JP5292726B2 - 磁気センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、磁気センサ及びその製造方法に関し、特に１つの基板に複数の巨大磁気抵抗効果素子を配置して二軸方向や三軸方向の磁界の強さを検知する磁気センサ及びその製造方法に関する。
従来から、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗効果素子（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）されたピン層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層とを備えており、ピン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にて提案されている。
そして、特許文献１の磁気センサにおいては、同一の基板の表面に平坦面及び平坦面に対して傾斜する斜面が形成されると共に、これら平坦面上及び斜面上に前述の磁気抵抗効果素子がそれぞれ形成されており、これによって、二軸方向や三軸方向の磁界の強さを測定する磁気センサを構成することができる。
ところで、近年では、ピン層における耐強磁界性の向上を目的として、ピン層の磁性層にＲｕ層を挟み込んだＳＡＦ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ）構造のＧＭＲ素子を磁気センサに用いることが知られている。
そして、特許文献１の磁気センサにおいては、同一の基板の表面に平坦面及び平坦面に対して傾斜する斜面が形成されると共に、これら平坦面上及び斜面上に前述の磁気抵抗効果素子がそれぞれ形成されており、これによって、二軸方向や三軸方向の磁界の強さを測定する磁気センサを構成することができる。
ところで、近年では、ピン層における耐強磁界性の向上を目的として、ピン層の磁性層にＲｕ層を挟み込んだＳＡＦ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ）構造のＧＭＲ素子を磁気センサに用いることが知られている。
また、このようなＧＭＲ素子は、帯状に形成された複数の磁気抵抗効果膜（ＧＭＲバー）からなるが、その周面には、ピン層やフリー層等の各層の形成材料が露出しているものである。そこで、ＧＭＲ素子の耐水性、耐熱性、電気絶縁性等を確保するために、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により酸化膜や窒化膜等からなる保護膜（パッシベーション膜）が形成されている。
特開２００６−２６１４００号公報
ところで、上述の磁気センサに使用されるＧＭＲ素子にあっては、プラズマＣＶＤ法等によりＧＭＲ素子を保護する酸化膜を形成する際、チャンバー内にはプラズマにより活性化された酸素が存在しており、この酸素がＧＭＲ素子に吸着してしまうという問題がある。ＧＭＲ素子に酸素が吸着してしまうと、ＧＭＲ素子が局部的に酸化してしまうという問題がある。なお、以上の問題点は、ＴＭＲ素子を被覆する保護膜をプラズマＣＶＤ法等で形成する場合にも同様に存在する。
ＧＭＲ素子のうち、ＧＭＲバーを構成するフリー層の形成材料が酸化してしまうと、フリー層の軟磁気特性が悪化してしまうため、フリー層の磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を正確に出力できなくなってしまう。その結果、磁気ヒステリシスループが大きくなってしまい、磁気センサの特性（いわゆる、ヒステリシス特性）を悪化させてしまうという問題がある。以上の問題点は、平坦面及び斜面に形成されるＧＭＲ素子に対して存在するが、特に斜面に形成されるＧＭＲ素子において顕著に現れる。
ＧＭＲ素子のうち、ＧＭＲバーを構成するフリー層の形成材料が酸化してしまうと、フリー層の軟磁気特性が悪化してしまうため、フリー層の磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を正確に出力できなくなってしまう。その結果、磁気ヒステリシスループが大きくなってしまい、磁気センサの特性（いわゆる、ヒステリシス特性）を悪化させてしまうという問題がある。以上の問題点は、平坦面及び斜面に形成されるＧＭＲ素子に対して存在するが、特に斜面に形成されるＧＭＲ素子において顕著に現れる。
具体的には、ＧＭＲ素子を形成する場合、イオンミリングにより各ＧＭＲバーとして形成されるが、この時露出するＧＭＲバーの周面のうち、ＧＭＲバーの長手方向に沿う側面が基板に対して傾斜（順テーパ）するように形成される。そして、斜面に形成されたＧＭＲ素子のＧＭＲバーは、その斜面の上側と下側とでＧＭＲバーの側面における傾斜の形状が異なり、上側に向かう傾斜に比べ下側に向かう傾斜の方が裾広がりとなる。つまり、裾広がりとなる部分は他の部分よりも膜厚が薄くなり、また露出面積が多くなることから、特に酸化の影響を受けやすい。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ヒステリシス特性に優れた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。
上記の目的を達するために、本発明は以下の手段を提供している。
本発明の磁気センサは、基板の上に、該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成してなるシリコン酸化膜が設けられるとともに、前記平坦面上及び前記斜面上のそれぞれに、複数のリード膜の間をフリー層、導電層及びピン層の積層構造からなる磁気抵抗効果膜が直列に接続された巨大磁気抵抗効果素子が設けられ、前記巨大磁気抵抗効果素子の上にＣＶＤ酸化膜が形成される磁気センサにおいて、前記平坦面上の前記巨大磁気抵抗効果素子の長手方向に沿う両側面が、前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状とされ、前記斜面上の前記巨大磁気抵抗効果素子の長手方向に沿う両側面が、前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状とされるとともに、前記斜面の下側に位置する側面の傾斜が前記斜面の上側に位置する側面の傾斜よりも小さくかつ裾広がりとされ、前記巨大磁気抵抗効果素子と前記ＣＶＤ酸化膜との間には、前記磁気抵抗効果膜における少なくとも前記フリー層の周面を前記磁気抵抗効果膜毎に覆う非磁性膜が形成され、前記非磁性膜がＴａ，Ｃｒ，Ｔｉのいずれかの非磁性金属膜であることを特徴とする。
また、本発明の磁気センサにおいては、前記巨大磁気抵抗効果素子が、自由磁化層と、導電性スペーサ層と、固定磁化層と、TaまたはTiからなるキャッピング層とが順次積層されてなることが好ましい。
一方、本発明の磁気センサの製造方法は、基板の上に、シリコン酸化膜により該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成する配置面形成工程と、前記平坦面上及び前記斜面上のそれぞれに、複数のリード膜の間にフリー層、導電層及びピン層の積層構造からなる磁気抵抗効果膜を直列に接続して巨大磁気抵抗効果素子を形成する素子形成工程と、前記巨大磁気抵抗効果素子上にＣＶＤ法によりＣＶＤ酸化膜を形成するＣＶＤ膜形成工程とを有する磁気センサの製造方法において、前記平坦面上の前記巨大磁気抵抗効果素子は、その長手方向に沿う両側面が前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状になるように形成し、前記斜面上の前記巨大磁気抵抗効果素子は、その長手方向に沿う両側面が前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状になるように形成するとともに、前記斜面の下側に位置する側面の傾斜を前記斜面の上側に位置する側面の傾斜よりも小さくかつ裾広がりに形成し、更に、前記素子形成工程と前記ＣＶＤ膜形成工程との間に、前記巨大磁気抵抗効果素子の上にＴａ，Ｃｒ，Ｔｉのいずれかの非磁性金属膜である非磁性膜を形成する非磁性膜形成工程と、前記非磁性膜を前記磁気抵抗効果膜における少なくとも前記フリー層の周面を前記磁気抵抗効果膜毎に覆うようにパターニングするパターニング工程とを有することを特徴とする。
本発明に係る磁気センサ及びその製造方法によれば、ＣＶＤ膜形成工程に先立って磁気抵抗効果膜における少なくともフリー層の周面を磁気抵抗効果膜毎に覆う非磁性膜を形成するため、ＣＶＤ膜形成工程において、非磁性膜によって磁気抵抗効果膜を保護することができる。これにより、ＣＶＤ法により活性化された酸素が磁気抵抗効果膜に吸着して、磁気抵抗効果膜が酸化することを防ぐことができる。
本発明の磁気センサは、基板の上に、該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成してなるシリコン酸化膜が設けられるとともに、前記平坦面上及び前記斜面上のそれぞれに、複数のリード膜の間をフリー層、導電層及びピン層の積層構造からなる磁気抵抗効果膜が直列に接続された巨大磁気抵抗効果素子が設けられ、前記巨大磁気抵抗効果素子の上にＣＶＤ酸化膜が形成される磁気センサにおいて、前記平坦面上の前記巨大磁気抵抗効果素子の長手方向に沿う両側面が、前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状とされ、前記斜面上の前記巨大磁気抵抗効果素子の長手方向に沿う両側面が、前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状とされるとともに、前記斜面の下側に位置する側面の傾斜が前記斜面の上側に位置する側面の傾斜よりも小さくかつ裾広がりとされ、前記巨大磁気抵抗効果素子と前記ＣＶＤ酸化膜との間には、前記磁気抵抗効果膜における少なくとも前記フリー層の周面を前記磁気抵抗効果膜毎に覆う非磁性膜が形成され、前記非磁性膜がＴａ，Ｃｒ，Ｔｉのいずれかの非磁性金属膜であることを特徴とする。
また、本発明の磁気センサにおいては、前記巨大磁気抵抗効果素子が、自由磁化層と、導電性スペーサ層と、固定磁化層と、TaまたはTiからなるキャッピング層とが順次積層されてなることが好ましい。
一方、本発明の磁気センサの製造方法は、基板の上に、シリコン酸化膜により該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成する配置面形成工程と、前記平坦面上及び前記斜面上のそれぞれに、複数のリード膜の間にフリー層、導電層及びピン層の積層構造からなる磁気抵抗効果膜を直列に接続して巨大磁気抵抗効果素子を形成する素子形成工程と、前記巨大磁気抵抗効果素子上にＣＶＤ法によりＣＶＤ酸化膜を形成するＣＶＤ膜形成工程とを有する磁気センサの製造方法において、前記平坦面上の前記巨大磁気抵抗効果素子は、その長手方向に沿う両側面が前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状になるように形成し、前記斜面上の前記巨大磁気抵抗効果素子は、その長手方向に沿う両側面が前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状になるように形成するとともに、前記斜面の下側に位置する側面の傾斜を前記斜面の上側に位置する側面の傾斜よりも小さくかつ裾広がりに形成し、更に、前記素子形成工程と前記ＣＶＤ膜形成工程との間に、前記巨大磁気抵抗効果素子の上にＴａ，Ｃｒ，Ｔｉのいずれかの非磁性金属膜である非磁性膜を形成する非磁性膜形成工程と、前記非磁性膜を前記磁気抵抗効果膜における少なくとも前記フリー層の周面を前記磁気抵抗効果膜毎に覆うようにパターニングするパターニング工程とを有することを特徴とする。
本発明に係る磁気センサ及びその製造方法によれば、ＣＶＤ膜形成工程に先立って磁気抵抗効果膜における少なくともフリー層の周面を磁気抵抗効果膜毎に覆う非磁性膜を形成するため、ＣＶＤ膜形成工程において、非磁性膜によって磁気抵抗効果膜を保護することができる。これにより、ＣＶＤ法により活性化された酸素が磁気抵抗効果膜に吸着して、磁気抵抗効果膜が酸化することを防ぐことができる。
また、本発明の磁気センサは、巨大磁気抵抗効果素子が、平坦面上及び斜面上の両方にそれぞれ配置されているので、平坦面及び斜面に配された磁気抵抗効果素子が相互に交差する軸方向の磁気を検出することができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を検出することが可能となる。
そして、上述したように、各磁気抵抗効果のフリー層の軟磁気特性の劣化を低減ことができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を精度よく検出することが可能となる。
そして、上述したように、各磁気抵抗効果のフリー層の軟磁気特性の劣化を低減ことができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を精度よく検出することが可能となる。
また、本発明の磁気センサの製造方法は、前記非磁性膜は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする。
このように、スパッタリング法により非磁性膜を形成することで、チャンバー内に酸素を含まない不活性ガス雰囲気下で非磁性膜を形成することができる。そのため、磁気抵抗効果素子に酸素が吸着することなくＣＶＤ酸化膜を形成することができる。
このように、スパッタリング法により非磁性膜を形成することで、チャンバー内に酸素を含まない不活性ガス雰囲気下で非磁性膜を形成することができる。そのため、磁気抵抗効果素子に酸素が吸着することなくＣＶＤ酸化膜を形成することができる。
本発明によれば、ＣＶＤ膜形成工程に先立って磁気抵抗効果膜における少なくともフリー層の周面を磁気抵抗効果膜毎に覆う非磁性膜を形成するため、ＣＶＤ膜形成工程において、非磁性膜によって磁気抵抗効果膜を保護することができる。これにより、ＣＶＤ法により活性化された酸素が磁気抵抗効果膜の表面に吸着して、磁気抵抗効果膜が酸化することを防ぐことができる。したがって、ヒステリシス特性に優れた磁気抵抗効果素子を製造することができる。
以下、図１から図７を参照して本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の三軸磁気センサ１０は、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、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す実線の部分）、Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す破線の部分）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。
図１に示すように、本実施形態の三軸磁気センサ１０は、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、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す実線の部分）、Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す破線の部分）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。
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（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へ向かう方向をＸ軸正方向とし、その反対側へ向かう方向をＸ軸負方向とする。以下においても同様である。）の右側端部近傍で、Ｙ軸（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へ向かう方向をＹ軸正方向とし、その反対側へ向かう方向をＹ軸負方向とする。以下においても同様である。）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。
また、Ｙ１軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅと、第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆと、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇと、第４Ｙ１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軸中央部の左方に第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅが配置され、その右方に第２Ｙ１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軸中央部の左方に第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇが配置され、その右方に第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈが配置されている。
さらに、Ｙ２軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉと、第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊと、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋと、第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌとにより構成されている。そして、基板１１のＹ軸の下側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉが配置され、その右方に第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊが配置されている。また、基板１１のＹ軸の上側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋが配置され、その右方に第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌが配置されている。
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複数個（この場合は、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄについては偶数個とすることが好ましい。）のＧＭＲバー（磁気抵抗効果膜）を備えており、これらのＧＭＲバーがリード膜により直列接続され、これらの端部に端子部となるリード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がリード膜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リード膜１２ａ−５，１２ａ−９が接続されて形成されている。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の表面と平行な平坦面上に形成されており、その長手方向がＹ軸に対して平行（Ｘ軸に直交する）になるように配列されている。また、各ＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４上には、各ＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４を覆うように後述する非磁性膜１１ｒ−１，１１ｒ−２，１１ｒ−３，１１ｒ−４が形成されている。
Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄを配する前記平坦面は、基板１１の厚さ方向に直交する平坦面であり、例えば図３に示すように、基板１１の上に形成されたＳｉＯ２膜等のからなる上層酸化膜（シリコン酸化膜）１１ｉによって形成されており、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄは、この上層酸化膜１１ｉの上に、配置されている。
ここで、図３に示すように、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａを構成するＧＭＲバー１２ａ−２の長手方向に沿う両側面２２ａ，２２ｂは、互いに上層酸化膜１１ｉに対して傾斜しており、順テーパ形状に形成されている。なお、図３においては、後述するスピンバルブ膜ＳＶにおける、スペーサ層Ｓ及びキャッピング層Ｃは省略する。
ＧＭＲバー１２ａ−２の上には、前述した非磁性膜１１ｒ−２が形成されている。この非磁性膜１１ｒ−２は、非磁性の物質からなる。この非磁性の物質は、ＧＭＲ素子の酸化を防ぐ目的から、膜自体が酸化されることによりＧＭＲ素子を防食する金属がよい。例えば、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｚｎなどが挙げられる。また、その表面に不動態皮膜、酸化皮膜などが形成される金属でもよい。さらに、磁気センサに用いることから抵抗率の高い材料が好ましく、半導体プロセスとのマッチングの観点も考慮し、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）がより好ましい非磁性金属膜として挙げられる。これらの金属は、その特性から非磁性膜１１ｒ−２上に形成される後述するＣＶＤ酸化膜１１ｏとの密着性も良好となり、対環境性の観点からも好ましい。
図２（ａ）に示すように、非磁性膜１１ｒ−２は、ＧＭＲバー１２ａ−２の周面を覆うように形成され、その外縁が他の（隣接する）非磁性膜、当該非磁性膜が周面を覆うＧＭＲバー以外のＧＭＲバー、当該ＧＭＲバーの両端に接続されるリード膜以外のリード膜とは接触しないようにパターニングされている。例えば、非磁性膜１１ｒ−２は、リード膜１２ａ−７，１２ａ−６に接触するように形成されているが、他のＧＭＲバー（１２ａ−１，１２ａ−３等）、リード膜（１２ａ−５，１２ａ−８等）、及び非磁性膜（１１ｒ−１，１１ｒ−３等）には接触しないようにパターニングされている。このように形成することで、抵抗率は高いが、導電性を有する非磁性金属を用いることができると共に、非磁性膜の裾部分が上層酸化膜１１ｉの表面を覆うことから、ＧＭＲバー周辺の上層酸化膜１１ｉからの活性化された酸素の浸入を防ぐことができる。
非磁性膜１１ｒ−２の膜厚は、５０〜１００Å程度で形成されることが好ましい。膜厚を５０Å以下に形成すると、ＧＭＲバー全体に非磁性膜が形成できず、ＧＭＲバーに活性化された酸素の侵入を防ぐことができない。１００Å以上に形成すると、ＧＭＲバー１２ａ−２の特性に影響を与える虞があるため好ましくない。なお、本発明で非磁性とは、外部磁界を取り去ったときに磁化せず、かつ磁気センサとして機能できるようにＧＭＲバーに磁気的な影響を与えにくい性質をいい、強磁性及び反強磁性の物質を除く意味で用いている。すなわち、反磁性、常磁性の物質ならば非磁性となり得る。
非磁性膜１１ｒ−２の上には、ＣＶＤ酸化膜１１ｏが形成されている。このＣＶＤ酸化膜１１ｏは、例えば１５００ÅのＳｉＯ２膜で形成されている。
ＣＶＤ酸化膜１１ｏの上には、窒化膜１１ｓが形成されている。この窒化膜１１ｓは、ＳｉＮｘ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）膜等の硬質な材料からなり、膜厚が例えば５０００Åで形成されている。窒化膜１１ｓの上には、ポリイミドからなるポリイミド膜１１ｐが形成されている。
ＣＶＤ酸化膜１１ｏの上には、窒化膜１１ｓが形成されている。この窒化膜１１ｓは、ＳｉＮｘ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）膜等の硬質な材料からなり、膜厚が例えば５０００Åで形成されている。窒化膜１１ｓの上には、ポリイミドからなるポリイミド膜１１ｐが形成されている。
このように非磁性膜１１ｒ−２、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓ、ポリイミド膜１１ｐにより、ＧＭＲバー１２ａ−２の保護膜として構成されており、これら保護膜によりＧＭＲバー１２ａ−２の耐水性、耐熱性、電気絶縁性を確保することができる。なお、ここでは第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２を例にして説明したが、他のＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−３，１２ａ−４及び、他のＸ軸ＧＭＲ素子１２ｂ〜１２ｄのそれぞれのＧＭＲバー及びＧＭＲバーを覆う保護膜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。
また、図１（ｂ），図４（ｂ）に示すように、Ｙ１軸ＧＭＲ素子とＹ２軸ＧＭＲ素子は、上層酸化膜１１ｉにより構成された断面形状が台形状の複数の突部（堤部）１５の各斜面上に形成されているとともに、Ｙ１軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバー１２ｅ−１，１２ｅ−２，１２ｅ−３，１２ｅ−４は突部（堤部）１５の第１斜面１５ａ上に形成されており、Ｙ２軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバー１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４は突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂ上に形成されている。また、これらＧＭＲバー１２ｅ−１〜１２ｅ−４，１２ｋ−１〜１２ｋ−４は、その長手方向が突部（堤部）１５の稜線の走行方向に平行となるように配されている。なお、各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度は等しく、基板１１の平坦面に対してθ（２０°≦θ≦６０°）となるように形成されている。
そして、Ｙ１軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２）とＹ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｋ−２）とが１つの突部１５で互に背中合わせになるように配置されている。この場合、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈの各ＧＭＲバーおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの各ＧＭＲバーは、その長手方向がＸ軸に対して平行（Ｙ軸と垂直）になるように配列されている。また、Ｙ１軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー１２ｅ−１，１２ｅ−２，１２ｅ−３，１２ｅ−４と、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４上にも後述する非磁性膜（後述する図５において、ＧＭＲバー１２ｅ−１上に形成された非磁性膜１１Ｒ−１のみを示す）が形成されている。
そして、Ｙ１軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２）とＹ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｋ−２）とが１つの突部１５で互に背中合わせになるように配置されている。この場合、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈの各ＧＭＲバーおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの各ＧＭＲバーは、その長手方向がＸ軸に対して平行（Ｙ軸と垂直）になるように配列されている。また、Ｙ１軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー１２ｅ−１，１２ｅ−２，１２ｅ−３，１２ｅ−４と、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４上にも後述する非磁性膜（後述する図５において、ＧＭＲバー１２ｅ−１上に形成された非磁性膜１１Ｒ−１のみを示す）が形成されている。
Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌを配する各斜面１５ａ，１５ｂも、例えば図５に示すように、前述した平坦面と同様にして基板１１の上に形成されるＳｉＯ２膜等からなる上層酸化膜１１ｉによって構成されており、この上層酸化膜１１ｉの上に、各Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌが設けられている。
ここで、図５に示すように、第１斜面１５ａ上に配置されたＧＭＲバー１２ｅ−１であって、長手方向に沿う両側面２３ａ、２３ｂは、互いに上層酸化膜１１ｉに対して傾斜しており、上層酸化膜１１ｉに対して順テーパ形状に形成されている。また、第１斜面１５ａの下側に位置する側面２３ｂは、上側に位置する側面２３ａと比べ傾斜が小さく裾広がりに形成されている。なお、図５においては、後述するスピンバルブ膜ＳＶにおける、スペーサ層Ｓ及びキャッピング層Ｃは省略する。
また、ＧＭＲバー１２ｅ−１上にも、前述した非磁性膜１１ｒ−２と同様の非磁性膜１１Ｒ−１が形成されており、その非磁性膜１１Ｒ−１上には保護膜として、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ及び窒化膜１１ｓ、ポリイミド膜１１ｐが形成されている。なお、ここでは第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅのＧＭＲバー１２ｅ−１を例にして説明したが、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌのそれぞれのＧＭＲバー及びＧＭＲバーを覆う保護膜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。
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２，６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−２について説明する。また、他のＸ軸ＧＭＲ素子１２ｂ〜１２ｄおよびＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜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。
ここで、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２は、図２（ｂ）に示すように、その長手方向がＸ軸に対して垂直（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リード膜１２ａ−６，１２ａ−７に接続されている。ここで、リード膜１２ａ−６，１２ａ−７はＣｒ等の非磁性金属膜からなり、その膜厚は例えば１３０ｎｍ（１３００Å）に設定されている。
そして、スピンバルブ膜ＳＶは、図６（ａ）に示すように、基板１１の上に順次積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層（導電層）Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び、膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃによって構成されている。
そして、スピンバルブ膜ＳＶは、図６（ａ）に示すように、基板１１の上に順次積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層（導電層）Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び、膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃによって構成されている。
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の上に形成されて膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２と、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２の上に形成されて膜厚が１．２ｎｍ（１２Å）のＣｏＦｅ層１２ａ−２３とからなる。
ここで、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２及びＣｏＦｅ層１２ａ−２３は軟質強磁性体薄膜層を構成している。また、ＣｏＦｅ層１２ａ−２３はＮｉＦｅ層１２ａ−２２のＮｉ、及び、スペーサ層ＳをなすＣｕ層１２ａ−２４の拡散を防止するために設けられている。
ここで、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２及びＣｏＦｅ層１２ａ−２３は軟質強磁性体薄膜層を構成している。また、ＣｏＦｅ層１２ａ−２３はＮｉＦｅ層１２ａ−２２のＮｉ、及び、スペーサ層ＳをなすＣｕ層１２ａ−２４の拡散を防止するために設けられている。
ピン層Ｐは、Ｃｕ層１２ａ−２４の上に形成されて膜厚が３．２ｎｍ（３２Å）の第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５と、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の上に形成されて膜厚が０．５ｎｍ（５Å）のＲｕ層１２ａ−２６と、Ｒｕ層１２ａ−２６の上に形成されて膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）の第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７と、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７の上に形成されてＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２８とにより構成されている。
なお、上述したフリー層Ｆ及びピン層Ｐを構成する各層や、スペーサ層Ｓ、キャッピング層Ｃの膜厚は、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合のものであり、斜面１５ａ，１５ｂに形成されるＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ及びＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの場合には、これらを構成する各層がＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合の７０〜８０％程度の膜厚となる。また、図２（ｂ）においては、スピンバルブ膜ＳＶにおける、スペーサ層Ｓ及びキャッピング層Ｃは省略している。
なお、上述したフリー層Ｆ及びピン層Ｐを構成する各層や、スペーサ層Ｓ、キャッピング層Ｃの膜厚は、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合のものであり、斜面１５ａ，１５ｂに形成されるＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ及びＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの場合には、これらを構成する各層がＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合の７０〜８０％程度の膜厚となる。また、図２（ｂ）においては、スピンバルブ膜ＳＶにおける、スペーサ層Ｓ及びキャッピング層Ｃは省略している。
そして、前述した第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７は、図６（ｂ）に示すように、反強磁性膜１２ａ−２８に交換結合的に裏打ちされており、その磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸負方向にピン（固定）されている。また、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５は、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７との間で反強磁性的に結合されており、その磁化の向きがＸ軸正方向にピン（固定）されている。すなわち、これら２つのＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５，１２ａ−２７によってピン層Ｐにおける磁化の向きが定められている。
そして、図２（ａ）、図４（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、上述のように構成された第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａにおける磁界の感度方向は、基板１１の平坦面に平行な方向かつフリー層Ｆの磁化の向きに垂直な方向となっており、ＧＭＲバーの長手方向の垂直方向、かつ、Ｘ軸正方向（図４（ａ）の矢印ａ１方向）となっている。また、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂにおける磁界の感度方向は、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａと同様にＸ軸正方向（図４（ａ）の矢印ｂ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向に磁界が印加された場合には、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１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の抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
したがって、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向に磁界が印加された場合には、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１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の抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
一方、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおける磁界の感度方向は、図４（ａ）に示すように、これらの各ＧＭＲバーの長手方向の垂直方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂと１８０°反対方向となっている。すなわち、これら第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおいては、磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸負方向（図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ及び第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂのピン層の磁化の向きと１８０°反対の方向）にピン（固定）されるようにピン層が形成されている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１方向に磁界が印加された場合には、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４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１と反対方向に磁界が印加された場合には、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
したがって、図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１方向に磁界が印加された場合には、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４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１と反対方向に磁界が印加された場合には、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
また、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆにおける磁界の感度方向は、図４（ｂ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３等）の長手方向の垂直方向で、突部（堤部）１５の第１斜面（傾斜角度はθ）１５ａに沿うＹ軸正方向かつＺ軸負方向（図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
したがって、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
一方、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈにおける磁界の感度方向は、図４（ｃ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸負方向かつＺ軸負方向（図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向）となっている。すなわち、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈの磁界の感度方向は、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆと１８０°反対方向となっている
したがって、図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１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４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１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。
したがって、図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１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４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１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。
また、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊにおける磁界の方向は、図４（ｃ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｉ−２，１２ｉ−３および１２ｊ−２，１２ｊ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第２斜面（傾斜角度はθ）１５ｂに沿うＹ軸負方向かつＺ軸正方向（図４（ａ），（ｃ）の矢印ｉ１，ｊ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
したがって、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
一方、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおける磁界の感度方向は、図４（ｂ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｋ−２，１２ｋ−３および１２ｌ−２，１２ｌ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向かつＺ軸正方向（図４（ａ），（ｂ）の矢印ｋ１，ｌ１方向）となっている。すなわち、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌの磁界の感度方向は、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊと１８０°反対方向となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２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４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２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。
したがって、図４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２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４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２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。
以上のように構成された三軸磁気センサ１０のうちＸ軸方向（図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向）の磁気を検出するＸ軸磁気センサは、図７（ａ）（なお、図７（ａ）〜（ｃ）において、各矢印は各ＧＭＲ素子のピン層ＰがＹ軸負方向に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がフルブリッジ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。
また、三軸磁気センサ１０のうちＹ１軸方向（図４の矢印ｅ１，ｆ１，ｇ１，ｈ１方向）の磁気を検出するＹ１軸磁気センサは、図７（ｂ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈがフルブリッジ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Ｖｙ１ｉｎ+（本例では３Ｖ）と電位Ｖｙ１ｉｎ-（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Ｖｙ１ｏｕｔとして取り出される。
さらに、三軸磁気センサ１０のうちＹ２軸方向（図４の矢印ｉ１，ｊ１，ｋ１，ｌ１方向）の磁気を検出するＹ２軸磁気センサは、図７（ｃ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌがフルブリッジ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Ｖｙ２ｉｎ+（本例では３Ｖ）と電位Ｖｙ２ｉｎ-（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Ｖｙ２ｏｕｔとして取り出される。
そして、得られた出力Ｖｘｏｕｔ，Ｖｙ１ｏｕｔおよびＶｙ２ｏｕｔ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。なお、これらの演算は、例えば基板１１に予め形成されたＬＳＩや、三軸磁気センサ１０に電気接続された別個のＬＳＩチップ等において行われることとなる。
Ｈｘ＝２ｋｘ×Ｖｘｏｕｔ・・・（１）
Ｈｙ＝ｋｙ（Ｖｙ１ｏｕｔ−Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｃｏｓθ・・・（２）
Ｈｚ＝ｋｚ（Ｖｙ１ｏｕｔ＋Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｓｉｎθ・・・（３）
ただし、θは突部（堤部）１５の各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度であって、この場合のθは２０°≦θ≦６０°の関係を有する。また、ｋｘ，ｋｙ，ｋｚは比例定数であって、各センサの感度が等しければ、ｋｘ＝ｋｙ＝ｋｚとなる。
Ｈｘ＝２ｋｘ×Ｖｘｏｕｔ・・・（１）
Ｈｙ＝ｋｙ（Ｖｙ１ｏｕｔ−Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｃｏｓθ・・・（２）
Ｈｚ＝ｋｚ（Ｖｙ１ｏｕｔ＋Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｓｉｎθ・・・（３）
ただし、θは突部（堤部）１５の各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度であって、この場合のθは２０°≦θ≦６０°の関係を有する。また、ｋｘ，ｋｙ，ｋｚは比例定数であって、各センサの感度が等しければ、ｋｘ＝ｋｙ＝ｋｚとなる。
次に、上述のような構成となる三軸磁気センサ１０の製造方法について、図８〜図２０の断面模式図に基づいて以下に説明する。なお、図８〜図２０において、（ａ）はビア部を示し、（ｂ）はパッド部を示し、（ｃ）はＹ１軸ＧＭＲ部およびＹ２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。
この三軸磁気センサ１０の製造方法においては、はじめに、図８に示すように、配線層１１ａが形成された基板（石英基板又はシリコン基板）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。次いで、図９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、配線層１１ａを外方に露出させる開口部１１ｃ，１１ｄを作製する。その後、図１０に示すように、これらの表面に、例えばＳｉＯ２膜等からなる酸化膜（ＳｉＯｘ、厚み：１５００Å）１１ｅと、例えばＳｉ３Ｎ４膜等からなる窒化膜（ＳｉＮｘ、厚み：５０００Å）１１ｆとをプラズマＣＶＤ法により成膜する。そして、これらの上にレジストを塗布した後、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する。
次いで、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、レジストを除去すると、図１１に示すように、窒化膜１１ｆにはビア部上およびパッド部上に酸化膜１１ｅを外方に露出させる開口部１１ｇ，１１ｈが形成されることになる。なお、この開口部１１ｇ，１１ｈの形成に際しては、酸化膜１１ｅはエッチングしきらずに残存させるようにし、また、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する。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。
その後、図１２に示すように、これら窒化膜１１ｆ、酸化膜１１ｅの上に、例えばＳｉＯ２膜等からなる上層酸化膜（ＳｉＯｘ、厚み：５μｍ）１１ｉをプラズマＣＶＤ法により成膜する。次いで、この上層酸化膜１１ｉの上にレジストを塗布してレジスト膜（厚み：５μｍ）１１ｊを形成する（配置面形成工程）。そして、このレジスト膜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、Ｙ１軸ＧＭＲ素子およびＹ２軸ＧＭＲ素子の配列用の突部（堤部）１５を形成するためのパターンをカットする。このカット後には、１５０℃の温度で１〜１０分間の熱処理を行って、図１３に示すように、レジスト膜１１ｊのカド部をテーパ状に形成（テーパ化）する。
その後、上層酸化膜１１ｉ及びレジスト膜１１ｊをほぼ同じ比率でエッチングする条件、かつ、このエッチング後に上層酸化膜１１ｉの残存する厚さが最大で約０．５μｍ（約５０００Åとなる条件でドライエッチングを行う。なお、このドライエッチングに際しては、ビア部およびパッド部において上層酸化膜１１ｉの開口幅（径）が窒化膜１１ｆの開口幅（径）よりも大きくならないようにする。
そして、このドライエッチングの終了後に残存するレジスト膜１１ｊを除去することで、図１４に示すように、ＧＭＲ部に上層酸化膜１１ｉからなる突部（堤部）１５が形成されることになる。
そして、このドライエッチングの終了後に残存するレジスト膜１１ｊを除去することで、図１４に示すように、ＧＭＲ部に上層酸化膜１１ｉからなる突部（堤部）１５が形成されることになる。
さらに、この上層酸化膜１１ｉ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、エッチングを行う。そして、このエッチングで残存したレジストを除去することにより、図１５に示すように、ビア部に開口１１ｋが形成されて、基板１１の最上層の配線層１１ａが外方に露出することになる。なお、このエッチングにおいては、図示例のようにパッド部における配線層１１ａ上の酸化膜１１ｅ及び上層酸化膜１１ｉを残存させてもよいが、例えば、ビア部と同様に、これら酸化膜１１ｅ及び上層酸化膜１１ｉも同時に除去してパッド部における配線層１１ａを外方に露出させるとしても構わない。
その後、図１６に示すように、Ｃｒ等の材質からなるリード膜１１ｍ（後に、例えば、図２（ａ）に示すリード膜１２ａ−５，１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８，１２ａ−９等をなす）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のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、上層酸化膜１１ｉ上およびビア部において露出する配線層１１ａ上に形成する。そして、これらの上層酸化膜１１ｉおよびリード膜１１ｍの上にレジストを塗布して、このレジストをリード膜１１ｍのパターンにカットした後、リード膜１１ｍのエッチングを行う。
この場合、突部（堤部）１５の斜面１５ａ，１５ｂ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熱処理を行ってレジストをテーパ化してもよい。なお、このエッチング終了後には上層酸化膜１１ｉ上に残存するレジストを除去する。
この場合、突部（堤部）１５の斜面１５ａ，１５ｂ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熱処理を行ってレジストをテーパ化してもよい。なお、このエッチング終了後には上層酸化膜１１ｉ上に残存するレジストを除去する。
そして、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等をなす）をこれら上層酸化膜１１ｉおよびリード膜１１ｍの表面上に形成する（磁気抵抗効果膜形成工程）。
この素子形成工程においては、図６に示したように、基板１１の上にフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）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）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃを順次積層することで、前記ＧＭＲ多層膜１１ｎが形成されることになる。
この素子形成工程においては、図６に示したように、基板１１の上にフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）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）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃを順次積層することで、前記ＧＭＲ多層膜１１ｎが形成されることになる。
また、この工程におけるフリー層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、膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２、及び、膜厚が１．２ｎｍ（１２Å）のＣｏＦｅ層１２ａ−２３を順次積層することで形成される。
さらに、この工程におけるピン層Ｐは、膜厚が３．２ｎｍ（３２Å）の第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５、膜厚が０．５ｎｍ（５Å）のＲｕ層１２ａ−２６、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）の第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７、及び、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２８を順次積層することで形成される。
さらに、この工程におけるピン層Ｐは、膜厚が３．２ｎｍ（３２Å）の第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５、膜厚が０．５ｎｍ（５Å）のＲｕ層１２ａ−２６、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）の第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７、及び、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２８を順次積層することで形成される。
その後、ＧＭＲ多層膜１１ｎを形成した基板１１に永久棒磁石アレー１６（図２２参照）を近接させて、後述する規則化熱処理（ピニング処理）を行い、ピン層Ｐの磁化の向きを固定させる（規則化熱処理工程）。
そして、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、図２に示す複数の狭幅の帯状体の形状）に形成する。また、イオンミリングによりＧＭＲ多層膜１１ｎは各々分離され、この時露出される面が各ＧＭＲ多層膜１１ｎ（ＧＭＲバー）の周面（例えば、側面２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ）として形成されることとなる。なお、このイオンミリングでは、ビア部においてＧＭＲ多層膜１１ｎ及びリード膜１１ｍの双方が残るようにしており、これによってビア部の縁におけるリード膜１１ｍの断線を予防することができる。
そして、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、図２に示す複数の狭幅の帯状体の形状）に形成する。また、イオンミリングによりＧＭＲ多層膜１１ｎは各々分離され、この時露出される面が各ＧＭＲ多層膜１１ｎ（ＧＭＲバー）の周面（例えば、側面２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ）として形成されることとなる。なお、このイオンミリングでは、ビア部においてＧＭＲ多層膜１１ｎ及びリード膜１１ｍの双方が残るようにしており、これによってビア部の縁におけるリード膜１１ｍの断線を予防することができる。
次に、レジスト膜を除去し、外方に露出する酸化膜１１ｅ、上層酸化膜１１ｉ、リード膜１１ｍ及びＧＭＲ多層膜１１ｎの上に、保護膜を形成していく。
そこで、図１７に示すように、まずＧＭＲ多層膜１１ｎの表面にタンタル（Ｔａ）等の非磁性金属からなる非磁性膜１１ｒ（後に、非磁性膜１１ｒ−１〜１１ｒ−４や１１Ｒ−１等をなす）を形成する（非磁性膜形成工程）。具体的には、窒素、アルゴン等の不活性ガスが充填された不活性ガス雰囲気下のチャンバー内でスパッタリング法により、膜厚が５０〜１００Å程度になるように成膜する。その後、非磁性膜１１ｒが、各ＧＭＲ多層膜１１ｎ毎を覆うようにエッチングを行う（パターニング工程）。
ここで、ＧＭＲ多層膜１１ｎの各層（特に、フリー層Ｆ）の形成材料は酸化しやすくなっているが、このように、スパッタリング法により、チャンバー内に酸素を充填せず、不活性ガスのみの雰囲気下で非磁性膜１１ｒを形成することで、ＧＭＲ多層膜１１ｎの表面に酸素が吸着することなくＧＭＲ多層膜１１ｎを被覆することができる。なお、非磁性膜１１ｒは、真空蒸着法、レーザアブレーション法等、スパッタリング法以外のＰＶＤ法により形成することも可能である。
次に、図１８に示すように、非磁性膜１１ｒ上に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＸのうち化学両論的なＳｉＯ２を多く含んだ酸化膜（厚み：１５００Å）からなるＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成する。具体的には、チャンバー内に基板１１を載置し、その基板１１を約２５０℃に加熱する。そして、チャンバー内に反応ガスを充填し、プラズマによりエネルギーを加えて活性化させ、ガス反応を促進させることで成膜する。
さらに、図１９に示すように、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ上に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮＸ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）膜等からなる窒化膜１１ｓ（厚み：５０００Å）を形成する。具体的には、前述したＣＶＤ酸化膜１１ｏの形成方法と同様に、チャンバー内に基板１１を載置し、その基板１１を約２５０℃に加熱する。そして、チャンバー内に反応ガスを充填し、プラズマによりエネルギーを加えて活性化させ、ガス反応を促進させることで成膜する。
そして、図２０に示すように、窒化膜１１ｓの上にポリイミド膜１１ｐを成膜する。このように、ＧＭＲ多層膜１１ｎ上に非磁性膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓ、ポリイミド膜１１ｐを成膜することにより、ＧＭＲ多層膜１１ｎの保護膜が形成されることになる。
そして、図２０に示すように、窒化膜１１ｓの上にポリイミド膜１１ｐを成膜する。このように、ＧＭＲ多層膜１１ｎ上に非磁性膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓ、ポリイミド膜１１ｐを成膜することにより、ＧＭＲ多層膜１１ｎの保護膜が形成されることになる。
そして、パッド部上のポリイミド膜１１ｐをマスクとして、パッド部の配線層１１ａ上の酸化膜１１ｅ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓをエッチングにより除去してパッド部を開口して、露出する配線層１１ａからなる電極パッドを形成し、最後に基板１１を切断する。以上により、図１に示した三軸磁気センサ１０の製造が完了する。
なお、上述した保護膜および電極パッドの形成は、上記実施形態の手順に限ることはない。すなわち、例えばＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓを成膜した後に、パッド部上のＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓをエッチングにより除去してパッド部を開口してパッド部の配線層１１ａを露出させる。次いで、これらＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓ、配線層１１ａの上にポリイミド膜１１ｐを成膜して保護膜を形成する。最後に、パッド部上のポリイミド膜１１ｐをエッチングにより除去してパッド部の配線層１１ａを再度露出させて、この配線層１１ａからなる電極パッドを形成するとしてもよい。
そして、前述した規則化熱処理（ピニング処理）は、図２１，２２（なお、図２１においては永久棒磁石片を５個だけ図示している）に示すように、ＧＭＲ多層膜１１ｎを形成した表面とは反対側となる基板１１の裏面側に永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を配置し、これら基板１１および永久棒磁石アレー１６を真空中で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行う。
すなわち、はじめに、隣接する永久棒磁石片の下端の極性が互いに異なるように格子状に配列された永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を用意する。この後、基板１１の中心部上で永久棒磁石片１６ａ（下端部がＳ極となる）が配列されるように、かつ、基板１１の外側で永久棒磁石片１６ａの上下左右の領域上に永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ（下端部がＮ極となる）が配列されるように永久棒磁石アレー１６を配置する。
すなわち、はじめに、隣接する永久棒磁石片の下端の極性が互いに異なるように格子状に配列された永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を用意する。この後、基板１１の中心部上で永久棒磁石片１６ａ（下端部がＳ極となる）が配列されるように、かつ、基板１１の外側で永久棒磁石片１６ａの上下左右の領域上に永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ（下端部がＮ極となる）が配列されるように永久棒磁石アレー１６を配置する。
これにより、基板１１の中心部の上に配置された永久棒磁石片１６ａのＮ極から、このＮ極に隣接して基板１１の外側に配置された永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅのＳ極に向かう９０°ずつ方向が異なる磁界Ｈ（図２１の点線矢印）が形成され、磁界Ｈは、永久棒磁石片１６ａのＮ極から各ＧＭＲ素子（例えば、図２０のＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ）に到達することになる。
そして、磁界Ｈを利用して、真空中で２６０℃〜２９０℃に加熱し、その状態で４時間ほど放置した後には、例えば図６（ｂ）に示すように、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７の磁化の向きが、磁界Ｈと逆向きの状態で反強磁性膜１２ａ−２８に交換結合的に裏打ちされて固定されることになる。また、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の磁化の向きは、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７との反強磁性的な結合によって磁界Ｈと同じ向きの状態で固定されることになる。
なお、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の磁化の向きは、規則化熱処理において付与する磁界Ｈと同じ向きに固定されるとしても構わない。
なお、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の磁化の向きは、規則化熱処理において付与する磁界Ｈと同じ向きに固定されるとしても構わない。
この結果、図４に示したように、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂにおいては、Ｘ軸正方向、すなわち、図４（ａ）のａ１，ｂ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定され、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおいては、Ｘ軸負方向、すなわち、図４（ａ）のｃ１，ｄ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
一方、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆにおいては、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸正方向、すなわち、図４（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。また、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈにおいては、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸負方向、すなわち、図４（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
さらに、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊにおいては、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸負方向、すなわち、図４（ｃ）の矢印ｉ１，ｊ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
また、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおいては、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向、すなわち、図４（ｂ）の矢印ｋ１，ｌ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
また、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおいては、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向、すなわち、図４（ｂ）の矢印ｋ１，ｌ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
ここで、本実施形態のようにＧＭＲ素子とＣＶＤ酸化膜との間に、ＧＭＲ素子を覆う非磁性膜を形成した場合と、従来のようにＧＭＲ素子上に直接、ＣＶＤ酸化膜を形成した場合とで、Ｘ軸ＧＭＲ素子、Ｙ１軸ＧＭＲ素子、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子のヒステリシス特性を比較する試験を行った。なお、本試験の非磁性膜は、チャンバー内に充填する不活性ガスにアルゴンを用い、ターゲットにタンタル（Ｔａ）を用いたスパッタリング法により形成した。
図２３，２４のグラフは、各ＧＭＲ素子のヒステリシス特性を示しており、その横軸は各ＧＭＲ素子のヒステリシス値［μＴ］を示している。また、グラフの縦軸は各ＧＭＲ素子の全体の試験数を１００とした時の度数［％］を示す。ここで、ヒステリシス値とは、外部の磁場の強さを変化させた時の出力を示すヒステリシス曲線において、出力が０となる時の正の磁場と負の磁場の強さの差とする。
図２３，２４のグラフは、各ＧＭＲ素子のヒステリシス特性を示しており、その横軸は各ＧＭＲ素子のヒステリシス値［μＴ］を示している。また、グラフの縦軸は各ＧＭＲ素子の全体の試験数を１００とした時の度数［％］を示す。ここで、ヒステリシス値とは、外部の磁場の強さを変化させた時の出力を示すヒステリシス曲線において、出力が０となる時の正の磁場と負の磁場の強さの差とする。
そして、従来の場合のヒステリシス値の分布は、図２４に示すように、Ｘ軸ＧＭＲ素子、Ｙ１軸ＧＭＲ素子、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子のいずれにおいても、３．５［μＴ］から４．０［μＴ］の付近で１０［％］から１１［％］と集中していることがわかる。また、この分布にはバラツキ（分布の広がり）があり、分布範囲は少なくとも０．５［μＴ］から１３［μＴ］まで広がっている。
従来では、ＧＭＲ素子上に、直接、ＣＶＤ酸化膜を形成していたため、ＣＶＤ酸化膜の成膜時に、チャンバー内でプラズマにより活性化された酸素がＧＭＲ素子に吸着して、ＧＭＲ素子が酸化してしまう結果、ヒステリシス値が高く、バラツキも生じてしまっていたものと考えられる。
従来では、ＧＭＲ素子上に、直接、ＣＶＤ酸化膜を形成していたため、ＣＶＤ酸化膜の成膜時に、チャンバー内でプラズマにより活性化された酸素がＧＭＲ素子に吸着して、ＧＭＲ素子が酸化してしまう結果、ヒステリシス値が高く、バラツキも生じてしまっていたものと考えられる。
一方、本実施形態の場合のヒステリシス値の分布は、図２３に示すように、各ＧＭＲ素子のいずれにおいても、０．５［μＴ］付近で、７０［％］から８５［％］と従来の場合よりも高い度数で集中している。また、ヒステリシス値の分布範囲も０．５［μＴ］から４．０［μＴ］までの間に収まっており従来の場合と比較してバラツキが少ない。
本実施形態では、ＣＶＤ酸化膜との間に、ＧＭＲ素子を覆う非磁性膜を形成しているため、その後のＣＶＤ酸化膜の成膜時において、非磁性膜によってチャンバー内で活性化された酸素がＧＭＲ素子に吸着することを防ぐことができるのではないかと考えられる。
本実施形態では、ＣＶＤ酸化膜との間に、ＧＭＲ素子を覆う非磁性膜を形成しているため、その後のＣＶＤ酸化膜の成膜時において、非磁性膜によってチャンバー内で活性化された酸素がＧＭＲ素子に吸着することを防ぐことができるのではないかと考えられる。
以上のように、本実施形態の三軸磁気センサ１０によれば、ＧＭＲ素子を保護する保護膜を形成する際、ＣＶＤ酸化膜１１ｏの形成工程に先立ってＧＭＲ素子における各ＧＭＲバー毎を覆う非磁性膜１１ｒをスパッタリング法により形成することで、不活性ガス雰囲気下チャンバー内でＧＭＲバーを被覆することができる。
そして、プラズマＣＶＤ法により非磁性膜１１ｒ上にＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成することで、プラズマにより酸素が活性化された雰囲気下でＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成しても、非磁性膜１１ｒによってＧＭＲ素子を保護することができる。したがって、活性化された酸素がＧＭＲバーの表面に吸着して、ＧＭＲバーのうち、特にフリー層Ｆが酸化することを防ぐことができる。これにより、フリー層Ｆの軟磁気特性の悪化を防ぐことができるため、ヒステリシス特性に優れた三軸磁気センサ１０を製造することができる。
そして、プラズマＣＶＤ法により非磁性膜１１ｒ上にＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成することで、プラズマにより酸素が活性化された雰囲気下でＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成しても、非磁性膜１１ｒによってＧＭＲ素子を保護することができる。したがって、活性化された酸素がＧＭＲバーの表面に吸着して、ＧＭＲバーのうち、特にフリー層Ｆが酸化することを防ぐことができる。これにより、フリー層Ｆの軟磁気特性の悪化を防ぐことができるため、ヒステリシス特性に優れた三軸磁気センサ１０を製造することができる。
特に、第１斜面１５ａ（及び第２斜面１５ｂ）に形成されたＧＭＲ素子のＧＭＲバーにおいて、長手方向に沿う下側の側面２３ｂは、上側の側面２３ａに比べ裾広がりに形成されるため、側面２３ｂには酸素が吸着しやすくなってしまうが、このような場合に対してもＧＭＲバーを確実に保護して、酸化を防ぐことができる。
さらに、平坦面上及び斜面１５ａ，１５ｂ上に各々ＧＭＲ素子を形成した三軸磁気センサ１０では、相互に交差する軸方向の磁気を検出することができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を検出することが可能となる。
なお、上記実施形態において、非磁性膜１１ｒを、ＧＭＲバーを覆うようにパターニングしたが、非磁性膜１１ｒを少なくともフリー層Ｆの周面のみを保護するようにパターニングしてもよい。これにより、フリー層Ｆの酸化による軟磁気特性の悪化を防ぐことができるため、三軸磁気センサ１０の特性を向上させることができる。
さらに、上記実施形態においては、Ｙ１軸ＧＭＲ素子およびＹ２軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバーは、同一の突部１５に配置されるとしたが、少なくとも相互に異なる方向に傾斜する斜面に配置されていればよく、例えば別個の突部に配置されるとしても構わない。
また、上記実施形態においては、基板１１の平坦面上、相互に異なる方向に傾斜する第１斜面１５ａ及び第２斜面１５ｂにそれぞれＧＭＲ素子を配置して三軸方向の磁気を検出する磁気センサについて述べたが、これに限ることはなく、例えば二軸方向あるいは一軸方向の磁気を検出する磁気センサにも適用することができる。
また、上記実施形態においては、上層酸化膜１１ｉ上にＧＭＲ素子を形成したが、上層酸化膜１１ｉとＧＭＲ素子との間にＳｉＮＸ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）等からなる窒化膜を形成してもよい。さらに、非磁性膜１１ｒ上に、ＳｉＯ２膜等からなるＣＶＤ酸化膜１１ｏ及びＳｉ3Ｎ4膜等からなる窒化膜１１ｓを形成した後に、その上にポリイミド膜１１ｐを設けたが、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ及び窒化膜１１ｓをなくして、ポリイミド膜１１ｐのみ設ける構成としてもよい。
また、上記実施形態においては、基板１１の平坦面上、相互に異なる方向に傾斜する第１斜面１５ａ及び第２斜面１５ｂにそれぞれＧＭＲ素子を配置して三軸方向の磁気を検出する磁気センサについて述べたが、これに限ることはなく、例えば二軸方向あるいは一軸方向の磁気を検出する磁気センサにも適用することができる。
また、上記実施形態においては、上層酸化膜１１ｉ上にＧＭＲ素子を形成したが、上層酸化膜１１ｉとＧＭＲ素子との間にＳｉＮＸ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）等からなる窒化膜を形成してもよい。さらに、非磁性膜１１ｒ上に、ＳｉＯ２膜等からなるＣＶＤ酸化膜１１ｏ及びＳｉ3Ｎ4膜等からなる窒化膜１１ｓを形成した後に、その上にポリイミド膜１１ｐを設けたが、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ及び窒化膜１１ｓをなくして、ポリイミド膜１１ｐのみ設ける構成としてもよい。
また、上記実施形態においては、ピン層Ｐを構成する２つのＣｏＦｅ磁性層にＲｕ層を挟み込んだＳＡＦ構造のＧＭＲ素子について説明したが、これに限ることはなく、例えば、Ｒｕ層を除いた構成のＧＭＲ素子にも適用することができる。また、磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）を用いた場合の磁気センサについても適用することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１０…三軸磁気センサ、１１…基板、１１ｉ…上層酸化膜（シリコン酸化膜）、１１ｎ…ＧＭＲ多層膜（ＧＭＲ素子）、１１ｏ…ＣＶＤ酸化膜、１１ｒ，１１ｒ−１〜１１ｒ−４，１１Ｒ−１…非磁性膜、１２ａ〜１２ｄ…Ｘ軸ＧＭＲ素子、１２ｅ〜１２ｈ…Ｙ１軸ＧＭＲ素子、１２ｉ〜１２ｌ…Ｙ２軸ＧＭＲ素子、１２ａ−２５…第１ＣｏＦｅ磁性層（第１磁性層）、１２ａ−２６…Ｒｕ層、１２ａ−２７…第２ＣｏＦｅ磁性層（第２磁性層）、１２ａ−２８…反強磁性膜、１５ａ…第１斜面、１５ｂ…第２斜面、１６…永久棒磁石アレー（マグネットアレー）、Ｆ…フリー層、Ｈ…磁界、Ｐ…ピン層、Ｓ…スペーサ層（導電層）
Claims (4)
- 基板の上に、該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成してなるシリコン酸化膜が設けられるとともに、
前記平坦面上及び前記斜面上のそれぞれに、複数のリード膜の間をフリー層、導電層及びピン層の積層構造からなる磁気抵抗効果膜が直列に接続された巨大磁気抵抗効果素子が設けられ、
前記巨大磁気抵抗効果素子の上にＣＶＤ酸化膜が形成される磁気センサにおいて、
前記平坦面上の前記巨大磁気抵抗効果素子の長手方向に沿う両側面が、前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状とされ、
前記斜面上の前記巨大磁気抵抗効果素子の長手方向に沿う両側面が、前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状とされるとともに、前記斜面の下側に位置する側面の傾斜が前記斜面の上側に位置する側面の傾斜よりも小さくかつ裾広がりとされ、
前記巨大磁気抵抗効果素子と前記ＣＶＤ酸化膜との間には、前記磁気抵抗効果膜における少なくとも前記フリー層の周面を前記磁気抵抗効果膜毎に覆う非磁性膜が形成され、
前記非磁性膜がＴａ，Ｃｒ，Ｔｉのいずれかの非磁性金属膜であることを特徴とする磁気センサ。 - 前記巨大磁気抵抗効果素子は、自由磁化層と、導電性スペーサ層と、固定磁化層と、TaまたはTiからなるキャッピング層とが順次積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
- 基板の上に、シリコン酸化膜により該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成する配置面形成工程と、
前記平坦面上及び前記斜面上のそれぞれに、複数のリード膜の間にフリー層、導電層及びピン層の積層構造からなる磁気抵抗効果膜を直列に接続して巨大磁気抵抗効果素子を形成する素子形成工程と、
前記巨大磁気抵抗効果素子上にＣＶＤ法によりＣＶＤ酸化膜を形成するＣＶＤ膜形成工程とを有する磁気センサの製造方法において、
前記平坦面上の前記巨大磁気抵抗効果素子は、その長手方向に沿う両側面が前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状になるように形成し、
前記斜面上の前記巨大磁気抵抗効果素子は、その長手方向に沿う両側面が前記シリコン酸化膜に対して傾斜した順テーパ形状になるように形成するとともに、前記斜面の下側に位置する側面の傾斜を前記斜面の上側に位置する側面の傾斜よりも小さくかつ裾広がりに形成し、
更に、前記素子形成工程と前記ＣＶＤ膜形成工程との間に、前記巨大磁気抵抗効果素子の上にＴａ，Ｃｒ，Ｔｉのいずれかの非磁性金属膜である非磁性膜を形成する非磁性膜形成工程と、
前記非磁性膜を前記磁気抵抗効果膜における少なくとも前記フリー層の周面を前記磁気抵抗効果膜毎に覆うようにパターニングするパターニング工程とを有することを特徴とする磁気センサの製造方法。 - 前記非磁性膜は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項３記載の磁気センサの製造方法。
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