い値であるので、磁気抵
抗変化率は略ゼロと言えるレベルである。
The feature of the present invention is that the resistance of the fixed resistance element hardly changes in the external magnetic field, although it has the same film configuration as that of the magnetic sensor element whose electric resistance changes in the external magnetic field. By preventing the magnetoresistive effect from appearing in the GMR film of the fixed resistance element portion, the fixed resistance element and the magnetosensitive sensor element can have the same electric resistivity and the same temperature coefficient of electric resistance. The method for preventing the magnetoresistive effect from appearing in the GMR film of the fixed resistance element will be described in detail later, but a method of increasing the surface roughness of the base of the fixed resistance film and a method of heating the GMR film are employed. Can do. Although it is stated that the magnetoresistance of the fixed resistance element hardly changes, its magnetoresistance change rate dR
/ R means 0.2% or less. Since the value is lower than the measurement limit value 0.2% of the measuring instrument, the magnetoresistance change rate is at a level that can be said to be substantially zero.

GMR膜に磁気抵抗効果を発現させない方法により、固定抵抗素子と感磁センサー素子
を同じ電気抵抗値とするには素子寸法を変える必要がある。固定抵抗膜の下地の面粗さを
粗くする方法では、機械的に素子寸法を同じとすると電気抵抗が2〜20%大きくなって
しまう。これは、面粗さや面のうねりに倣ってGMR膜が製膜されるため、実質的な素子
寸法が長くなってしまうためである。そのため、素子の断面積を大きくするか素子の長さ
を短くして電気抵抗を合わせることが必要である。GMR膜を熱処理する方法では、感磁
センサー素子と固定抵抗素子は同じ面粗さの下地上に形成するので、実質的な素子寸法が
変わることはないため、固定抵抗素子と感磁センサー素子は同じ断面積と同じ長さに、パ
ターニングすることができる。
In order to make the fixed resistance element and the magnetosensitive sensor element have the same electric resistance value by a method in which the magnetoresistive effect is not exhibited in the GMR film, it is necessary to change the element dimensions. In the method of increasing the surface roughness of the base of the fixed resistance film, if the element dimensions are mechanically the same, the electric resistance increases by 2 to 20%. This is because the GMR film is formed following the surface roughness and surface undulation, and the substantial element size becomes long. Therefore, it is necessary to increase the cross-sectional area of the element or shorten the length of the element to match the electric resistance. In the method of heat-treating the GMR film, since the magnetic sensor element and the fixed resistance element are formed on the ground with the same surface roughness, the substantial element dimensions do not change. It can be patterned to the same cross-sectional area and the same length.

固定抵抗素子と感磁センサー素子を繋ぐ配線部や、感磁センサー素子を九十九折状に配
置した場合の感磁センサー素子間を繋ぐ配線部も、固定抵抗素子と同様にGMR膜に磁気
抵抗効果発現を起こさせないことが好ましい。これらの配線部は非磁性金属で形成するの
が好ましいが、配線を形成するのに多くの工数が必要である。配線部に磁気抵抗効果発現
を起こさないGMR膜を用いることで、製造工数の低減が図れる。
The wiring part connecting the fixed resistance element and the magnetic sensor element and the wiring part connecting the magnetic sensor elements when the magnetic sensor elements are arranged in a ninety-nine fold shape are magnetically applied to the GMR film in the same manner as the fixed resistance element. It is preferable not to cause the expression of the resistance effect. These wiring portions are preferably formed of a non-magnetic metal, but a lot of man-hours are required to form the wiring. By using a GMR film that does not cause the magnetoresistive effect in the wiring portion, the number of manufacturing steps can be reduced.

本願発明の磁気センサーのGMR膜は、結合型GMR膜もしくはSVGMR膜であるこ
とが好ましい。
The GMR film of the magnetic sensor of the present invention is preferably a coupled GMR film or an SVGMR film.

結合型GMR膜は、ウェファー上に形成された単層または複数層からなる下地層と非磁
性導電層、非磁性導電層を介して隣り合う少なくとも2層の強磁性層、最上位に形成され
る保護層から構成する。
The coupled GMR film is formed on the top layer of a single layer or a plurality of layers formed on a wafer, a nonmagnetic conductive layer, at least two ferromagnetic layers adjacent to each other via the nonmagnetic conductive layer. It consists of a protective layer.

SVGMR膜は、ウェファー上に形成された単層または複数層からなる下地層と非磁性
導電層、非磁性導電層を挟む磁化固定層および磁化自由層、磁化固定層の隣に形成される
反強磁性層からなる多層部、最上位に形成される保護膜から構成される。多層部で磁化固
定層および/または磁化自由層は、単層または複数層からなることが好ましい。
The SVGMR film is formed of a single layer or a plurality of layers formed on a wafer, a nonmagnetic conductive layer, a magnetization fixed layer and a magnetization free layer sandwiching the nonmagnetic conductive layer, and an antiferroelectric formed next to the magnetization fixed layer. It is composed of a multilayer part composed of a magnetic layer and a protective film formed on the top. In the multilayer portion, the magnetization fixed layer and / or the magnetization free layer is preferably composed of a single layer or a plurality of layers.

SVGMR膜は、ボトムタイプやトップタイプ、積層フェリ固定層タイプ、積層フェリ
自由層タイプ、デュアルタイプ、スペキュラータイプ、スピンフィルタータイプのいずれ
の構造でも良い。また、反強磁性層のないセルフピンタイプ、保磁力差タイプのSVGM
R膜でも良いものである。また、いずれかの積層界面で界面の平坦化を目的として、プラ
ズマ処理を施すことができる。
The SVGMR film may have any structure of a bottom type, a top type, a laminated ferri fixed layer type, a laminated ferri free layer type, a dual type, a specular type, and a spin filter type. In addition, self-pin type and anti-coercive force type SVGM without antiferromagnetic layer
An R film may be used. In addition, plasma treatment can be performed for the purpose of planarizing the interface at any of the stacked interfaces.

本願発明の磁気センサーは、感磁センサー素子の下地面粗さRa1は0.5nm以下で
、固定抵抗素子の下地面粗さRa2は5.0nm以上であることが好ましい。
In the magnetic sensor of the present invention, the lower ground roughness Ra1 of the magnetosensitive sensor element is preferably 0.5 nm or less, and the lower ground roughness Ra2 of the fixed resistance element is preferably 5.0 nm or more.

GMR膜に良好な磁気抵抗効果を発現させるに必要な下地の面粗さRaは0.5nm以
下である。下地の面粗さRaは、レーザーを使った非接触型表面粗さ計や原子間力顕微鏡
(AFM)等の測定器を用いて測定することができ、JISB0601で規定される中心
線平均粗さで求める。固定抵抗素子や配線部の下地の面粗さを5.0nm以上とすること
で、GMR膜の磁気抵抗効果発現を抑えることができる。SVGMR膜の場合、下地の表
面粗さが0.3nm<Ra<0.7nm程度のとき、磁化自由層と非磁性導電層、および
非磁性導電層と磁化固定層の界面粗さも大きくなり、オレンジピールカップリングが増大
し、非磁性導電層を介しての磁化固定層と磁化自由層の強磁性的結合(Hint)が大き
くなる。HintはMR曲線のゼロ磁界からのシフト量として現れるため、例えば、感磁
センサー素子の動作磁界範囲よりもHintが大きい場合、感磁センサー素子の抵抗は磁
界によって変化するが、表面粗さの大きい下地上に成膜した固定抵抗素子の抵抗は変化し
ないことになる。下地の表面粗さが5.0nm以上のときは、GMR膜の積層された各々
の膜厚が1nmから数nm厚と非常に薄いため、製膜源(ターゲット)の平行部と斜面部
で同じ厚みの膜にならないため磁気抵抗変化率に差が現れ、磁気抵抗効果が発現しなくな
ると考えられる。
The surface roughness Ra of the base necessary for exhibiting a good magnetoresistance effect in the GMR film is 0.5 nm or less. The surface roughness Ra of the substrate can be measured using a measuring instrument such as a non-contact surface roughness meter using a laser or an atomic force microscope (AFM), and the center line average roughness specified in JIS B0601. Ask for. By setting the surface roughness of the base of the fixed resistance element or the wiring portion to 5.0 nm or more, the magnetoresistive effect of the GMR film can be suppressed. In the case of the SVGMR film, when the surface roughness of the base is about 0.3 nm <Ra <0.7 nm, the interface roughness between the magnetization free layer and the nonmagnetic conductive layer and between the nonmagnetic conductive layer and the magnetization fixed layer also increases. Peel coupling increases, and the ferromagnetic coupling (Hint) between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer via the nonmagnetic conductive layer increases. Since Hint appears as a shift amount from the zero magnetic field of the MR curve, for example, when Hint is larger than the operating magnetic field range of the magnetosensitive sensor element, the resistance of the magnetosensitive sensor element varies depending on the magnetic field, but the surface roughness is large. The resistance of the fixed resistance element formed on the ground does not change. When the surface roughness of the base is 5.0 nm or more, the thickness of each of the GMR films stacked is as thin as 1 nm to several nm, so that the parallel part and the slope part of the film forming source (target) are the same. Since it does not become a film of thickness, a difference appears in the magnetoresistance change rate, and it is considered that the magnetoresistance effect does not appear.

結合型GMR膜の場合は、下地の表面粗さが増大するに従い非磁性導電層と強磁性層と
の界面粗さが大きくなり、非磁性導電層を介して強磁性層が反強磁性的に結合する領域が
減少して抵抗変化を示さなくなる。面粗さ大きくすることで、磁気抵抗効果発現条件の一
つを満たさなくしたものと考えられる。
In the case of a coupled GMR film, the interface roughness between the nonmagnetic conductive layer and the ferromagnetic layer increases as the surface roughness of the base increases, and the ferromagnetic layer becomes antiferromagnetic via the nonmagnetic conductive layer. The area to be coupled is reduced and no resistance change is shown. By increasing the surface roughness, it is considered that one of the magnetoresistive effect expression conditions is not satisfied.

感磁センサー素子を形成する部位の下地の面粗さRa1より、固定抵抗素子や配線部の
下地の面粗さRa2を5.0nm以上と粗くすることで、同じGMR膜を製膜しても、感
磁センサー素子部は磁気抵抗効果が発現し、固定抵抗素子や配線部は磁気抵抗効果が発現
しない。この様に、固定抵抗素子部に感磁センサー素子部と同じ材質で同じ厚み、同じ膜
積層順構成のGMR膜を用いるため、固定抵抗素子部と感磁センサー素子部は同じ電気抵
抗率で同じ電気抵抗の温度係数とすることができる。これにより、使用環境温度の変化が
あっても、温度による磁気センサー素子の中点電位の変化をなくすことができる。
Even if the same GMR film is formed by making the surface roughness Ra2 of the base of the fixed resistance element or the wiring part as rough as 5.0 nm or more than the surface roughness Ra1 of the base where the magnetic sensor element is formed The magnetosensitive sensor element portion exhibits a magnetoresistive effect, and the fixed resistor element and the wiring portion do not exhibit a magnetoresistive effect. As described above, since the GMR film having the same material, the same thickness, and the same film stacking order configuration is used for the fixed resistance element portion, the fixed resistance element portion and the magnetosensitive sensor element portion have the same electric resistivity and the same. It can be a temperature coefficient of electrical resistance. Thereby, even if there is a change in the use environment temperature, it is possible to eliminate the change in the midpoint potential of the magnetic sensor element due to the temperature.

前述した面粗さと同程度の凹凸量(山の頂点と谷底間の間隔)を有しているウェファー
でも、凹凸のピッチが大きいと磁気抵抗効果の発現を抑えることはできない。つまり、大
きな周期のうねりを持った面では凹凸量が大きくても磁気抵抗効果の発現を抑えられない
ものである。大きな周期のうねりを持つ面では、製膜源(ターゲット)の平行部と斜面部
でも略同じ厚みの膜になってしまうためと考えられる。凹凸のピッチは0.5μm以下が
好ましいものである。うねりが大きいとマクロ的な寸法(パターニングした素子寸法)が
同じでも、ミクロ的にはうねりに沿って膜が形成されるため、素子の長さが変化すること
になり、固定抵抗素子28の電気抵抗が大きくなる。しかし、本発明の磁気センサーにお
いては、感磁センサー素子と固定抵抗素子の材質が同じで温度係数が等しいため、固定抵
抗素子の幅を広くするか長さを短くする等の調整をすることにより、感磁センサー素子と
固定抵抗素子の電気抵抗値を容易に合わせることができる。
Even a wafer having an unevenness amount (spacing between a peak and a valley bottom) similar to the surface roughness described above cannot suppress the magnetoresistive effect if the uneven pitch is large. That is, on the surface having a large period of undulation, even if the unevenness amount is large, the expression of the magnetoresistive effect cannot be suppressed. It is considered that on the surface having a large period of undulations, the parallel portion and the slope portion of the film forming source (target) are formed into films having substantially the same thickness. The pitch of the unevenness is preferably 0.5 μm or less. When the waviness is large, even if the macroscopic dimensions (patterned element dimensions) are the same, since the film is formed along the waviness on a micro scale, the length of the element changes, and the electric resistance of the fixed resistance element 28 is changed. Resistance increases. However, in the magnetic sensor of the present invention, since the material of the magnetosensitive sensor element and the fixed resistance element are the same and the temperature coefficient is equal, by adjusting the width of the fixed resistance element or shortening the length, etc. The electric resistance values of the magnetosensitive sensor element and the fixed resistance element can be easily matched.

磁気センサー素子を形成するウェファーには、非磁性で絶縁性のガラスやセラミックを
用いることができる。シリコン基板を用いる場合は、シリコン基板面に絶縁性の酸化アル
ミニウム(アルミナ)や酸化シリコン(SiO)等を製膜することがよい。
Non-magnetic and insulating glass or ceramic can be used for the wafer forming the magnetic sensor element. When a silicon substrate is used, it is preferable to form an insulating aluminum oxide (alumina), silicon oxide (SiO 2 ), or the like on the silicon substrate surface.

良好な磁気抵抗効果が発現する面粗さRa1を有するウェファーを、フォトリソ技術を
用い固定抵抗素子や配線部を形成する部位のみを、エッチングで面粗さRa2と大きくす
る。面粗さの大きな部位Ra2と小さな部位Ra1を有するウェファーに、GMR膜を形
成した後、感磁センサー部と固定抵抗部、配線部等のパターニングを行う。ウェファーの
Ra2加工のエッチングは、ドライエッチングとウェットエッチングの何れも使用でき、
ウェファーの材質で選択することもできる。また、サンドブラスト処理の様な機械的な加
工方法を用いることもできる。
A wafer having a surface roughness Ra1 that exhibits a good magnetoresistive effect is etched to increase the surface roughness Ra2 only to a portion where a fixed resistance element and a wiring portion are formed using a photolithographic technique. After the GMR film is formed on the wafer having the part Ra2 having the large surface roughness and the part Ra1 having the small surface roughness, the magnetosensitive sensor part, the fixed resistance part, the wiring part and the like are patterned. For wafer Ra2 processing, either dry etching or wet etching can be used.
You can also select the wafer material. A mechanical processing method such as sandblasting can also be used.

シリコンウェファーを用いる場合は、シリコンの結晶方向による異方性エッチング効果
を用い、凹凸を形成することもできる。凹凸を形成する部分に、一辺0.1μmから0.
5μm程度の方形孔のフォトレジストパターンを形成し、水酸化カリウム溶液等を用いて
ウェットエッチングを行うと、逆ピラミッド型のエッチピットが得られる。フォトレジス
トパターンを除去した後、酸化シリコンやアルミナ等の絶縁膜を100nm程度形成する
ことで、固定抵抗素子や配線部を形成する部位の面粗さRa2が粗いシリコンウェファー
を得ることができる。
When a silicon wafer is used, the unevenness can be formed by using an anisotropic etching effect depending on the crystal direction of silicon. One side of 0.1 μm to 0.
When a photoresist pattern having a square hole of about 5 μm is formed and wet etching is performed using a potassium hydroxide solution or the like, an inverted pyramid type etch pit is obtained. After removing the photoresist pattern, an insulating film made of silicon oxide, alumina, or the like is formed to a thickness of about 100 nm, whereby a silicon wafer having a rough surface roughness Ra2 at a portion where the fixed resistance element and the wiring portion are formed can be obtained.

ウェファーに多結晶のセラミック、例ばアルミナを用いた場合、アルミナの部分的な組
成の変化や結晶面の違いにより、良好な磁気抵抗効果が発現するRa1まで研磨すること
は難しい。例え研磨ができたとしても非常に高価なウェファーとなってしまい、工業的に
使用することが難しい。ウェファーの面粗さは磁気抵抗効果が発現しないRa2とし、感
磁センサー素子を形成する部位に、アルミナや酸化シリコンの膜を300nm程度形成し
、感磁センサー素子に磁気抵抗効果を発現させる面粗さRa1とする。アルミナや酸化シ
リコンの膜の端部は直角ではなく斜面とすると、連続したGMR膜が形成し易いので好ま
しい。
When a polycrystalline ceramic, for example, alumina, is used for the wafer, it is difficult to polish to Ra1 that exhibits a good magnetoresistance effect due to a partial composition change of alumina and a difference in crystal plane. Even if it can be polished, it becomes a very expensive wafer and is difficult to use industrially. The surface roughness of the wafer is Ra2, which does not exhibit the magnetoresistive effect, and an alumina or silicon oxide film is formed to a thickness of about 300 nm at the site where the magnetosensitive sensor element is to be formed, so that the magnetoresistive sensor element exhibits the magnetoresistive effect. Ra1. It is preferable that the end portions of the alumina or silicon oxide film have a slope instead of a right angle because a continuous GMR film can be easily formed.

本願発明の磁気センサーは、GMR膜をスポット加熱して固定抵抗素子を形成すること
が好ましい。
In the magnetic sensor of the present invention, it is preferable to form a fixed resistance element by spot heating the GMR film.

固定抵抗素子や配線部のGMR膜の磁気抵抗効果発現を抑えるのに、加熱する方法を用
いることもできる。固定抵抗素子や配線部のGMR膜を、スポット的に350℃以上に加
熱して磁気抵抗効果の発現を抑える。加熱熔融して合金を製造するのではなく、積層膜間
の交換結合やピン止め磁界を弱めたり無くしたりするもので、熔融する温度まで上げる必
要はない。
A heating method can be used to suppress the magnetoresistive effect of the GMR film in the fixed resistance element and the wiring portion. The GMR film of the fixed resistance element and the wiring portion is spot-heated to 350 ° C. or higher to suppress the magnetoresistive effect. The alloy is not manufactured by heating and melting, but rather weakens or eliminates the exchange coupling between the laminated films and the pinning magnetic field, and does not need to be raised to the melting temperature.

スポット加熱を行う方法として、赤外線ビーム照射やレーザー照射、高周波加熱、交流
スポット加熱がある。加熱範囲の制御の容易さや昇温速度の速さ等から、レーザーを用い
ることが好ましい。レーザーを用い加熱範囲を制御することで、感磁センサー素子と固定
抵抗素子、感磁センサー素子と配線部の境界をはっきりさせ、感磁センサー素子への熱の
影響を最小限にすることができる。
Examples of the spot heating method include infrared beam irradiation, laser irradiation, high frequency heating, and AC spot heating. It is preferable to use a laser from the viewpoint of ease of control of the heating range, the rate of temperature rise, and the like. By controlling the heating range using a laser, it is possible to clarify the boundary between the magnetic sensor element and the fixed resistance element, the magnetic sensor element and the wiring part, and minimize the influence of heat on the magnetic sensor element. .

GMR膜をスポット的に加熱処理を行う場合、空気中で酸化するような高い温度まで上
げると、電気抵抗率や電気抵抗の温度係数が変化してしまい使用できなくなる。酸化を防
ぐには不活性ガス中か真空中で加熱処理を行えば良いが、装置が大掛かりになる事と作業
性が悪くなるので好ましくない。また、加熱温度が高くなると熱が感磁センサー素子部ま
で伝わり、磁気抵抗効果の性能を低下させる恐れがある。そのため、磁気抵抗効果が発現
しなくなる温度より、数10℃から100℃程度高い温度で熱処理することが好ましい。
When the GMR film is heat-treated in a spot manner, if the temperature is raised to a high temperature that oxidizes in the air, the electrical resistivity and the temperature coefficient of the electrical resistance change and cannot be used. In order to prevent oxidation, heat treatment may be performed in an inert gas or in a vacuum, but this is not preferable because the apparatus becomes large and workability deteriorates. Further, when the heating temperature is increased, heat is transmitted to the magnetosensitive sensor element portion, which may reduce the performance of the magnetoresistive effect. Therefore, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature that is several tens of degrees Celsius to 100 degrees Celsius higher than the temperature at which the magnetoresistive effect does not appear.

本願発明の磁気センサーの製造は、ウェファーに感磁センサー素子と固定抵抗素子の形
成位置で面粗さRaの異なる部位を形成する工程、GMR膜を形成する工程、GMR膜を
感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部の形状にパターニングする工程、ウェファーを
個片化し磁気センサーを形成する工程を有することが好ましい。
The manufacturing of the magnetic sensor of the present invention includes the steps of forming a portion having a different surface roughness Ra at the position where the magnetosensitive sensor element and the fixed resistance element are formed on the wafer, forming the GMR film, and using the GMR film as the magnetosensitive sensor element. It is preferable to have a step of patterning the shape of the fixed resistance element and the wiring portion, and a step of dividing the wafer into pieces and forming a magnetic sensor.

本願発明の磁気センサーの製造は、ウェファーにGMR膜を形成する工程、GMR膜を
感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部の形状にパターニングする工程、固定抵抗素子
と配線部をスポット加熱する工程、ウェファーを個片化し磁気センサーを形成する工程を
有することが好ましい。
The manufacturing of the magnetic sensor of the present invention includes a step of forming a GMR film on the wafer, a step of patterning the GMR film into a magneto-sensitive sensor element and a fixed resistance element, and a shape of a wiring portion, and a step of spot heating the fixed resistance element and the wiring portion. It is preferable to have a step of separating the wafer into pieces and forming a magnetic sensor.

本願発明の磁気エンコーダーは、磁気媒体から発生する磁界を磁気センサーで検出する
磁気エンコーダーであって、本願発明の外部磁界に反応して電気抵抗が変化するGMR膜
で形成した感磁センサー素子と、感磁センサー素子と同一の膜材料と膜厚、膜積層順構成
で、外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗素子で、ブリッジ回路を形成した磁気セ
ンサーを用いることが好ましい。
The magnetic encoder of the present invention is a magnetic encoder for detecting a magnetic field generated from a magnetic medium by a magnetic sensor, and a magnetic sensor element formed of a GMR film whose electric resistance changes in response to an external magnetic field of the present invention; It is preferable to use a magnetic sensor in which a bridge circuit is formed by a fixed resistance element having the same film material, film thickness, and film stacking order configuration as that of the magnetosensitive sensor element and hardly changing in resistance by an external magnetic field.

感磁センサー素子と電気抵抗率と電気抵抗の温度特性が同じGMR膜で固定抵抗素子を
形成することで、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られる磁気センサーと磁
気エンコーダーが実現できた。
By forming a fixed resistance element with a GMR film that has the same temperature characteristics of the magnetic sensor element, electrical resistivity, and electrical resistance, it is possible to realize a magnetic sensor and a magnetic encoder that can obtain stable output characteristics against changes in ambient temperature. It was.

以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くす
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples with reference to the drawings. In order to make the explanation easy to understand, the same reference numerals are used for the same parts and parts.

図1に、反強磁性層下置積層フェリ固定層タイプ(ボトム積層フェリ固定層タイプ)の
SVGMR膜の構成を示す。図1a)に膜構成図、図1b)に実施した膜材質を示す。ガ
ラスウェファー11上に下地層12、反強磁性層13、磁化固定層14、非磁性導電層1
5、磁化自由層16、保護層17の順でスパッター成膜したボトム積層フェリ固定層タイ
プのSVGMR膜101である。外部磁界により磁化自由層16の磁化が回転し、磁化固
定層14の磁化方向と成す相対角度によって電気抵抗が変化する。電気絶縁性有するガラ
スウェファー11側からNiFeCr(4nm)/MnPt(12nm)/CoFe(1
.8nm)−Ru(0.9nm)−CoFe(2.0nm)/Cu(2nm)/CoFe
(1nm)−NiFe(3nm)/Ta(3nm)の順にスパッター膜を積層した。Ni
FeCrが下地層12、MnPtが反強磁性層13、Ruとこれを挟むCoFeが磁化固
定層14、Cuが非磁性導電層15、保護層側のCoFeとNiFeが磁化自由層16、
Taが保護層17に対応している。
FIG. 1 shows the configuration of an antiferromagnetic layer-underlying laminated ferri pinned layer type (bottom laminated ferri pinned layer type) SVGMR film. Fig. 1a) shows the membrane structure, and Fig. 1b) shows the material of the membrane. On the glass wafer 11, an underlayer 12, an antiferromagnetic layer 13, a magnetization fixed layer 14, and a nonmagnetic conductive layer 1
5 is a bottom laminated ferri pinned layer type SVGMR film 101 formed by sputtering in the order of the magnetization free layer 16 and the protective layer 17. The magnetization of the magnetization free layer 16 is rotated by the external magnetic field, and the electrical resistance changes depending on the relative angle formed with the magnetization direction of the magnetization fixed layer 14. From the glass wafer 11 side having electrical insulation, NiFeCr (4 nm) / MnPt (12 nm) / CoFe (1
. 8nm) -Ru (0.9nm) -CoFe (2.0nm) / Cu (2nm) / CoFe
Sputtered films were stacked in the order of (1 nm) -NiFe (3 nm) / Ta (3 nm). Ni
FeCr is an underlayer 12, MnPt is an antiferromagnetic layer 13, Ru and CoFe sandwiching this are magnetization fixed layers 14, Cu is a nonmagnetic conductive layer 15, CoFe and NiFe on the protective layer side are magnetization free layers 16,
Ta corresponds to the protective layer 17.

固定抵抗素子と配線部の磁気抵抗効果が発現しない下地の面粗さ(固定抵抗素子と配線
部を形成する部位のウェファー11の面粗さ)Ra2を求めるため、一枚のガラスウェフ
ァーに、Raを0.3nmから10nmまで変化させた部位を形成した。ガラスウェファ
ーにRaの異なる部位を形成し、SVGMR膜を形成することで、SVGMR膜のロット
間での影響を無くした。イオンミリング時間を変えることでRaを変化させた。磁気抵抗
変化率を精度良く測るため、10mmx10mmの大きさの試験パターンを用いた。
In order to determine the surface roughness Ra (surface roughness of the wafer 11 at a portion where the fixed resistance element and the wiring portion are formed) Ra2 where the magnetoresistive effect between the fixed resistance element and the wiring portion does not appear, Ra is applied to one glass wafer. The site | part which changed from 0.3 nm to 10 nm was formed. By forming portions with different Ra on the glass wafer and forming the SVGMR film, the influence between lots of the SVGMR film was eliminated. Ra was changed by changing the ion milling time. In order to accurately measure the magnetoresistive change rate, a test pattern having a size of 10 mm × 10 mm was used.

図2に、下地面粗さRaと磁気抵抗変化率の関係を示す。図中の面粗さ0.3nm〜0
.5nmはイオンミリングを行なわない場所の面粗さで、感磁センサー素子の下地の面粗
さRa1である。Ra1での磁気抵抗変化率(dR/R)は13.1(%)である。Ra
が大きくなるに従い磁気抵抗変化率は低下して、Ra4.6nmで磁気抵抗変化率は略ゼ
ロとなり、磁気抵抗効果が発現しなくなった。GMR膜の製膜ロットを増やして測定し、
ばらつき分を考慮してもRaを5.0nm以上とすることで、磁気抵抗効果の発現を抑え
ることができることが確認できた。
FIG. 2 shows the relationship between the base surface roughness Ra and the magnetoresistance change rate. Surface roughness in the figure 0.3 nm to 0
. 5 nm is the surface roughness of the place where ion milling is not performed, and is the surface roughness Ra1 of the base of the magnetosensitive sensor element. The magnetoresistance change rate (dR / R) at Ra1 is 13.1 (%). Ra
The magnetoresistive change rate decreased with increasing value, the magnetoresistive change rate became substantially zero at Ra 4.6 nm, and the magnetoresistive effect was not exhibited. Measure by increasing the production lot of GMR film,
It was confirmed that the magnetoresistive effect can be suppressed by setting Ra to 5.0 nm or more even when the variation is taken into consideration.

感磁センサー素子形成部の下地の面粗さRa1を0.3nm、固定抵抗素子と配線部の
下地の面粗さRa2を5.0nmとした磁気センサー素子の製造工程について、図3を参
照して説明する。形成した磁気センサー素子52を図3g)に示し、図3g)のp−p’
断面を用いて製造工程を説明する。図3g)の磁気センサー素子52は、図17のブリッ
ジタイプを素子形状で表したものである。ガラスウェファー11の表面粗さRa1面の、
感磁センサー素子形成部にフォトレジスト20を形成する[図3a]]。イオンミリング
装置でガラスウェファー11をドライエッチングする[図3b]]。イオンエッチング装
置から取り出して、フォトレジスト20を有機溶剤で除去し、感磁センサー素子形成部の
下地の面粗さがRa1で、固定抵抗素子と配線部を形成する部分の下地の面粗さがRa2
となったガラスウェファーを得た[図3c]]。判り易くするためRa2部は太線を追加
して表示している。SVGMR膜101をスパッターで形成[図3d]]。SVGMR膜
101上に感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部のパターンを得るためフォトレジス
ト20を塗布し、露光、現像を行った後、イオンミリングでSVGMR膜101をパター
ニングした[図3e]]。フォトレジスト20を有機溶剤で除去し、磁気センサー素子5
2を得た[図3f]と図3g]]。
FIG. 3 shows the manufacturing process of the magnetic sensor element in which the surface roughness Ra1 of the base of the magnetosensitive sensor element forming portion is 0.3 nm and the surface roughness Ra2 of the base of the fixed resistance element and the wiring portion is 5.0 nm. I will explain. The formed magnetic sensor element 52 is shown in FIG. 3g), and pp ′ of FIG. 3g).
The manufacturing process will be described using the cross section. The magnetic sensor element 52 in FIG. 3g) represents the bridge type in FIG. 17 in element shape. The surface roughness Ra1 of the glass wafer 11 is
Photoresist 20 is formed on the magnetic sensor element forming portion [FIG. 3a]. The glass wafer 11 is dry-etched with an ion milling apparatus [FIG. 3b]. Taking out from the ion etching apparatus, the photoresist 20 is removed with an organic solvent, and the surface roughness of the base of the magnetosensitive sensor element forming portion is Ra1, and the surface roughness of the base of the portion where the fixed resistance element and the wiring portion are formed is Ra2
A glass wafer was obtained [Fig. 3c]. In order to make it easy to understand, the Ra2 portion is displayed with a thick line added. The SVGMR film 101 is formed by sputtering [FIG. 3d]. A photoresist 20 was applied on the SVGMR film 101 to obtain a pattern of a magnetosensitive sensor element, a fixed resistance element, and a wiring portion. After exposure and development, the SVGMR film 101 was patterned by ion milling [FIG. 3e]. . The photoresist 20 is removed with an organic solvent, and the magnetic sensor element 5
2 was obtained [Fig. 3f] and Fig. 3g]].

磁気センサー素子52は、感磁センサー素子27と固定抵抗素子28の形状は同じで、
素子幅w=8μm、素子長さL=60μmとした。配線部25の幅は場所によって異なる
が、概ね素子幅の半分とした。感磁センサー素子27と固定抵抗素子28の電気抵抗は、
1380(Ω)で同じ値であった。Ra2を形成するのにイオンエッチングを使用したの
で、うねりの凹凸のピッチは10〜30μmであった。うねりによる固定抵抗素子部と感
磁センサー素子部の電気抵抗値の差は0.1%以下と無視できる値であったので、固定抵
抗素子と感磁センサー素子部のマクロ的な寸法は同じとした。
In the magnetic sensor element 52, the magnetic sensor element 27 and the fixed resistance element 28 have the same shape,
The element width w = 8 μm and the element length L = 60 μm. The width of the wiring portion 25 varies depending on the location, but is approximately half the element width. The electrical resistances of the magnetic sensor element 27 and the fixed resistance element 28 are
It was the same value at 1380 (Ω). Since ion etching was used to form Ra2, the pitch of the undulations was 10-30 μm. The difference in electrical resistance between the fixed resistance element and the magnetic sensor element due to waviness was negligible, 0.1% or less, so the macro dimensions of the fixed resistance element and the magnetic sensor element are the same. did.

図4に、反強磁性層上置積層フェリ固定層タイプ(トップ積層フェリ固定層タイプ)の
SVGMR膜の構成を示す。実施例1の反強磁性層下置積層フェリ固定層タイプ(ボトム
積層フェリ固定層タイプ)SVGMR膜の積層順を略逆にした構造である。図4に示す様
に、ガラスウェファー11側から下地層12、磁化自由層16、非磁性導電層15、磁化
固定層14、反強磁性層13、保護層17の順でスパッター成膜したトップ積層フェリ固
定層タイプのSVGMR膜102である。材料と膜厚は、基板11側からNiFeCr(
4nm)/NiFe(3nm)−CoFe(1nm)/Cu(2nm)/CoFe(2n
m)−Ru(0.9nm)−CoFe(1.8nm)/MnPt(12nm)/Ta(3
nm)の順にスパッター膜を積層した。
FIG. 4 shows the configuration of the SVGMR film of the antiferromagnetic layer-mounted laminated ferri pinned layer type (top laminated ferri pinned layer type). This is a structure in which the stacking order of the antiferromagnetic layer lower laminated ferri pinned layer type (bottom laminated ferri pinned layer type) SVGMR film of Example 1 is substantially reversed. As shown in FIG. 4, the top layer is formed by sputtering from the glass wafer 11 side in the order of the underlayer 12, the magnetization free layer 16, the nonmagnetic conductive layer 15, the magnetization fixed layer 14, the antiferromagnetic layer 13, and the protective layer 17. This is a ferri-fixed layer type SVGMR film 102. The material and the film thickness are NiFeCr (from the substrate 11 side).
4nm) / NiFe (3nm) -CoFe (1nm) / Cu (2nm) / CoFe (2n
m) -Ru (0.9 nm) -CoFe (1.8 nm) / MnPt (12 nm) / Ta (3
nm)).

GMR膜の磁気抵抗効果発現を抑えるのにレーザーを用いてスポット加熱を行った。加
熱温度と磁気抵抗変化率の関係を精度良く測るため、10mmx10mmの大きさの試験
パターンを用いた。また、ガラスウェファー上のSVGMR膜で、多数の試験パターンを
形成して試験パターン毎に過熱温度を変えることで、SVGMR膜のロット間の影響を除
いた。用いたレーザーはYAGレーザーで、レーザービーム径は10μmである。試験パ
ターン全域にレーザーを一定の速度でスキャンし、SVGMR膜を加熱した。加熱温度は
、レーザー出力と照射時間を変えることで制御し、過熱温度を180℃から450℃まで
変化させた試料を作製し、磁気抵抗変化率dR/R(%)を測定した。また、シート抵抗
Rs(Ω/□)も測定した。レーザービームで加熱された箇所の温度を直接測ることは非
常に難しいため、次の方法を用いて温度を求めた。ガラスウェファーの一部を切断して、
個別の試験パターンが形成されたチップを作製し、チップを大気炉に10秒程度入れて加
熱処理を行い、磁気抵抗変化率とシート抵抗を測定した。炉の温度と磁気抵抗変化率とシ
ート抵抗の関係を予め求めておき、レーザー照射加熱した試験パターンの磁気抵抗変化率
とシート抵抗から、レーザー加熱温度を求めた。膜が非常に薄いので10秒程度炉に入れ
るだけで、膜の温度は炉の温度となることは確認している。
Spot heating was performed using a laser to suppress the magnetoresistive effect of the GMR film. In order to accurately measure the relationship between the heating temperature and the rate of change in magnetoresistance, a test pattern having a size of 10 mm × 10 mm was used. In addition, the SVGMR film on the glass wafer was formed with a large number of test patterns, and the overheating temperature was changed for each test pattern, thereby eliminating the influence between lots of the SVGMR film. The laser used was a YAG laser and the laser beam diameter was 10 μm. The SVGMR film was heated by scanning the laser at a constant speed over the entire test pattern. The heating temperature was controlled by changing the laser output and the irradiation time, a sample with the superheating temperature changed from 180 ° C. to 450 ° C. was prepared, and the magnetoresistance change rate dR / R (%) was measured. Further, the sheet resistance Rs (Ω / □) was also measured. Since it is very difficult to directly measure the temperature of the portion heated by the laser beam, the temperature was obtained using the following method. Cut part of the glass wafer,
A chip on which an individual test pattern was formed was prepared, the chip was placed in an atmospheric furnace for about 10 seconds, heat treatment was performed, and the magnetoresistance change rate and sheet resistance were measured. The relationship between the furnace temperature, the magnetoresistance change rate, and the sheet resistance was obtained in advance, and the laser heating temperature was obtained from the magnetoresistance change rate and the sheet resistance of the test pattern heated by laser irradiation. Since the film is very thin, it is confirmed that the temperature of the film becomes the temperature of the furnace only by putting it in the furnace for about 10 seconds.

図5に、レーザー加熱温度と磁気抵抗変化率、シート抵抗の関係を示す。レーザー加熱
温度が270℃以下では磁気抵抗変化率は変わらないが、それ以上の温度になると磁気抵
抗変化率は低下し、320℃で磁気抵抗変化率は略ゼロとなり、磁気抵抗効果が発現しな
くなった。400℃以下ではシート抵抗Rsの変化は無いが、400℃以上になるとシー
ト抵抗Rsは大きくなり始め、450℃で急激に大きくなった。これは、磁気抵抗効果膜
が酸化したためと考えられる。磁気抵抗変化率とシート抵抗から、レーザー加熱温度の下
限は320℃、上限は400℃である。作業ばらつき等を考慮し、レーザー照射による加
熱温度は350以上400以下が好ましい範囲であることが確認できた。
FIG. 5 shows the relationship between the laser heating temperature, the magnetoresistance change rate, and the sheet resistance. When the laser heating temperature is 270 ° C. or lower, the magnetoresistance change rate does not change, but when the temperature is higher than that, the magnetoresistance change rate decreases, and at 320 ° C., the magnetoresistance change rate becomes substantially zero, and the magnetoresistance effect does not appear. It was. The sheet resistance Rs did not change at 400 ° C. or lower, but the sheet resistance Rs began to increase at 400 ° C. or higher and increased rapidly at 450 ° C. This is presumably because the magnetoresistive film was oxidized. From the magnetoresistance change rate and the sheet resistance, the lower limit of the laser heating temperature is 320 ° C., and the upper limit is 400 ° C. In consideration of work variations and the like, it was confirmed that the heating temperature by laser irradiation was in the preferred range of 350 or more and 400 or less.

磁気センサー素子の製造工程について、図6を参照して説明する。形成した磁気センサ
ー素子52を図6f)に示し、図6f)のp−p’断面を用いて製造工程を説明する。ガ
ラスウェファー11の0.4nmの表面粗さRa1面にSVGMR膜102を形成した[
図6a)]。SVGMR膜102上に感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部のパター
ンを得るためフォトレジスト20を塗布し、露光、現像を行った後、イオンミリングでS
VGMR膜102をパターニングし、感磁センサー素子27と固定抵抗素子28’、配線
部25’を得た[図3b]と図3c]]。この工程で形成された固定抵抗素子と配線部は
、磁気抵抗効果を発現するので、固定抵抗素子28’、配線部25’と符号に’を付けて
区別している。固定抵抗素子と配線部に大気中でレーザー照射し380℃まで加熱した。
レーザーは予めプログラムされた通りにスキャニングさせた[図6d]]。レーザー照射
した固定抵抗素子と配線部のSVGMR膜102は磁気抵抗効果を発現せず、感磁センサ
ー素子は磁気抵抗効果を発現する磁気センサー素子52を得た[図6e]と図6f]]。
本実施例では、SVGMR膜102を各素子にパターニングしてから、レーザー照射した
が、工程を逆にして所定の部位にレーザー照射した後、各素子形状にパターニング行うこ
ともできる。レーザー照射により電気抵抗率は変化しないので、感磁センサー素子と固定
抵抗素子の素子寸法は同じとしている。
The manufacturing process of the magnetic sensor element will be described with reference to FIG. The formed magnetic sensor element 52 is shown in FIG. 6f), and the manufacturing process will be described using the pp ′ cross section of FIG. 6f). An SVGMR film 102 was formed on the 0.4 nm surface roughness Ra1 surface of the glass wafer 11 [
FIG. 6a)]. A photoresist 20 is applied on the SVGMR film 102 in order to obtain a pattern of a magnetosensitive sensor element, a fixed resistance element, and a wiring portion. After exposure and development, S is performed by ion milling.
The VGMR film 102 was patterned to obtain a magnetosensitive sensor element 27, a fixed resistance element 28 ′, and a wiring portion 25 ′ [FIGS. 3b] and 3c]. Since the fixed resistance element and the wiring portion formed in this step exhibit a magnetoresistive effect, they are distinguished from the fixed resistance element 28 ′ and the wiring portion 25 ′ by adding a symbol “′”. The fixed resistance element and the wiring portion were irradiated with laser in the atmosphere and heated to 380 ° C.
The laser was scanned as previously programmed [FIG. 6d]. The fixed resistance element irradiated with the laser and the SVGMR film 102 in the wiring portion did not exhibit the magnetoresistive effect, and the magnetosensitive sensor element obtained the magnetic sensor element 52 that exhibited the magnetoresistive effect [FIG. 6e] and FIG. 6f]].
In this embodiment, the SVGMR film 102 is patterned on each element and then laser irradiation is performed. However, the process may be reversed to irradiate a predetermined portion with a laser and then patterning each element shape. Since the electrical resistivity does not change by laser irradiation, the element dimensions of the magnetosensitive sensor element and the fixed resistance element are the same.

図7に、反強磁性層下置タイプSVGMR膜(ボトムタイプSVGMR膜)の構成を示
す。ガラスウェファー11側からNiFeCr(4nm)/MnPt(12nm)/Co
Fe(2.5nm)/Cu(2nm)/CoFe(1nm)−NiFe(3nm)/Ta
(3nm)の順でスパッター成膜した反強磁性層下置タイプSVGMR膜103である。
NiFeCrが下地層12、MnPtが反強磁性層13、下地層側のCoFeが磁化固定
層14、Cuが非磁性導電層15、保護層側のCoFeとNiFeが磁化自由層16、T
aが保護層17にそれぞれ対応する。
FIG. 7 shows the configuration of an antiferromagnetic layer-lowering type SVGMR film (bottom type SVGMR film). From the glass wafer 11 side, NiFeCr (4 nm) / MnPt (12 nm) / Co
Fe (2.5 nm) / Cu (2 nm) / CoFe (1 nm) -NiFe (3 nm) / Ta
This is an antiferromagnetic layer underlying type SVGMR film 103 formed by sputtering in the order of (3 nm).
NiFeCr is the underlayer 12, MnPt is the antiferromagnetic layer 13, CoFe on the underlayer side is the magnetization fixed layer 14, Cu is the nonmagnetic conductive layer 15, CoFe and NiFe on the protective layer side are the magnetization free layer 16, T
a corresponds to each of the protective layers 17.

表面粗さRa0.3nmのガラスウェファー11の、固定抵抗素子と配線部が形成され
る部位を、イオンミリングで面を粗してRa5.0nmとした。ガラスウェファー11に
図7に示す反強磁性層下置タイプSVGMR膜103を形成し、フォトリソ技術とイオン
ミリングを用いて磁気センサー素子を形成した。磁気センサー素子の製造工程は実施例1
と同じとした。
A portion of the glass wafer 11 having a surface roughness Ra of 0.3 nm where the fixed resistance element and the wiring portion are formed was roughened by ion milling to Ra 5.0 nm. 7 was formed on the glass wafer 11, and a magnetic sensor element was formed by using a photolithography technique and ion milling. The manufacturing process of the magnetic sensor element is shown in Example 1.
And the same.

図8に、反強磁性層上置タイプSVGMR膜(トップタイプSVGMR膜)の膜構成を
示す。アルミナウェファー11側からNiFeCr(4nm)/NiFe(3nm)−C
oFe(1nm)/Cu(2nm)/CoFe(2.5nm)/MnPt(12nm)/
Ta(3nm)の順でスパッター成膜した反強磁性層上置タイプSVGMR膜104であ
る。NiFeCrが下地層12、下地層に接するNiFeとこの上に成膜されるCoFe
が磁化自由層16、Cuが非磁性導電層15、保護層側のCoFeが磁化固定層16、M
nPtが反強磁性層13、Taが保護層17にそれぞれ対応する。
FIG. 8 shows a film configuration of an antiferromagnetic layer-mounted SVGMR film (top type SVGMR film). NiFeCr (4 nm) / NiFe (3 nm) -C from the alumina wafer 11 side
oFe (1 nm) / Cu (2 nm) / CoFe (2.5 nm) / MnPt (12 nm) /
This is an antiferromagnetic layer-mounted SVGMR film 104 formed by sputtering in the order of Ta (3 nm). NiFeCr is an underlayer 12, NiFe in contact with the underlayer, and CoFe formed thereon
Is the magnetization free layer 16, Cu is the nonmagnetic conductive layer 15, CoFe on the protective layer side is the magnetization fixed layer 16, M
nPt corresponds to the antiferromagnetic layer 13, and Ta corresponds to the protective layer 17.

アルミナウェファーを鏡面研磨してRa5.5nmの表面粗さを得た。Ra5.5nm
の面にSVGMR膜を製膜しても磁気抵抗効果は発現しないため、感磁センサー素子を形
成する部位に、スパッターで300nm厚のアルミナ膜を形成し表面を平滑化した。アル
ミナ膜面の面粗さRaは0.4nmとなり、SVGMR膜を製膜すると磁気抵抗効果が発
現させることができた。
The alumina wafer was mirror-polished to obtain a surface roughness of Ra 5.5 nm. Ra 5.5nm
Even if an SVGMR film was formed on this surface, no magnetoresistive effect was exhibited. Therefore, an alumina film having a thickness of 300 nm was formed by sputtering on the part where the magnetosensitive sensor element was to be formed, and the surface was smoothed. The surface roughness Ra of the alumina film surface was 0.4 nm, and when the SVGMR film was formed, the magnetoresistance effect could be expressed.

磁気センサー素子の製造工程について、図9を参照して説明する。形成した磁気センサ
ー素子52を図9g)に示し、図9g)のp−p’断面を用いて製造工程を説明する。ア
ルミナウェファー11の表面粗さRa2面にステンシル形状(きのこ状)のフォトレジス
ト21を形成した[図9a]]。フォトレジスト21の開口部は感磁センサー素子が形成
される場所である。アルミナ膜43を300nm製膜した[図9b]]。ステンシル形状
フォトレジスト21のきのこの傘部分で、膜の附着が妨げられきのこの茎の根元にかけて
、アルミナ膜は傾斜した形状とすることができる。片側の傘の張り出し部分のフォトレジ
スト長さは1.2μmとした。フォトレジスト21を有機溶剤で除去し、感磁センサー素
子形成部がアルミナ膜43で面粗さRa1が0.4nmのウェファーを得た[図9c]]
。SVGMR膜104を形成[図9d]]。フォトレジスト20を塗布し各素子形状にパ
ターニングした後、イオンミリングでSVGMR膜104をパターニングした[図9e]
。フォトレジスト20を有機溶剤で除去し、磁気センサー素子52を得た[図9f]と図
9g)]。アルミナ膜の端部を緩やかな傾斜面とすることで、感磁センサー素子と配線部
もしくは固定抵抗素子との接続がスムーズになり、接続部での断線や電気抵抗の増加等を
防ぐことができた。
The manufacturing process of the magnetic sensor element will be described with reference to FIG. The formed magnetic sensor element 52 is shown in FIG. 9g), and the manufacturing process will be described using the pp ′ cross section of FIG. 9g). A stencil-shaped (mushroom-shaped) photoresist 21 was formed on the surface roughness Ra2 surface of the alumina wafer 11 [FIG. 9a]. The opening of the photoresist 21 is a place where a magnetosensitive sensor element is formed. An alumina film 43 was formed to a thickness of 300 nm [FIG. 9b]. At the mushroom umbrella portion of the stencil-shaped photoresist 21, the attachment of the film is hindered, and the alumina film can be inclined to the root of the mushroom stem. The photoresist length of the protruding portion of the umbrella on one side was set to 1.2 μm. The photoresist 21 was removed with an organic solvent, and a wafer having an alumina film 43 and a surface roughness Ra1 of 0.4 nm was obtained [FIG. 9c].
. The SVGMR film 104 is formed [FIG. 9d]. After applying the photoresist 20 and patterning it into each element shape, the SVGMR film 104 was patterned by ion milling [FIG. 9e].
. The photoresist 20 was removed with an organic solvent to obtain a magnetic sensor element 52 [FIG. 9f] and FIG. 9g). By making the end of the alumina film a gentle inclined surface, the connection between the magnetosensitive sensor element and the wiring part or fixed resistance element becomes smooth, and disconnection at the connection part and increase in electrical resistance can be prevented. It was.

図10に、ボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプのSVGMR膜の膜
構成を示す。ウェファー11側からNiFeCr(4nm)/MnPt(12nm)/C
oFe(1.8nm)−Ru(0.9nm)−CoFe(2nm)/Cu(2nm)/C
oFe(1nm)−NiFe(2nm)−Ru(0.9nm)−NiFe(2nm)/T
a(3nm)の順にスパッター膜を積層したボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自
由層タイプのSVGMR膜105である。NiFeCrが下地層12、MnPtが反強磁
性層13、下地層側のRuとこれを挟むCoFeが磁化固定層14、Cuが非磁性導電層
15、保護層側のCoFeおよびこの上に成膜されるRuとこれを挟むNiFeが磁化自
由層16、Taが保護層17にそれぞれ対応する。
FIG. 10 shows a film configuration of a bottom laminated ferri pinned layer and a laminated ferri free layer type SVGMR film. NiFeCr (4 nm) / MnPt (12 nm) / C from wafer 11 side
oFe (1.8 nm) -Ru (0.9 nm) -CoFe (2 nm) / Cu (2 nm) / C
oFe (1 nm) -NiFe (2 nm) -Ru (0.9 nm) -NiFe (2 nm) / T
It is a bottom laminated ferri pinned layer and a laminated ferri free layer type SVGMR film 105 in which sputtered films are laminated in the order of a (3 nm). NiFeCr is an underlayer 12, MnPt is an antiferromagnetic layer 13, Ru on the underlayer side and CoFe sandwiching the Ru are magnetization fixed layers 14, Cu is a nonmagnetic conductive layer 15, CoFe on the protective layer side and CoFe are formed thereon. Ru and NiFe sandwiching this correspond to the magnetization free layer 16 and Ta correspond to the protective layer 17, respectively.

磁気センサー素子の製造工程について、図11を参照して説明する。形成した磁気セン
サー素子52を図11i)に示し、図11i)のp−p’断面を用いて製造工程を説明す
る。シリコウェファー11の磁気センサー素子形成面は結晶面(100)とした[図11
a)]。シリコンウェファー11にフォトレジスト20を塗布し、固定抵抗素子と配線部
を形成する部位に多数の0.2μm□の孔の開いたフォトレジスト22を形成した[図1
1b)]。エッチング液41にシリコンウェファー11を浸漬し、ウェットエッチングを
行った[図11c]]。エッチング液には水酸化カリウム(KOH)溶液を用いた。フォ
トレジスト20,22を有機溶剤で除去し、固定抵抗素子と配線部を形成する部位には、
一辺wが0.2μmの逆ピラミッド型のエッチピット42が形成され、感磁センサー素子
形成部はエッチングされていないシリコン面を持つ、シリコンウェファーを得た[図11
d]。電気的絶縁とエッチピットの角部を滑らかにするため、酸化シリコン(SiO
46を300nm厚で形成した[図11e]]。酸化シリコン膜面の面粗さがRa1とR
a2になる。本実施例では、感磁センサー素子の下地の面の粗さRa1は0.3nm、固
定抵抗素子と配線部の下地の面粗さRa2は8nmである。面粗さRa2が8nmの面で
は形成されたSVGMR膜105は、磁気抵抗効果を発現できない。酸化シリコン膜の上
に、スパッターでSVGMR膜105を製膜した[図11f]]。SVGMR膜105上
に、フォトレジスト20を塗布し各素子形状にパターニングした後、イオンミリングでS
VGMR膜105をパターニングした[図11g]]。フォトレジスト20を有機溶剤で
除去し、磁気センサー素子52を得た[図11h)と図11i)]。
The manufacturing process of the magnetic sensor element will be described with reference to FIG. The formed magnetic sensor element 52 is shown in FIG. 11i), and the manufacturing process will be described using the pp ′ cross section of FIG. 11i). The surface of the silicon wafer 11 on which the magnetic sensor element is formed is a crystal plane (100) [FIG.
a)]. Photoresist 20 is applied to the silicon wafer 11, and a photoresist 22 having a large number of 0.2 μm square holes is formed at a portion where the fixed resistance element and the wiring portion are to be formed [FIG.
1b)]. The silicon wafer 11 was immersed in the etching solution 41 and wet etching was performed [FIG. 11c]. A potassium hydroxide (KOH) solution was used as an etching solution. The portions where the photoresists 20 and 22 are removed with an organic solvent and the fixed resistance element and the wiring portion are formed are:
An inverted pyramid-type etch pit 42 having a side w of 0.2 μm was formed, and the magnetosensitive sensor element forming portion obtained a silicon wafer having an unetched silicon surface [FIG.
d]. Silicon oxide (SiO 2 ) for electrical insulation and smooth corners of etch pits
46 was formed with a thickness of 300 nm [FIG. 11e]. The surface roughness of the silicon oxide film is Ra1 and R
It becomes a2. In this embodiment, the surface roughness Ra1 of the ground surface of the magnetic sensor element is 0.3 nm, and the surface roughness Ra2 of the ground surface of the fixed resistance element and the wiring portion is 8 nm. The SVGMR film 105 formed on the surface having the surface roughness Ra2 of 8 nm cannot exhibit the magnetoresistance effect. An SVGMR film 105 was formed on the silicon oxide film by sputtering [FIG. 11f]. After applying a photoresist 20 on the SVGMR film 105 and patterning it into each element shape, S is performed by ion milling.
The VGMR film 105 was patterned [FIG. 11g]. The photoresist 20 was removed with an organic solvent to obtain a magnetic sensor element 52 [FIG. 11h) and FIG. 11i)].

図12に、デュアルタイプSVGMR膜の膜構成を示す。ウェファー11側からNiF
eCr(4nm)/MnPt(12nm)/CoFe(1.8nm)−Ru(0.9nm
)−CoFe(2nm)/Cu(2nm)/CoFe(0.5nm)−NiFe(3nm
)−CoFe(0.5nm)/Cu(2nm)/CoFe(2nm)−Ru(0.9nm
)−CoFe(1.8nm)/MnPt(12nm)/Ta(3nm)の順にスパッター
膜を積層したデュアルタイプSVGMR膜106である。NiFeCrが下地層12、下
地層側のMnPtが第1反強磁性層13A、下地層側のRuとこれを挟むCoFeが第1
磁化固定層14A、下地層側のCuが第1非磁性導電層15A、第1非磁性導電層15A
上のCoFe(0.5nm)/NiFe(3nm)/CoFe(0.5nm)が磁化自由
層16、保護層側のCuが第2非磁性導電層15B、保護層側のRuとこれを挟むCoF
eが第2磁化固定層14B、保護層側のMnPtが第2反強磁性層13B、Taが保護層
17にそれぞれ対応する。
FIG. 12 shows the film configuration of the dual type SVGMR film. NiF from wafer 11 side
eCr (4 nm) / MnPt (12 nm) / CoFe (1.8 nm) -Ru (0.9 nm
) -CoFe (2 nm) / Cu (2 nm) / CoFe (0.5 nm) -NiFe (3 nm)
) -CoFe (0.5 nm) / Cu (2 nm) / CoFe (2 nm) -Ru (0.9 nm)
) -CoFe (1.8 nm) / MnPt (12 nm) / Ta (3 nm). NiFeCr is the underlayer 12, MnPt on the underlayer side is the first antiferromagnetic layer 13A, Ru on the underlayer side and CoFe sandwiching this are the first.
The magnetization fixed layer 14A and the Cu on the underlayer side are the first nonmagnetic conductive layer 15A and the first nonmagnetic conductive layer 15A.
CoFe (0.5 nm) / NiFe (3 nm) / CoFe (0.5 nm) above is the magnetization free layer 16, Cu on the protective layer side is the second nonmagnetic conductive layer 15 B, Ru on the protective layer side, and CoF sandwiching this
e corresponds to the second magnetization fixed layer 14B, MnPt on the protective layer side corresponds to the second antiferromagnetic layer 13B, and Ta corresponds to the protective layer 17, respectively.

磁気センサー素子の製造工程について、図13を参照して説明する。形成した磁気セン
サー素子52を図13g)に示し、図13g)のp−p’断面を用いて製造工程を説明す
る。ガラスウェファー11の表面粗さRa1が0.4nmの面に、感磁センサー素子形成
部を覆うフォトレジスト20を形成する[図3a]]。サンドブラスト装置でガラスウェ
ファー11の面を荒らした[図3b]]。0.5μmのアルミナ砥粒45を1.8mmФ
のノズルから2(kg/cm)の圧力で吐出した。面粗さはサンドブラスト加工時間で
調整し、Ra2で12nmの面を得た。面粗さ12nmはSVGMR膜106が磁気抵抗
効果を発現できない面粗さである。サンドブラスト装置から取り出して、フォトレジスト
20を有機溶剤で除去し、感磁センサー素子形成部の下地の面粗さがRa1で、固定抵抗
素子と配線部を形成する部分の下地の面粗さがRa2となったガラスウェファーを得た[
図3c)]。SVGMR膜106をスパッターで形成[図3d]。SVGMR膜106上
に感磁センサー素子27と固定抵抗素子28、配線部25のレジストパターン20を形成
し、イオンミリングでSVGMR膜106をパターニングした[図3e]]。フォトレジ
スト20を有機溶剤で除去し、磁気センサー素子52を得た[図3f]と図3g]]。本
実施例では、サンドブラスト装置を用いたためかRa2部に、凹凸のピッチが1〜5μm
のうねりが形成されていた。感磁センサー素子と固定抵抗素子のマクロ的寸法を同じとす
ると、固定抵抗素子の電気抵抗値が約5%大きくなってしまうため、固定抵抗素子の素子
幅は変えずに素子長さを5%小さくして、感磁センサー素子と固定抵抗素子の電気抵抗値
を合わせている。
A manufacturing process of the magnetic sensor element will be described with reference to FIG. The formed magnetic sensor element 52 is shown in FIG. 13g), and the manufacturing process will be described using the pp ′ cross section of FIG. 13g). A photoresist 20 is formed on the surface of the glass wafer 11 having a surface roughness Ra1 of 0.4 nm so as to cover the magnetic sensor element forming portion [FIG. 3a]. The surface of the glass wafer 11 was roughened with a sand blasting apparatus [FIG. 3b]. 0.5mm alumina abrasive grain 45 1.8mmФ
The nozzle was discharged at a pressure of 2 (kg / cm 2 ). The surface roughness was adjusted by the sandblasting time, and a surface of 12 nm was obtained with Ra2. The surface roughness of 12 nm is the surface roughness at which the SVGMR film 106 cannot exhibit the magnetoresistive effect. The photoresist 20 is removed with an organic solvent, and the surface roughness of the base of the magnetosensitive sensor element forming portion is Ra1, and the surface roughness of the base of the portion where the fixed resistance element and the wiring portion are formed is Ra2. I got a glass wafer that became [
FIG. 3c)]. The SVGMR film 106 is formed by sputtering [FIG. 3d]. A magnetoresistive sensor element 27, a fixed resistance element 28, and a resist pattern 20 of the wiring portion 25 were formed on the SVGMR film 106, and the SVGMR film 106 was patterned by ion milling [FIG. 3e]. The photoresist 20 was removed with an organic solvent to obtain a magnetic sensor element 52 [FIG. 3f] and FIG. 3g]. In this example, because the sandblasting device was used, the Ra2 part has a concavo-convex pitch of 1 to 5 μm.
The swell was formed. If the macroscopic dimensions of the magneto-sensitive sensor element and the fixed resistance element are the same, the electric resistance value of the fixed resistance element is increased by about 5%, so that the element length is 5% without changing the element width of the fixed resistance element. The electrical resistance values of the magnetosensitive sensor element and the fixed resistance element are matched with each other.

図14に、結合型GMR膜の膜構成を示す。図14a)に膜構成図、図14b)に実施
した膜材質を示す。ウェファー11上に下地層12をスパッター成膜した後、この下地層
12上に強磁性層18と非磁性導電層15とを交互にスパッター成膜を行い、一対の強磁
性層18と非磁性導電層15を1ユニットとして、このユニットを14回積層し、さらに
強磁性層18をスパッター成膜した後、最上位に保護層17をスパッター成膜した結合型
GMR膜107である。
FIG. 14 shows a film configuration of the coupled GMR film. Fig. 14a) shows the membrane configuration, and Fig. 14b) shows the material of the membrane. After the underlayer 12 is formed on the wafer 11 by sputtering, the ferromagnetic layer 18 and the nonmagnetic conductive layer 15 are alternately formed on the underlayer 12 by sputtering, and the pair of ferromagnetic layers 18 and nonmagnetic conductive are formed. The layer 15 is a unit, and this unit is laminated 14 times. Further, the ferromagnetic layer 18 is formed by sputtering, and then the protective layer 17 is formed by sputtering on the uppermost layer.

磁気センサー素子の製造工程について、図15を参照して説明する。形成した磁気セン
サー素子52を図15g)に示し、図15g)のp−p’断面を用いて製造工程を説明す
る。シリコンウェファー11に絶縁のため酸化シリコン(SiO)膜46を300nm
厚にスパッターで形成した[図15a]]。酸化シリコン膜46の面粗さがRa1で0.
3nmとなった。酸化シリコン膜46上に結合型GMR膜107を形成した[図15b]
]。結合型GMR膜107上に各素子のレジストパターン20を形成し、イオンミリング
で結合型GMR膜107をパターニングし、感磁センサー素子27と固定抵抗素子28’
、配線部25’を得た[図15c]と図15d]]。この工程で形成された固定抵抗素子
と配線部は、磁気抵抗効果を発現するので、固定抵抗素子28’、配線部25’と符号に
’を付けて区別している。固定抵抗素子28’と配線部25’に大気中でレーザー照射し
380℃まで加熱した。レーザーは予めプログラムされた通りにスキャニングさせた[図
16e)]。レーザー照射した固定抵抗素子28と配線部25の結合型GMR膜107は
磁気抵抗効果を発現せず、感磁センサー素子27は磁気抵抗効果を発現する磁気センサー
素子52を得た[図16f]と図16g]]。本実施例では、結合型GMR膜107を各
素子にパターニングしてから、レーザー照射したが、工程を逆にして所定の部位にレーザ
ー照射した後、各素子形状にパターニング行うこともできる。
The manufacturing process of the magnetic sensor element will be described with reference to FIG. The formed magnetic sensor element 52 is shown in FIG. 15g), and the manufacturing process will be described using the pp ′ cross section of FIG. 15g). A silicon oxide (SiO 2 ) film 46 is formed on the silicon wafer 11 for insulation by 300 nm.
A thickness was formed by sputtering [FIG. 15a]. The surface roughness of the silicon oxide film 46 is 0.
It became 3 nm. A coupled GMR film 107 was formed on the silicon oxide film 46 [FIG. 15b].
]. A resist pattern 20 for each element is formed on the coupled GMR film 107, the coupled GMR film 107 is patterned by ion milling, and a magnetosensitive sensor element 27 and a fixed resistance element 28 'are formed.
Then, the wiring part 25 ′ was obtained [FIG. 15c] and FIG. 15d]]. Since the fixed resistance element and the wiring portion formed in this step exhibit a magnetoresistive effect, they are distinguished from the fixed resistance element 28 ′ and the wiring portion 25 ′ by adding a symbol “′”. The fixed resistance element 28 'and the wiring portion 25' were irradiated with laser in the atmosphere and heated to 380 ° C. The laser was scanned as pre-programmed [FIG. 16e)]. The coupled GMR film 107 of the fixed resistance element 28 and the wiring portion 25 irradiated with the laser did not exhibit the magnetoresistive effect, and the magnetosensitive sensor element 27 obtained the magnetic sensor element 52 that exhibited the magnetoresistive effect [FIG. 16f]. FIG. 16g]]. In this embodiment, the coupled GMR film 107 is patterned on each element and then irradiated with laser. However, the process may be reversed to irradiate a predetermined portion with laser and then patterned into each element shape.

実施例1から7で作製した磁気センサー素子で、図16に示す様な磁気センサーと磁気
エンコーダー63を作製した。ウェファー11上に形成された実施例1〜7の磁気センサ
ー素子を、ダイアモンド砥石で個片化した後、フレキシブルプリント回路(FPC)を取
付け磁気センサー60を得た。図16では、FPCの図示は省いている。図16に示す様
に、磁気センサー60と磁気媒体61で磁気エンコーダーを構成し、磁気エンコーダーを
恒温槽に入れて温度を上げ中点電位の変化を測定した。温度は−40℃と75℃とした。
−40℃の時の中点電位v1、75℃の時の中点電位v2の差=|v1−v2|を、中点
電位の変化量とした。比較のため従来の、感磁センサー素子に実施例1〜7のGMR膜を
用い、固定抵抗素子に銅と亜鉛の合金の黄銅、配線部にアルミニウムを用いた比較磁気セ
ンサーも供試した。印加した電圧Vccは5(V)である。
A magnetic sensor and a magnetic encoder 63 as shown in FIG. 16 were produced using the magnetic sensor elements produced in Examples 1 to 7. The magnetic sensor elements of Examples 1 to 7 formed on the wafer 11 were separated with a diamond grindstone, and then a flexible printed circuit (FPC) was attached to obtain a magnetic sensor 60. In FIG. 16, illustration of FPC is omitted. As shown in FIG. 16, the magnetic sensor 60 and the magnetic medium 61 comprised the magnetic encoder, the temperature was raised by putting the magnetic encoder in a thermostat, and the change of the midpoint potential was measured. The temperature was −40 ° C. and 75 ° C.
The difference between the midpoint potential v1 at −40 ° C. and the midpoint potential v2 at 75 ° C. = | v1−v2 | For comparison, a conventional magnetic sensor using the GMR films of Examples 1 to 7 as the magnetosensitive sensor element, brass of an alloy of copper and zinc as the fixed resistance element, and aluminum as the wiring portion was also tested. The applied voltage Vcc is 5 (V).

実施例1から7の磁気センサーの中点電位の変化量は、1(mV)〜5(mV)、実施
例1から7の磁気センサーに対応する比較磁気センサーの中点電位の変化量は、20(m
V)〜100(mV)と、実施例1〜7の約20倍と大きな値であった。実施例1〜7の
中点電位の変化量が小さいと言うことは、周囲環境温度の変化に対して安定した、言い換
えると精度の高い出力特性が得られる磁気センサーや磁気エンコーダーが得られたことに
なる。これは、感磁センサー素子と固定抵抗素子の膜材質と膜厚、膜積層順の膜構成を同
じとしたことで、電気抵抗率と電気抵抗の温度係数を同じとすることができた効果による
ものである。
The amount of change in the midpoint potential of the magnetic sensor of Examples 1 to 7 is 1 (mV) to 5 (mV), and the amount of change in the midpoint potential of the comparative magnetic sensor corresponding to the magnetic sensor of Examples 1 to 7 is 20 (m
V) to 100 (mV), about 20 times as large as those of Examples 1 to 7. The fact that the amount of change in the midpoint potential of Examples 1 to 7 is small means that a magnetic sensor and a magnetic encoder that are stable against changes in the ambient environment temperature, in other words, capable of obtaining highly accurate output characteristics, have been obtained. become. This is due to the effect that the temperature coefficient of electrical resistivity and electrical resistance can be made the same by making the film material and film thickness of the magneto-sensitive sensor element and the fixed resistance element the same, and the film configuration in the film stacking order. Is.

本願発明の反強磁性層下置積層フェリ固定層タイプSVGMR膜を説明する図である。It is a figure explaining the antiferromagnetic layer bottom laminated ferri pinned layer type SVGMR film | membrane of this invention. 本願発明の下地面粗さRaと磁気抵抗変化率(dR/R)の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between lower-surface roughness Ra of this invention, and magnetoresistance change rate (dR / R). 本願発明の磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the magnetic sensor element of this invention. 本願発明の第2の実施例である反強磁性層上置積層フェリ固定層タイプSVGMR膜を説明する図である。It is a figure explaining the antiferromagnetic layer top laminated ferri fixed layer type SVGMR film | membrane which is 2nd Example of this invention. 本願発明の第2の実施例であるレーザー加熱温度と磁気抵抗変化率(dR/R)とシート抵抗Rs関係を示す図である。It is a figure which shows the laser heating temperature which is the 2nd Example of this invention, magnetoresistance change rate (dR / R), and sheet resistance Rs relationship. 本願発明の第2の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the magnetic sensor element which is 2nd Example of this invention. 本願発明の第3の実施例である反強磁性層下置SVGMR膜を説明する図である。It is a figure explaining the antiferromagnetic layer bottom SVGMR film | membrane which is the 3rd Example of this invention. 本願発明の第4の実施例である反強磁性層上置SVGMR膜を説明する図である。It is a figure explaining the SVGMR film | membrane on an antiferromagnetic layer which is the 4th Example of this invention. 本願発明の第4の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the magnetic sensor element which is the 4th Example of this invention. 本願発明の第5の実施例であるボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプSVGMR膜を説明する図である。It is a figure explaining the bottom laminated ferri fixed layer and laminated ferri free layer type SVGMR film | membrane which are 5th Example of this invention. 本願発明の第5の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the magnetic sensor element which is the 5th Example of this invention. 本願発明の第6の実施例であるデュアルタイプSVGMR膜を説明する図である。It is a figure explaining the dual type SVGMR film | membrane which is the 6th Example of this invention. 本願発明の第6の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the magnetic sensor element which is the 6th Example of this invention. 本願発明の第7の実施例である結合型GMR膜を説明する図である。It is a figure explaining the joint type GMR film | membrane which is the 7th Example of this invention. 本願発明の第7の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the magnetic sensor element which is the 7th Example of this invention. 磁気センサーと磁気媒体、磁気エンコーダーを説明する図である。It is a figure explaining a magnetic sensor, a magnetic medium, and a magnetic encoder. ブリッジを組んだ磁気センサー素子を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic sensor element which built the bridge.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板、
12 下地層、
13 反強磁性層、
14 磁化固定層
15 非磁性導電層、
16 磁化自由層、
17 保護層、
18 強磁性層
20,21,22 フォトレジスト、
25 配線部、
27 感磁センサー素子、
28 固定抵抗素子
31,32,33,34 端子、
41 エッチング液、
42 エッチピット、
43 アルミナ膜、
45 砥粒、
46 酸化シリコン膜、
51,52 磁気センサー素子、
60 磁気センサー、
61 磁気媒体、
63 磁気エンコーダー、
101,102,103,104,105,106,107 磁気抵抗効果(GMR)膜
11 substrate,
12 Underlayer,
13 antiferromagnetic layer,
14 magnetization fixed layer 15 nonmagnetic conductive layer,
16 magnetization free layer,
17 Protective layer,
18 Ferromagnetic layer 20, 21, 22 photoresist,
25 Wiring section,
27 Magnetic sensor element,
28 fixed resistance elements 31, 32, 33, 34 terminals,
41 Etching solution,
42 Etch pit,
43 Alumina membrane,
45 abrasive grains,
46 silicon oxide film,
51, 52 Magnetic sensor element,
60 magnetic sensor,
61 magnetic media,
63 Magnetic encoder,
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 Magnetoresistive (GMR) film.

Claims (8)

外部磁界を検出する磁気センサーであって、外部磁界に反応して電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果膜で形成した感磁センサー素子と外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗素子とを有しており、
前記固定抵抗素子は、前記感磁センサー素子を構成する巨大磁気抵抗効果膜と膜の材料が同じで、膜の積層順が同じであり、
前記巨大磁気抵抗効果膜はスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜であり、
前記感磁センサー素子の下地面粗さRa1が0.5nm以下であり、
前記固定抵抗素子は、下地面粗さRa2が5.0nm以上であり且つ下地面のうねりは凹凸のピッチが0.5μm以下であることを特徴とする磁気センサー。
A magnetic sensor for detecting an external magnetic field has a magnetically sensitive sensor element formed by the giant magnetoresistive effect film whose electrical resistance varies in response to an external magnetic field, and a fixed resistance element little resistance change in the external magnetic field And
The fixed resistance element is the same material as the giant magnetoresistive effect film constituting the magnetosensitive sensor element, and the film stacking order is the same.
The giant magnetoresistive film is a spin valve giant magnetoresistive film,
The ground surface roughness Ra1 of the magnetic sensor element is 0.5 nm or less,
The fixed resistance element has a ground surface roughness Ra2 of 5.0 nm or more, and the undulation of the ground surface has an uneven pitch of 0.5 μm or less .
前記Ra2が5.0nm以上、10nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサー。The magnetic sensor according to claim 1, wherein Ra2 is 5.0 nm or more and 10 nm or less. 前記感磁センサー素子及び固定抵抗素子は、素子長さが同じであることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気センサー。The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetosensitive sensor element and the fixed resistance element have the same element length. ウェファーに感磁センサー素子と固定抵抗素子の形成位置で面粗さRaの異なる部位を形成する工程、前記ウェファー上にスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果膜を形成する工程、前記巨大磁気抵抗効果膜を感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部の形状にパターニングする工程、前記ウェファーを個片化し磁気センサーを形成する工程を有しており、
前記面粗さRaの異なる部位を形成する工程で、固定抵抗素子の形成位置における面はイオンエッチングで粗面化されていることを特徴とする磁気センサーの製造方法。
Forming a portion having a different surface roughness Ra at a position where the magnetosensitive sensor element and the fixed resistance element are formed on the wafer, forming a spin valve type giant magnetoresistive film on the wafer, and the giant magnetoresistive film A magnetic sensor element, a fixed resistance element, a step of patterning into the shape of a wiring portion, and a step of separating the wafer into pieces and forming a magnetic sensor ,
A method of manufacturing a magnetic sensor, wherein a surface at a position where a fixed resistance element is formed is roughened by ion etching in the step of forming portions having different surface roughness Ra .
前記イオンエッチングは、イオンミリングであることを特徴とする請求項4に記載の磁気センサーの製造方法。The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 4, wherein the ion etching is ion milling. 前記面粗さRaの異なる部位を形成する工程において、In the step of forming different parts of the surface roughness Ra,
前記感磁センサー素子の下地面粗さRa1が0.5nm以下であり、The ground surface roughness Ra1 of the magnetic sensor element is 0.5 nm or less,
前記固定抵抗素子は、下地面粗さRa2が5.0nm以上であり且つ下地面のうねりは凹凸のピッチが0.5μm以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載の磁気センサーの製造方法。6. The magnetic sensor according to claim 4, wherein the fixed resistance element has a ground surface roughness Ra <b> 2 of 5.0 nm or more, and the undulation of the ground surface has an uneven pitch of 0.5 μm or less. Production method.
前記Ra2が5.0nm以上、10nm以下であることを特徴とする請求項6に記載の磁気センサーの製造方法。The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 6, wherein the Ra2 is 5.0 nm or more and 10 nm or less. 磁気媒体から発生する磁界を磁気センサーで検出する磁気エンコーダーであって、請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気センサーを用いたことを特徴とする磁気エンコーダー。 A magnetic encoder for detecting a magnetic field generated from a magnetic medium with a magnetic sensor, wherein the magnetic sensor according to any one of claims 1 to 3 is used.
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