JP4940565B2 - 磁気センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサ及びその製造方法に関し、特に、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることが可能な磁気センサ及びその製造方法に関するものである。

従来より、巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子とも称する）等の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサが提案され、実用に供されている。
このＧＭＲ素子は、磁化の向きが所定の向きにピン止めされたピンド層と、磁化の向きが外部磁界に対応して変化するフリー層とを備え、外部磁界が加わった場合に、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとの相対関係に応じた抵抗値を呈するもので、この抵抗値を測定することで外部磁界を検出するようになっている。

この様なＧＭＲ素子を、互いに直交する３方向の磁界の変化をそれぞれ検出する様に基板上に配置することで、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることができる。
そこで、磁界の２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の磁気成分に対して感応するＸ軸磁気抵抗効果素子及びＹ軸磁気抵抗効果素子とブリッジ回路とを同一基板上に形成した二軸のブリッジ回路付きの磁気センサ（特許文献１参照）、リードフレームを山型に折り曲げてステージとし、それぞれのステージに磁界の２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の磁気成分に対して感応する磁気センサチップ、磁界の他の１方向（Ｚ方向）の磁気成分に対して感応する磁気センサチップをそれぞれ搭載し、これらを樹脂モールドして１パッケージとした１パッケージ型の三軸磁気センサ（特許文献２参照）、単一の基板上に、同一の３個以上の磁気抵抗効果素子を、それらの磁化の向きが三次元方向に交差する様に配置した単一基板型の磁気センサ（特許文献３参照）等が提案され、実用に供されている。
特開２００４−１６３４１９号公報 特開２００４−１２５７７８号公報 特開２００４−６７５２号公報

ところで、従来の二軸のブリッジ回路付きの磁気センサでは、ブリッジ回路が同一基板上に形成されているので、ブリッジ回路を含む制御用のＬＳＩを別途設ける必要がなく、チップ数が少なくて済み、小型化できるという優れた点があるものの、磁界の方位を三次元的に精度良く求めたいというユーザーからの要請に対しては、この二軸のブリッジ回路付きの磁気センサを少なくとも２つ用いる必要があり、小型化が難しい上に、高コストとなってしまうという問題点があった。
また、１パッケージ型の三軸磁気センサでは、１つの磁気センサでＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの磁気成分を精度良く測定することができるものの、三軸磁気センサ自体が大きいために、小型化することは非常に難しいという問題点があった。
また、単一基板型の磁気センサにおいても、１パッケージ型の三軸磁気センサと同様、磁気センサ自体が大きいために、小型化することは非常に難しいという問題点があった。この単一基板型の磁気センサでは、同一基板上にブリッジ回路を形成していないために、ブリッジ回路を含む制御用のＬＳＩを別途設ける必要があるという問題点も新たに生じる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、Ｚ軸磁気センサの着磁後、Ｘ軸及びＹ軸磁気センサの着磁を行う際に、Ｚ軸磁気センサの着磁状態が変化する虞がなく、したがって、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることができる磁気センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の様な磁気センサの製造方法を提供した。
本発明の磁気センサの製造方法は、基板上に第１ないし第３の磁気抵抗効果素子がそれぞれ少なくとも一対ずつ形成され、これら第１ないし第３の磁気抵抗効果素子それぞれの磁化の向きが互いに三次元方向に交差する様に形成されてなる磁気センサの製造方法において、前記基板のセルの四辺の中央部に前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む膜を形成すると共に、前記基板のセルの四隅に形成された複数の斜面に、前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む膜を形成する工程と、隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置されたマグネットアレイを用い、前記基板のセルの四隅を該マグネットアレイの隣接する４つの永久磁石片上に位置合わせし、１つの永久磁石片から前記基板の各辺に沿って隣接する２つの永久磁石片に向かう磁界で前記第１ないし第３の磁気抵抗効果素子の規則化熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする。
上記の磁気センサの製造方法においては、前記第１ないし第３の磁気抵抗効果素子膜を所定の形状にパターニングして第１ないし第３の磁気抵抗効果素子とし、当該磁気抵抗効果素子を永久磁石膜に接続する工程と、隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置された第１のマグネットアレイを用い、前記基板のセルの四隅を該マグネットアレイの隣接する永久磁石片間に位置合わせして前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程と、隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置された第２のマグネットアレイを用い、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子を永久磁石片間に位置合わせして前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程と、を含む方法とすることができる。
上記の磁気センサの製造方法においては、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程において、隣接する前記永久磁石片同士の間の位置にスリットが形成されている軟磁性板を取り付けたマグネットアレイを用いる方法とすることができる。
上記の磁気センサの製造方法においては、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程において、前記永久磁石片の四辺それぞれの近傍にスリットが形成されている軟磁性板を取り付けたマグネットアレイを用いる方法とすることができる。
上記の磁気センサの製造方法においては、前記第３の磁気抵抗効果素子として、前記斜面のそれぞれに配置された複数の帯状のものを形成し、前記第１ないし第３の磁気抵抗効果素子を永久磁石膜に接続する工程において、前記第３の磁気抵抗効果素子の長軸方向の両端部を永久磁石膜に接続して、前記第３の磁気抵抗効果素子と永久磁石膜とをつづらおり状に直列接続する方法とすることができる。
上記の磁気センサの製造方法においては、前記セルの四隅それぞれに形成された４つの第３の磁気抵抗効果素子によってブリッジ回路を形成する方法とすることができる。
本発明の磁気センサは、基板上に第１ないし第３の磁気抵抗効果素子がそれぞれ少なくとも一対ずつ形成され、これら第１ないし第３の磁気抵抗効果素子それぞれの磁化の向きが互いに三次元方向に交差する様に形成されてなる磁気センサにおいて、前記基板のセルの四辺に前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子を形成すると共に、前記セルの四隅に、前記第３の磁気抵抗効果素子を形成し、前記第３の磁気抵抗効果素子の磁化の状態は、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子の磁化の状態と同等であることを特徴とする。

この磁気センサでは、基板のセルの四辺に第１及び第２の磁気抵抗効果素子を形成すると共に、前記セルの四隅に、第３の磁気抵抗効果素子を形成し、前記第３の磁気抵抗効果素子の磁化の状態を、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子の磁化の状態と同等としたことにより、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の磁化の感度と第３の磁気抵抗効果素子の感度とが同一となり、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることが可能になる。

本発明の磁気センサは、前記四隅に、一対または複数対の斜面を、その走向が互いに平行となるように形成し、この一対または複数対の斜面に、一対または複数対の溝を互いに平行に形成し、この一対または複数対の溝の内面に前記第３の磁気抵抗効果素子を形成してなることを特徴とする。

本発明の磁気センサは、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子の感度方向は、前記基板面内であり、前記第３の磁気抵抗効果素子の感度方向は、前記基板面と交差する方向であることを特徴とする。

本発明の磁気センサの製造方法は、基板上に第１ないし第３の磁気抵抗効果素子がそれぞれ少なくとも一対づつ形成され、これら第１ないし第３の磁気抵抗効果素子それぞれの磁化の向きが互いに三次元方向に交差する様に形成されてなる磁気センサの製造方法において、前記基板のセルの四辺に前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を形成すると共に、前記セルの四隅に、前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を形成する工程と、隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置されたマグネットアレイを用い、前記基板のセルの四隅を該マグネットアレイの隣接する永久磁石片間に位置合わせして前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程と、前記基板を移動させて該基板を前記マグネットアレイの永久磁石片上に位置合わせし、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程とを含むことを特徴とする。

この磁気センサの製造方法では、隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置されたマグネットアレイを用い、前記基板のセルの四隅を該マグネットアレイの隣接する永久磁石片間に位置合わせして前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程の後に、前記基板を移動させて該基板を前記マグネットアレイの永久磁石片上に位置合わせし、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程を行うことにより、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の着磁の際においても、第３の磁気抵抗効果素子の着磁状態が変化する虞がない。これにより、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の感度と、第３の磁気抵抗効果素子の感度との間の差がなくなり、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることができる磁気センサが容易かつ安価に得られる。

本発明者等は、既に、小型で、磁界の方位を三次元的に精度良く求めることができ、しかもブリッジ回路を形成することのできる三軸磁気センサを提案しているが、この三軸磁気センサにおいても、Ｚ軸磁気センサの着磁後、Ｘ軸及びＹ軸磁気センサの着磁を行うというように、２度着磁する必要があるために、後から行うＸ軸及びＹ軸磁気センサの着磁の際に、Ｚ軸磁気センサの着磁状態が変化する虞があるという問題点がある。
本発明は、三軸磁気センサを作製する際においても解消されなかったＸ軸及びＹ軸磁気センサの着磁の際に、Ｚ軸磁気センサの着磁状態が変化するという問題点を解消することを可能にしたものである。

本発明の磁気センサの製造方法は、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程の際に、隣接する前記永久磁石片同士の間の位置にスリットが形成されている軟磁性板を用いることを特徴とする。

本発明の磁気センサの製造方法は、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程の際に、前記永久磁石片の四辺それぞれの近傍にスリットが形成されている軟磁性板を用いることを特徴とする。

本発明の磁気センサの製造方法は、前記第３の磁気抵抗効果素子は、その走向が互いに平行な一対または複数対の斜面に形成され、前記第３の磁気抵抗効果素子を着磁する際には、前記永久磁石片の前記基板に交差する磁界により着磁し、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子を着磁する際には、前記永久磁石片の前記基板に平行な磁界により着磁することを特徴とする。

本発明の磁気センサによれば、基板のセルの四辺に前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子を形成すると共に、前記セルの四隅に、前記第３の磁気抵抗効果素子を形成し、前記第３の磁気抵抗効果素子の磁化の状態を、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子の磁化の状態と同等としたので、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の感度と第３の磁気抵抗効果素子の感度とを同一とすることができる。したがって、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることができる。

本発明の磁気センサの製造方法によれば、前記基板のセルの四辺に前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を形成すると共に、前記セルの四隅に、前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を形成する工程と、隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置されたマグネットアレイを用い、前記基板のセルの四隅を該マグネットアレイの隣接する永久磁石片間に位置合わせして前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程と、前記基板を移動させて該基板を前記マグネットアレイの永久磁石片上に位置合わせし、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む層を着磁する工程とを含むので、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の着磁の際においても、第３の磁気抵抗効果素子の着磁状態を良好に保持することができ、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の着磁により影響を受ける虞がなくなる。したがって、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の感度と、第３の磁気抵抗効果素子の感度との間の差が無く、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることができる磁気センサを容易かつ安価に製造することができる。

本発明の磁気センサ及びその製造方法の各実施の形態について図面に基づき説明する。
なお、これらの実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。

「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態の三軸磁気センサを示す平面図であり、図において、１は三軸磁気センサであり、石英、ＳｉＯ_２／Ｓｉ等からなる所定の厚みを有する平面視正方形状の基板２と、基板２の表面２ａのセル３の周囲に形成されＸ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気センサを構成するＸ軸ＧＭＲ素子４〜７と、セル３の周囲に形成されＹ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気センサを構成するＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１と、セル３の隅部に形成されＺ軸方向の磁界を検出するＺ軸磁気センサを構成するＺ軸ＧＭＲ素子１２〜１５とにより構成されている。

Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７は、石英基板２上のセル３の四辺のうちＸ軸に平行な二辺それぞれの中点の近傍に一対ずつ配置され、これら一対の素子同士は、その長軸方向がそれぞれの辺に垂直になるように、かつ、互いに隣接する素子同士が互いに平行になる様に配置されている。
Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１もＸ軸ＧＭＲ素子４〜７と同様に、石英基板２上のセル３の四辺のうちＹ軸に平行な二辺それぞれの中点の近傍に一対ずつ配置され、これら一対の素子同士は、その長軸方向がそれぞれの辺に垂直になるように、かつ、互いに隣接する素子同士が互いに平行になる様に配置されている。
Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５は、石英基板２上のセル３の四隅それぞれに１つずつ配置され、これらの素子同士は、その長軸方向がＹ軸方向と平行になるように配置されている。

図２は、Ｘ軸ＧＭＲ素子４を示す平面図であり、このＸ軸ＧＭＲ素子４は、互いに平行に配置された複数の帯状の（第１の）磁気抵抗効果素子２１と、この磁気抵抗効果素子２１の長軸方向の両端部に接続され高保磁力を有するＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体薄膜からなる永久磁石膜２２と、最も外側に位置する磁気抵抗効果素子２１の長軸方向の一端部に接続され高保磁力を有するＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体薄膜からなる長尺の永久磁石膜２３とが、つづらおり状に直列接続され、永久磁石膜２３、２３は配線（図示せず）に接続されている。

この磁気抵抗効果素子２１は、ピニング層及びピンド層を含む積層構造の磁性膜（図示略）により構成されている。
なお、Ｘ軸ＧＭＲ素子５〜７もＸ軸ＧＭＲ素子４と全く同様の構成であり、また、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１もＸ軸ＧＭＲ素子４の磁気抵抗効果素子２１を同一構成の（第２の）磁気抵抗効果素子に置き換えたもので、Ｘ軸ＧＭＲ素子４と全く同様の構成であるから、ここでは、これらのＧＭＲ素子の形状については説明を省略する。

図３は、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２を示す平面図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、このＺ軸ＧＭＲ素子１２は、基板２の表面２ａの一隅（図中左上の隅部）のＹ軸方向と平行な複数の断面楔型の溝３１の内面それぞれに配置された帯状の（第３の）磁気抵抗効果素子３２と、この磁気抵抗効果素子３２の長軸方向の両端部に接続され高保磁力を有するＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体薄膜からなる永久磁石膜３３と、最も外側に位置する磁気抵抗効果素子３２の長軸方向の一端部に接続され高保磁力を有するＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体薄膜からなる長尺の永久磁石膜３４とが、つづらおり状に直列接続され、永久磁石膜３３、３４は配線（図示せず）に接続されている。

この磁気抵抗効果素子３２は、上記の磁気抵抗効果素子２１と同様、ピニング層及びピンド層を含む積層構造の磁性膜（図示略）により構成されている。
また、溝３１の内面は、基板２の表面２ａに対して３０°以上傾斜していることが好ましく、より好ましくは４５°以上である。
なお、Ｚ軸ＧＭＲ素子１３〜１５の形状もＺ軸ＧＭＲ素子１２の形状と全く同様であるから、ここでは、これらのＧＭＲ素子の形状については説明を省略する。

これらＸ軸ＧＭＲ素子４〜７のピンド層の磁化の向きは、基板２の表面２ａと平行な一方向になっており、また、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１のピンド層の磁化の向きも、基板２の表面２ａと平行な一方向になっている。一方、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５のピンド層の磁化の向きは、基板２の斜面と平行な一方向になっている。このＸ軸ＧＭＲ素子４〜７のピンド層の磁化の向きと、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１のピンド層の磁化の向きとは、互いに直交している。また、これらのＧＭＲ素子４〜１５のピンド層の磁化の向きは、磁気抵抗効果素子の長手方向に垂直となっている。

そして、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７のピンド層の磁化の向きと磁気抵抗効果素子の長手方向のなす角、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１のピンド層の磁化の向きと磁気抵抗効果素子の長手方向のなす角、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５のピンド層の磁化の向きと磁気抵抗効果素子の長手方向のなす角、それぞれが同等であることから、これらのＧＭＲ素子各々の感度の大きさも同等なものになっている。

この三軸磁気センサ１は、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５それぞれがブリッジ回路を構成している。
図５は、この三軸磁気センサ１のＸ軸磁気センサのブリッジ接続を示すブロック図であり、図中、Ｘ１はＸ軸ＧＭＲ素子４、５からなる素子群であり、Ｘ２はＸ軸ＧＭＲ素子６、７からなる素子群、Ｖｃｃはバイアス電圧である。
図６は、この三軸磁気センサのＹ軸磁気センサのブリッジ接続を示すブロック図であり、図中、Ｙ１はＹ軸ＧＭＲ素子８、９からなる素子群であり、Ｙ２はＹ軸ＧＭＲ素子１０、１１からなる素子群、Ｖｃｃはバイアス電圧である。

図７は、この三軸磁気センサのＺ軸磁気センサのブリッジ接続を示すブロック図であり、図中、Ｚ１はＺ軸ＧＭＲ素子１２、Ｚ２はＺ軸ＧＭＲ素子１３、Ｚ３はＺ軸ＧＭＲ素子１４、Ｚ４はＺ軸ＧＭＲ素子１５、Ｖｃｃはバイアス電圧である。
この三軸磁気センサ１は、上記の構成とすることにより、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三次元方向の磁界を高精度で測定することができる。

次に、この三軸磁気センサ１の着磁方法について説明する。
まず、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜技術を用いて、基板２の表面２ａにＸ軸ＧＭＲ素子４〜７、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１及びＺ軸ＧＭＲ素子１２〜１５をそれぞれ形成し、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１の磁気抵抗効果素子２１のピニング層の規則化熱処理及びピンド層のピン止めを行う。

図８は、この三軸磁気センサ１の規則加熱処理時のアレイ配置を示す平面図、図９は図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、後の切断工程にて個々に分割される基板２の四隅の上方にそれぞれ永久磁石片４１が、隣接する永久磁石片４１、４１同士の極性が互いに異なるように配置されている。
したがって、１つの永久磁石片４１（Ｎ極）から隣接する２つの永久磁石片４１（Ｓ極）に向かう磁界４２が形成されることとなる。

これらの磁界４２の向きは、それぞれが基板２の各辺と平行で、また、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１の位置では基板２と略平行、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５の位置では基板２に垂直となる。また、磁気抵抗効果素子２１の長軸方向に対して直交する方向に磁界が印加されることとなる。
次いで、この基板２を、真空中にて、２５０℃〜２８０℃の範囲の温度にて４時間熱処理する。
これにより、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１及びＺ軸ＧＭＲ素子１２〜１５各々の磁気抵抗効果素子２１の磁性膜のうちピニング層の規則化熱処理を行うことができる。同時に、ピンド層は交換結合によりピン止めされる。

次いで、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１及びＺ軸ＧＭＲ素子１２〜１５を、所定の形状になるようにパターニングし、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１各々の磁気抵抗効果素子２１を永久磁石膜２２、２３に接続し、つづらおり状とするとともに、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５各々の磁気抵抗効果素子３２を永久磁石膜３３、３４に接続し、つづらおり状とする。
この三軸磁気センサ１では、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７のＸ軸感度方向、Ｙ軸ＧＭＲ素子８〜１１のＹ軸感度方向、及びＺ軸ＧＭＲ素子１２〜１５のＺ軸感度方向は、互いに直交する方向となる。

次いで、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５の永久磁石膜の着磁を行う。
図１０は、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５の着磁時のアレイ配置を示す平面図であり、このアレイは、隣接する永久磁石片５１同士の極性が互いに異なるように、複数の永久磁石片５１がマトリックス状に配置され、このアレイ下に、基板２が、その四隅が隣接する永久磁石片５１、５１の中間に位置するように配置されている。
したがって、基板２の四隅それぞれでは、１つの永久磁石片５１（Ｎ極）から隣接する１つの永久磁石片５１（Ｓ極）に向かう磁界５２が形成されることとなる。

これらの磁界５２の向きは、それぞれが基板２の一方の辺と平行であるから、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５においては、磁気抵抗効果素子３２の長軸方向に対して平行な方向に磁界が印加されることとなり、その結果、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５が着磁されることとなる。

次いで、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１の永久磁石膜の着磁を行う。
図１１は、この着磁工程に用いられるマグネットアレイにヨークを取り付けた状態を示す平面図である。このヨーク６１は、４２アロイ（Ｆｅ−４２重量％Ｎｉ）等の軟磁性体からなる厚み０．０２ｍｍの軟磁性板６２であり、マグネットアレイの永久磁石片６３、６３に対応する位置に貫通孔が形成されている。そして、永久磁石片６３、６３間の中央部に対応する位置に、永久磁石片６３、６３の辺に平行に短冊状のスリット６４が形成されている。このスリット６４の幅は、互いに隣接する基板２、２のＸ軸ＧＭＲ素子４〜７やＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１が同時に着磁できるように、ＧＭＲ素子の長軸方向の長さの約２倍になっている。
また、この軟磁性板６２の一方の面は、永久磁石片６３各々の一方の面と面一になっている。

このヨーク６１を用いると、図１２に示すように、マグネットアレイの１つの永久磁石片６３（Ｎ極）から隣接する永久磁石片６３（Ｓ極）に向かう磁界は、永久磁石片６３の上方を通る磁界６５と、スリット６４を通る磁界６６との２種類があるが、軟磁性板６２が磁界を吸収するために、この軟磁性板６２の近傍では磁界が弱くなり、一方、スリット６４では磁界が集中するために磁界６６は強調される。

したがって、このヨーク６１を用いたマグネットアレイを用いてＸ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１の着磁を行う場合、図１３に示すように、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１は、スリット６４上に位置するために強調された磁界６６により着磁される。一方、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５は、軟磁性板６２上にあるために磁界がほとんどかからない状態になり、その結果、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５は磁化状態が乱されることなく、着磁の状態を良好に保持することができる。

この三軸磁気センサの製造方法によれば、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５の着磁を行った後、軟磁性板６２の永久磁石片６３同士の中間部に対応する位置に矩形状のスリット６４が形成されたヨーク６１を用いてＸ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１の着磁を行うので、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１の着磁の際においても、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２〜１５は磁化状態が乱されることなく、着磁の状態を良好に保持することができる。
したがって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三次元方向の磁界を高精度で測定することができる三軸磁気センサ１を、容易に作製することができる。

「第２の実施形態」
図１４は本発明の第２の実施形態の着磁工程に用いられるヨークを示す平面図であり、本実施形態のヨーク７１が第１の実施形態のヨーク６１と異なる点は、第１の実施形態のヨーク６１では軟磁性板６２の永久磁石片６３、６３間の中央部に対応する位置にスリット６４が形成されているのに対し、本実施形態のヨーク７１では永久磁石片６３の四辺それぞれに隣接するスリット７２が形成されている点である。

このスリット７２の幅は、１つの基板２のＸ軸ＧＭＲ素子４〜７やＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１が着磁できるように、ＧＭＲ素子の長軸方向の長さより若干幅広になっている。
また、この軟磁性板６２の一方の面は、永久磁石片６３各々の一方の面と面一になっている。

このヨーク７１では、図１５に示すように、スリット７２を通る磁界７３が更に集中するために、この磁界７３は上記の磁界６６より更に強調される。
また、これらのスリット７２上には、１つの基板２のＸ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１が位置するのみであるから、Ｘ軸ＧＭＲ素子４〜７及びＹ軸ＧＭＲ素子８〜１１に対してより強い磁界を印加することができ、より強い着磁を行うことができる。
また、極性が逆のマグネットアレイを組み合わせれば、規則化熱処理の方向、あるいは永久磁石膜の着磁方向を反転させることもできる。

本発明は、磁界の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に精度良く求めることができる磁気センサであるから、携帯用情報端末、携帯用電話機等はもとより、各種電子機器のさらなる小型化に対応可能であり、その工業的効果は非常に大きなものである。

本発明の第１の実施形態の三軸磁気センサを示す平面図である。 本発明の第１の実施形態のＸ軸ＧＭＲ素子を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態のＺ軸ＧＭＲ素子を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施形態のＸ軸磁気センサのブリッジ接続を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態のＹ軸磁気センサのブリッジ接続を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態のＺ軸磁気センサのブリッジ接続を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の規則加熱処理時のアレイ配置を示す平面図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施形態のＺ軸ＧＭＲ素子の着磁時のアレイ配置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態のＸ軸ＧＭＲ素子及びＹ軸ＧＭＲ素子の着磁工程に用いられるヨークを示す平面図である。 本発明の第１の実施形態のヨークにおける磁界の状態を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態のＸ軸ＧＭＲ素子及びＹ軸ＧＭＲ素子の着磁工程を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の着磁工程に用いられるヨークを示す平面図である。 本発明の第２の実施形態のヨークにおける磁界の状態を示す模式図である。

符号の説明

１…三軸磁気センサ、２…基板、３…セル、４〜７…Ｘ軸ＧＭＲ素子、８〜１１…Ｙ軸ＧＭＲ素子、１２〜１５…Ｚ軸ＧＭＲ素子、２１…磁気抵抗効果素子、２２、２３…永久磁石膜、３１…溝、３２…磁気抵抗効果素子、３３、３４…永久磁石膜、４１…永久磁石片、４２…磁界、５１…永久磁石片、５２…磁界、６１…ヨーク、６２…軟磁性板、６３…永久磁石片、６４…スリット、６５、６６…磁界、７１…ヨーク、７２…スリット、７３…磁界。

Claims (6)

1. 基板上に第１ないし第３の磁気抵抗効果素子がそれぞれ少なくとも一対ずつ形成され、これら第１ないし第３の磁気抵抗効果素子それぞれの磁化の向きが互いに三次元方向に交差する様に形成されてなる磁気センサの製造方法において、
   前記基板のセルの四辺の中央部に前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む膜を形成すると共に、前記基板のセルの四隅に形成された複数の斜面に、前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれのピンド層を含む膜を形成する工程と、
   隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置されたマグネットアレイを用い、前記基板のセルの四隅を該マグネットアレイの隣接する４つの永久磁石片上に位置合わせし、１つの永久磁石片から前記基板の各辺に沿って隣接する２つの永久磁石片に向かう磁界で前記第１ないし第３の磁気抵抗効果素子の規則化熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする磁気センサの製造方法。
2. 前記第１ないし第３の磁気抵抗効果素子膜を所定の形状にパターニングして第１ないし第３の磁気抵抗効果素子とし、当該磁気抵抗効果素子を永久磁石膜に接続する工程と、
   隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置された第１のマグネットアレイを用い、前記基板のセルの四隅を該マグネットアレイの隣接する永久磁石片間に位置合わせして前記第３の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程と、
   隣接する永久磁石片同士の極性が異なる様に複数の永久磁石片が配置された第２のマグネットアレイを用い、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子を永久磁石片間に位置合わせして前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサの製造方法。
3. 前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程において、隣接する前記永久磁石片同士の間の位置にスリットが形成されている軟磁性板を取り付けたマグネットアレイを用いることを特徴とする、請求項１または２記載の磁気センサの製造方法。
4. 前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子それぞれの前記永久磁石膜を着磁する工程において、前記永久磁石片の四辺それぞれの近傍にスリットが形成されている軟磁性板を取り付けたマグネットアレイを用いることを特徴とする、請求項１または２記載の磁気センサの製造方法。
5. 前記第３の磁気抵抗効果素子として、前記斜面のそれぞれに配置された複数の帯状のものを形成し、
   前記第１ないし第３の磁気抵抗効果素子を永久磁石膜に接続する工程において、前記第３の磁気抵抗効果素子の長軸方向の両端部を永久磁石膜に接続して、前記第３の磁気抵抗効果素子と永久磁石膜とをつづらおり状に直列接続することを特徴とする請求項２ないし４記載の磁気センサの製造方法。
6. 前記セルの四隅それぞれに形成された４つの第３の磁気抵抗効果素子によってブリッジ回路を形成することを特徴とする請求項５記載の磁気センサの製造方法。

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