JP5429251B2

JP5429251B2 - 磁気センサ装置およびその製造方法

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Publication number: JP5429251B2
Application number: JP2011203972A
Authority: JP
Inventors: 喬干古市; 久則与倉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2031-09-19
Also published as: JP2013064666A

Description

本発明は、磁気センサ装置およびその製造方法に関する。

既知の技術として、フリー磁性層とピン磁性層とを有するＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistance；ＧＭＲ）やＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistance；ＴＭＲ）を用いて物体の回転角を検出する磁気センサが知られている。これらの素子では１方向に固定されたピン磁性層の磁化方向と外部磁場に影響されるフリー磁性層の磁化方向との違いにより、素子の出力が変動することで角度を検出することができる。

通常、ピン磁性層の磁化方向は、磁場を印加しながら３００℃程度でアニールすることで決定される。この場合、複数の素子を形成したウェハ全体に磁場を印加しつつ各ピン磁性層の着磁を行うので、ピン磁性層の磁化方向は１ウェハ内で全て同じ方向となる。このため、出力信号はｃｏｓ曲線またはｓｉｎ曲線のいずれか一方となり、１素子での３６０°検出はできない。

そこで、３６０°の検出を可能とするために２つのチップをピン磁性層の磁化の向きが９０°異なるように配置することで、ｃｏｓ曲線とｓｉｎ曲線とが得られる構造が必要となる。この構造を実現するため、従来では、上述のように１ウェハに同じ磁化方向のピン磁性層を持つ素子を複数形成し、ウェハを素子毎にチップ状に分割した後、ピン磁性層の磁化方向が互いに９０°となるように２つのチップをパッケージ化していた。

しかしながら、この方法ではチップの数が多くなるために、コストアップに繋がるという問題があった。また、ピン磁性層の磁化方向が互いに９０°となるようにチップの向きを制御しなければならず、組み付け誤差によって回転の検出精度が低下する可能性があった。このため、１ウェハに多くの磁化方向を設ける、ピン磁性層多極化の技術が求められている。

そこで、特許文献１では、一部の素子を加熱することで、加熱領域と非加熱領域の磁化角度の差を設ける方法が提案されている。具体的に、特許文献１では、再生用磁気ヘッドにおいて、同一チップ内での素子の磁化方向を変更するための手段として、素子の一部を加熱することによる、磁性体の保持力の差が生じることによる磁化角度の調整方法が提案されている。

なお、磁気ヘッドの構造は、特許文献２、３において、基板に凹部が設けられ、この凹部に絶縁体が形成されており、絶縁体の上にコイルが形成された構造が提案されている。

特開２００６−２６９８６６号公報特開平９−２２５１０号公報特開平９−２２５１２号公報

しかしながら、特許文献１に示された加熱方法では、十分な着磁を行うために一部の素子に対して長時間の加熱を行うと、基板を熱が伝導する熱拡散が起こり、他素子まで過熱してしまうという問題がある。このため、各素子で角度誤差が生じ、検出精度に影響してしまう。したがって、回転角を検出するような角度精度が求められる磁気センサでは、熱拡散による角度誤差を低減しつつ、１チップ上で磁化方向を変更できる構造が求められる。

本発明は上記点に鑑み、１つの基板に形成した複数の磁気抵抗素子部のピン磁性層を任意の方向に着磁させたとしても、着磁による熱拡散の影響を低減することができる磁気センサ装置の製造方法を提供することを第１の目的とする。また、この方法を実現するための構造を備えた磁気センサ装置を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）を有する基板（１０）と、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（５３）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（５１）と、を有し、基板（１０）の一面（１１）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（５０）と、を備えている。そして、複数の磁気抵抗素子部（５０）には基板（１０）の一面（１１）に平行な面方向においてピン磁性層（５１）の磁化の向きが異なるものが含まれており、各磁気抵抗素子部（５０）が外部の磁場の影響を受けたときの各磁気抵抗素子部（５０）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する磁気センサ装置の製造方法であって、以下の点を特徴としている。

まず、基板（１０）を用意する工程と、基板（１０）の一面（１１）の上方に各磁気抵抗素子部（５０）を形成する素子部形成工程と、を行う。

続いて、基板（１０）のうち各磁気抵抗素子部（５０）に対応する部分に、当該部分の基板（１０）の厚みを当該部分と異なる部分の基板（１０）の厚みよりも薄くする空間部（１４）を形成する空間部形成工程を行う。この空間部形成工程では、基板（１０）において一面（１１）の反対側の他面（１２）に溝（１３）を形成することにより、空間部（１４）を形成する。

次に、磁場の向きが面方向のうちの第１の方向に設定された磁場中に、各磁気抵抗素子部（５０）が形成された基板（１０）を配置し、複数の磁気抵抗素子部（５０）のうちの一部を局所的に加熱して磁場中アニールを行うことにより、当該磁気抵抗素子部（５０）を構成するピン磁性層（５１）の磁化の向きを第１の方向に着磁する第１着磁工程を行う。

この後、磁場の向きが面方向のうち第１の方向とは異なる第２の方向に設定された磁場中に、各磁気抵抗素子部（５０）が形成された基板（１０）を配置し、複数の磁気抵抗素子部（５０）の一部とは異なる一部を局所的に加熱して磁場中アニールを行うことにより、当該磁気抵抗素子部（５０）を構成するピン磁性層（５１）の磁化の向きを第２の方向に着磁する第２着磁工程を行うことを特徴とする。

このように、基板（１０）のうち磁気抵抗素子部（５０）に対応する部分に空間部（１４）を設けているので、基板（１０）のうち空間部（１４）によって薄くなった部分の熱伝導を抑制することができる。したがって、着磁工程において他の磁気抵抗素子部（５０）に対する熱拡散の影響を低減することができる。

請求項２に記載の発明では、第２着磁工程の後、溝（１３）に埋込部材（７０）を埋め込むことを特徴とする。これにより、基板（１０）の強度を確保することができる。ここで、埋込部材（７０）をパッケージ（７１）に接着させても良い。

請求項３に記載の発明のように、空間部形成工程では、各磁気抵抗素子部（５０）に対応する空間部（１４）をそれぞれ繋げて形成することもできる。

請求項４に記載の発明では、一面（１１）を有する基板（１０）と、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（５３）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（５１）と、を有し、基板（１０）の一面（１１）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（５０）と、を備えている。また、複数の磁気抵抗素子部（５０）には基板（１０）の一面（１１）に平行な面方向においてピン磁性層（５１）の磁化の向きが異なるものが含まれており、各磁気抵抗素子部（５０）が外部の磁場の影響を受けたときの各磁気抵抗素子部（５０）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する磁気センサ装置である。

そして、基板（１０）は、各磁気抵抗素子部（５０）に対応して設けられると共に、当該基板（１０）のうち各磁気抵抗素子部（５０）に対応する部分に当該部分の基板（１０）の厚みを当該部分と異なる部分の基板（１０）の厚みよりも薄くする空間部（１４）を有しており、空間部（１４）は、基板（１０）において一面（１１）の反対側の他面（１２）に形成された溝（１３）により構成されていることを特徴とする。

このように、基板（１０）は各磁気抵抗素子部（５０）に対応した空間部（１４）を有しているので、基板（１０）のうち空間部（１４）によって薄くなった部分の熱伝導を抑制可能な構造とすることができる。したがって、磁気抵抗素子部（５０）のピン磁性層（５１）の着磁の際に、他の磁気抵抗素子部（５０）に対する熱拡散の影響を低減可能な構造とすることができる。

請求項５に記載の発明では、溝（１３）には埋込部材（７０）が埋め込まれており、空間部（１４）が埋込部材（７０）で満たされていることを特徴とする。これにより、基板（１０）の強度を確保することができる。ここで、埋込部材（７０）をパッケージ（７１）に接着させても良い。

請求項６に記載の発明のように、各磁気抵抗素子部（５０）に対応する空間部（１４）を、それぞれ繋げることもできる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る磁気センサ装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図１に示される磁気抵抗素子部の断面図である。図１および図２に示される磁気センサ装置の製造工程を示した図である。図３に続く製造工程を示した図である。図４に続く製造工程を示した図であり、特に着磁工程を示した図である。本発明の第２実施形態に係る磁気センサ装置を含んだ断面図である。本発明の第３実施形態に係る磁気センサ装置を含んだ断面図である。（ａ）は本発明の第４実施形態に係る磁気センサ装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。本発明の第５実施形態に係る磁気センサ装置を含んだ断面図である。他の実施形態を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る磁気センサ装置は、例えば自動車用のエンジン回転数検出やハンドル回転角検出等に使用されるものである。本実施形態では、磁気センサ装置として回転角を検出する回転角センサを例に説明する。

図１（ａ）は本実施形態に係る磁気センサ装置の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、磁気センサ装置は基板１０の上に２つのセンサ部２０を備えている。センサ部２０は、外部の磁場の影響を受けたときに抵抗値が変化する素子である。本実施形態に係るセンサ部２０は、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）として構成されている。

基板１０は、図１（ｂ）に示されるように、Ｓｉ等で形成された数百μｍの厚さの半導体基板である。また、基板１０は一面１１および他面１２を有している。

基板１０の上には絶縁膜３０が形成されている。そして、センサ部２０は絶縁膜３０の上に形成されている。センサ部２０は、絶縁膜３０の上に設けられた下部電極４０と、磁気抵抗素子部５０と、磁気抵抗素子部５０の上に設けられた上部電極４１と、を備えている。

図２は磁気抵抗素子部５０の断面図である。この図に示されるように、磁気抵抗素子部５０は、ピン磁性層５１、トンネル層５２、フリー磁性層５３が順に形成されてＴＭＲ素子が構成されたものである。

ピン磁性層５１はフリー磁性層５３よりも絶縁膜３０側に位置すると共に磁化の向きが固定される強磁性金属層である。トンネル層５２はトンネル効果によりフリー磁性層５３からピン磁性層５１に電流を流すための絶縁層である。フリー磁性層５３は、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化する強磁性金属層である。

このような構成の磁気抵抗素子部５０は基板１０の一面１１の上方に位置している。そして、基板１０の一面１１に平行な面方向において、一方の磁気抵抗素子部５０と他方の磁気抵抗素子部５０とでピン磁性層５１の磁化の向きが異なっている。本実施形態では、磁化の向きは互いに９０°異なっている。このため、一方の磁気抵抗素子部５０では回転角度に応じて抵抗値が例えばｃｏｓ曲線の出力となり、他方の磁気抵抗素子部５０では回転角度に応じて抵抗値が例えばｓｉｎ曲線の出力となる。

センサ部２０は、図１（ａ）に示されるように円形にレイアウトされている。このようにセンサ部２０の平面レイアウトを円形としているのは、磁化の特性が良くなるためである。完全な円形ではなく、楕円でも良い。もちろん、センサ部２０の平面レイアウトは円形や楕円に限らず、多角形でも良い。

また、センサ部２０の積層構造の周囲には積層構造の側面に接するように絶縁膜３１が形成されている。この絶縁膜３１や上述の絶縁膜３０として、誘電率の高い熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＴＥＯＳ酸化膜等の絶縁材料が用いられている。具体例として、絶縁膜３０、３１はＳｉＯ_２やＳｉＮ等である。

そして、本実施形態に係る基板１０は溝１３を有している。この溝１３は、基板１０の他面１２が一面１１側に凹んだ部分であり、各磁気抵抗素子部５０に対応して設けられている。この溝１３により、基板１０のうち各磁気抵抗素子部５０に対応する部分の基板１０の厚みが当該部分と異なる部分の基板１０の厚みよりも薄くなっている。このため、この溝１３が形成された部分に空間部１４が形成されている。すなわち、基板１０は各磁気抵抗素子部５０に対応する部分にそれぞれ空間部１４を有していると言える。

ここで、本実施形態では、絶縁膜３０が露出するように基板１０に溝１３が形成されている。このため、基板１０のうち溝１３が形成された部分の基板１０の厚みは無い。言い換えると、本実施形態に係る溝１３は貫通孔である。しかし、基板１０のうち溝１３が形成された部分の厚みが薄くされた結果、空間部１４が形成されている。したがって、溝１３が基板１０を貫通する構造についても、上記の「基板１０のうち各磁気抵抗素子部５０に対応する部分の基板１０の厚みが当該部分と異なる部分の基板１０の厚みよりも薄くなっている」構造に含まれる。

この空間部１４は基板１０の一部が除去されている部分であるので、基板１０と比較して熱伝導が低い部分である。このため、磁気抵抗素子部５０のピン磁性層５１を着磁する際に基板１０を局所的に加熱したときの熱拡散を抑制するという役割を果たす。

また、溝１３の底部の面積は、磁気抵抗素子部５０の面積よりも大きい。このため、ピン磁性層５１の着磁の際に、空間部１４によって他の磁気抵抗素子部５０への熱拡散が抑制される構造になっている。

下部電極４０は、当該下部電極４０に接続された図示しない下部電極用配線を介して絶縁膜３０の上に形成された図示しない下部電極用パッドに接続されている。下部電極用配線は、絶縁膜３１を貫通するように形成されている。下部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。

また、上部電極４１は、当該上部電極４１に接続された図示しない上部電極用配線を介して絶縁膜３０の上に形成された図示しない上部電極用パッドに接続されている。上部電極用配線は、絶縁膜３１の上に形成されている。上部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。

以上が、本実施形態に係る磁気センサ装置の全体構成である。次に、上記構成の磁気センサ装置の製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５の各図では、２つの磁気抵抗素子部５０を１つのセンサ部２０とした構造の断面図を示している。

まず、図３（ａ）に示す工程では、基板１０の一面１１に例えば数μｍの厚さの絶縁膜３０をＣＶＤ法等で形成する。

続いて、図３（ｂ）に示す工程では、下部電極４０となる金属層をスパッタ等で成膜する。そして、ミリング等でエッチングすることにより、下部電極４０を形成する。なお、下部電極４０となる金属層には、下部電極用配線の一部が残されるように、金属層のパターニングを行う。

図３（ｃ）に示す工程では、下部電極４０の上に磁気抵抗素子部５０となる各層をスパッタ等で順に成膜する。そして、ミリング等でエッチングすることにより、各下部電極４０の上に一対の磁気抵抗素子部５０を形成する（素子部形成工程）。

図４（ａ）に示す工程では、リフトオフの方法により絶縁膜３０の上に絶縁膜３１を形成する。これにより、絶縁膜３１が下部電極４０や磁気抵抗素子部５０の側面を覆う。なお、下部電極用配線の一部に繋がる図示しない孔部を絶縁膜３１に形成する。

そして、図４（ｂ）に示す工程では、絶縁膜３１に形成した図示しない孔部に金属材料を埋めると共に、各磁気抵抗素子部５０の上に上部電極４１となる金属層をスパッタ等で成膜する。また、当該金属層をミリング等でエッチングする。これにより、上部電極４１と、下部電極４０に接続された下部電極用配線と、上部電極４１に接続された上部電極用配線と、これらの配線にそれぞれ接続された下部電極用パッドおよび上部電極用パッドを形成する。こうして、基板１０上に２つのセンサ部２０を形成する。

図４（ｃ）に示す工程では、基板１０に空間部１４を形成する（空間部形成工程）。このため、基板１０の他面１２側に対してＫＯＨやＴＭＡＨ等のＳｉエッチング液でウェットエッチングを行う。これにより、基板１０において一面１１の反対側の他面１２に溝１３を形成することにより空間部１４を形成する。

ここで、基板１０のうち各磁気抵抗素子部５０に対応する部分の厚みが当該部分と異なる部分の厚みよりも薄くなるように溝１３を形成するが、本実施形態では絶縁膜３０が露出するまでエッチングを行う。つまり、基板１０のうち磁気抵抗素子部５０に対応する部分を除去する。また、溝１３の底部の面積が磁気抵抗素子部５０の面積よりも大きくなるように、すなわち溝１３の底部の範囲内に磁気抵抗素子部５０が含まれるように溝１３を形成する。

この後、図５に示す着磁工程を行う。まず、図５（ａ）に示す工程では、一方の磁気抵抗素子部５０のピン磁性層５１の着磁を行う（第１着磁工程）。具体的には、磁場の向きが基板１０の一面１１の面方向のうちの第１の方向に設定された磁場中（Ｈ）に、各磁気抵抗素子部５０が形成された基板１０を配置し、一方の磁気抵抗素子部５０を局所的に加熱して磁場中アニールを行う。すなわち、全てのセンサ部２０に外部磁場を印加し、着磁させたいセンサ部２０の磁気抵抗素子部５０を３００℃前後に局所的および選択的に加熱する。

本実施形態では、レーザ光をレンズ６０で集光して一方の磁気抵抗素子部５０に局所的に照射する。なお、図５（ａ）では加熱部分を斜線ハッチングで示してある。レーザ光の照射には半導体レーザやＹＡＧレーザを用いる。レーザによる加熱は、レーザ光の照射時間が短いことや温度ばらつきが小さいという利点がある。

レンズ６０で集光されたレーザ光のスポット径は、一方の磁気抵抗素子部５０を完全に覆うサイズであることが好ましい。これにより、一方の磁気抵抗素子部５０の全体を均一に加熱することができる。

以上のように、一方の磁気抵抗素子部５０を構成するピン磁性層５１の磁化の向きが第１の方向となるようにピン磁性層５１を着磁する。このとき、磁気センサ装置の出力を確認しながら着磁を行うことができる。

なお、加熱の際には、まずは磁気センサ装置全体を１５０℃程度に加熱し、この後にレーザ光の照射を実施するという２段階加熱を行っても良い。

続いて、図５（ｂ）に示す工程では、他方の磁気抵抗素子部５０のピン磁性層５１の着磁を行う（第２着磁工程）。具体的には、磁場の向きが基板１０の一面１１の面方向のうち第１の方向とは異なる第２の方向に設定された磁場中に、各磁気抵抗素子部５０が形成された基板１０を配置する。第２の方向は第１の方向に対して９０°傾いた方向である。

そして、第１着磁工程と同様に、他方の磁気抵抗素子部５０に局所的にレーザ光を照射することによって他方の磁気抵抗素子部５０を加熱して磁場中アニールを行う。これにより、当該磁気抵抗素子部５０を構成するピン磁性層５１の磁化の向きを第２の方向に着磁する。このとき、磁気センサ装置の出力を確認しながら磁場中の基板１０の向きを調節することにより、磁化の向きを高精度に調整できる。なお、図５（ｂ）では図５（ａ）と同様に加熱部分を斜線ハッチングで示してある。

こうして、１つの基板１０に形成した２つのセンサ部２０の各ピン磁性層５１を異なる方向に磁化させた磁気センサ装置が完成する。すなわち、一方の磁気抵抗素子部５０の出力はｃｏｓ曲線の抵抗値となり、他方の磁気抵抗素子部５０の出力はｓｉｎ曲線の抵抗値となる。

次に、磁気センサ装置が外部の磁場の影響を受けたときに物理量として回転角度を検出する方法について説明する。回転角度を検出するため、下部電極用パッドおよび上部電極用パッドを介して磁気抵抗素子部５０に電流を流す。

そして、例えば、図示しない磁石が磁気センサ装置の上方に配置され、この磁石がハンドル操作によって回転すると、フリー磁性層５３が磁石から受ける磁界が変化する。すなわち、各磁気抵抗素子部５０が外部の磁場の影響を受けたことにより、各磁気抵抗素子部５０の抵抗値の変化に基づいて各磁気抵抗素子部５０に流れる電流の大きさつまり抵抗値が変化する。

ここで、一方の磁気抵抗素子部５０が出力するｃｏｓ曲線の抵抗値と、他方の磁気抵抗素子部５０が出力するｓｉｎ曲線の抵抗値と、をそれぞれ外部の演算用チップに取り出し、このチップでａｒｃＴａｎ演算する。これにより、−１８０°から＋１８０°まで、つまり３６０°の回転角度に応じて一定の傾きで変化する出力が得られる。したがって、出力の大きさに対応する磁石の回転角度を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態では、基板１０のうち各磁気抵抗素子部５０に対応する部分に溝１３を形成することにより、各磁気抵抗素子部５０に対応する部分の基板１０の厚みを薄くする空間部１４が形成されていることが特徴となっている。

このように、基板１０のうち磁気抵抗素子部５０に対応する部分に空間部１４を設けているので、磁気抵抗素子部５０のピン磁性層５１を局所的に加熱したとしても、その熱が基板１０を介して他の磁気抵抗素子部５０に伝わりにくくすることができる。すなわち、基板１０のうち空間部１４によって除去された部分の熱伝導を抑制することができる。したがって、着磁工程において他の磁気抵抗素子部５０に対する熱拡散の影響を低減することができる。

また、基板１０に空間部１４が設けられているので、基板１０における各磁気抵抗素子部５０間の熱絶縁に優れている。このため、各磁気抵抗素子部５０を小さくすることができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、一方の磁気抵抗素子部５０が特許請求の範囲の「複数の磁気抵抗素子部のうちの一部」に対応し、他方の磁気抵抗素子部５０が特許請求の範囲の「複数の磁気抵抗素子部の一部とは異なる一部」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。上記第１実施形態では、溝１３を形成するために、図４（ｃ）に示す工程で基板１０をウェットエッチングしていたが、Ｓｉドライエッチングを行っても良い。この場合、溝１３の側面は図６に示されるように基板１０の他面１２に垂直に形成される。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図７は、本実施形態に係る磁気センサ装置を含んだ断面図である。なお、図７では磁気センサ装置の断面を模式的に示しており、詳細な断面図は上述の図１（ｂ）と同じである。

図７に示されるように、溝１３には埋込部材７０が埋め込まれている。これにより、溝１３によって形成された空間部１４が埋込部材７０で満たされている。埋込部材７０の材料として樹脂等が用いられる。

また、埋込部材７０は、ケースやリードフレーム等のパッケージ７１に接着されている。これにより、磁気センサ装置は埋込部材７０を介してパッケージ７１に実装されている。

埋込部材７０を溝１３に埋め込む工程は、第２着磁工程の後に行う。この埋込工程では単に溝１３に埋込部材７０を充填するだけでなく、埋込部材７０を介して磁気センサ装置をパッケージ７１に実装しても良い。

以上のように、熱拡散抑制のための空間部１４を埋込部材７０で埋めることで、基板１０の強度を確保することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図８（ａ）は本実施形態に係る磁気センサ装置の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。

図８（ｂ）に示されるように、基板１０には、当該基板１０のうち各磁気抵抗素子部５０に対応する部分に中空構造１５が形成されている。この中空構造１５によって空間部１４が形成されている。

この中空構造１５を形成するため、図８（ａ）に示されるように、磁気センサ装置には孔部３２が設けられている。本実施形態では、孔部３２はセンサ部２０の周囲に４箇所設けられているが、孔部３２の数は適宜設定できる。そして、この孔部３２は、上部電極４１、絶縁膜３１、および絶縁膜３０を貫通して基板１０にまで達し、中空構造１５に繋がっている。すなわち、孔部３２は、基板１０に中空構造１５を形成するためのいわゆるエッチングホールである。

このように、基板１０に中空構造１５を形成する際には、図４（ｃ）に示す工程（空間部形成工程）において、まず、上部電極４１、絶縁膜３１、および絶縁膜３０を貫通するように孔部３２を形成する。エッチングホールである孔部３２は、ＳｉＯ_２ドライエッチング等で形成する。

続いて、孔部３２を介してエッチング媒体を基板１０に導入する。中空構造１５を形成する場合、犠牲層エッチングにより、空間部１４を設ける方法がある。犠牲層エッチングの例として、犠牲層ＳｉをＸｅＦ_２でエッチングする方法、犠牲層ＳｉＯ_２をフッ酸水溶液、フッ酸ガス等でエッチングする方法、犠牲層ＳｉＧｅをＣｌＦ_３でエッチングする方法等がある。

以上のように、磁気抵抗素子部５０の下部に中空構造１５を形成する。これにより、空間部１４を形成することができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第４実施形態と異なる部分について説明する。第３実施形態では、磁気抵抗素子部５０毎に中空構造１５を形成していたが、本実施形態では各中空構造１５をそれぞれ繋げることで、各空間部１４をそれぞれ繋げていることが特徴となっている。

図９は、本実施形態に係る磁気センサ装置を含んだ断面図である。この図に示されるように、各磁気抵抗素子部５０に対応して設けられた中空構造１５がそれぞれ繋げられて一つの中空構造１５になっている。中空構造１５は少なくとも各磁気抵抗素子部５０に対応して設けられていれば良いので、複数設けられていなくても良く、図９に示されるように中空構造１５が１つのまとまった空間部１４を形成していても良い。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された磁気センサ装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、磁気センサ装置は車両に適用されるものとして説明したが、もちろん車両に限らず回転角度を検出するものとして広く利用できる。

上記各実施形態では磁気抵抗素子部５０をＴＭＲ素子として構成していたが、ＧＭＲ素子として構成しても良い。

上記各実施形態では、レーザ光をレンズ６０で集光することにより、磁気抵抗素子部５０のピン磁性層５１を局所的に加熱していたが、加熱方法はレーザを用いるだけでなく、他の方法を用いても良い。これについて、図１０を参照して説明する。

まず、図１０（ａ）に示されるように、ランプ６１から発せられたランプ光をレンズ６０で集光して磁気抵抗素子部５０のピン磁性層５１を局所的に加熱することができる。ランプとしてはキセノンランプ等を用いることができる。

また、図１０（ｂ）に示されるように、磁気抵抗素子部５０を局所的に加熱するための手段としては、レンズ６０ではなくマスク６２を用いることができる。マスク６２には磁気抵抗素子部５０に対応した部分が開口しており、この開口部分によって加熱したい磁気抵抗素子部５０を選択することができる。このように、ランプ６１とマスク６２を用いて磁気抵抗素子部５０を局所的に加熱することができる。

そして、図１０（ｃ）に示されるように、ヒータ６３を基板１０の一面１１側に配置し、このヒータ６３を熱源として磁気抵抗素子部５０を局所的に加熱することができる。なお、基板１０の他面１２側からヒータ６３で磁気抵抗素子部５０を局所的に加熱しても良い。

上記各実施形態では基板１０に２つのセンサ部２０を形成することについて説明したが、ウェハ状の基板１０に多数のセンサ部２０を形成し、選択的にピン磁性層５１の着磁を行っても良い。着磁後にウェハを分割すれば、１枚のウェハから多数の磁気センサ装置を製造することができる。このように、１ウェハに多数のセンサ部２０を形成したときには１ウェハ全体を加熱しなければならないが、上記各実施形態のように、磁気抵抗素子部５０を局所的に加熱し、かつ、熱拡散の抑制が可能であれば、１ウェハにまとめて多数のセンサ部２０を形成することができる。また、１ウェハには多数のセンサ部２０が形成されているので、各センサ部２０のピン磁性層５１の磁化の向きのばらつきを小さくしなければならないが、上述のように、局所的に加熱を行っているので、センサ部２０の出力を確認しながら着磁を行うことができ、各ピン磁性層５１の磁化の向きのばらつきを小さくすることができる。

第４実施形態では、基板１０に中空構造１５を形成するために、上部電極４１、絶縁膜３１、および絶縁膜３０を貫通する孔部３２を形成していた。しかし、基板１０の他面１２側から一面１１側に延びるように基板１０に孔部３２を形成し、基板１０に形成した孔部３２を介して基板１０の一面１１側の一部を除去することにより中空構造１５を形成しても良い。

第５実施形態では、中空構造１５が繋がる形態について説明したが、第１〜第３実施形態で示された溝１３についても、磁気抵抗素子部５０毎に溝１３を形成するのではなく、全ての磁気抵抗素子部５０に対応する１つの溝１３を設けても良い。また、この溝１３に第３実施形態で示された埋込部材７０を充填しても良い。

１０基板
１１基板の一面
１２基板の他面
１３溝
１４空間部
１５中空構造
５０磁気抵抗素子部
５１ピン磁性層
５３フリー磁性層
７０埋込部材

Claims

一面（１１）を有する基板（１０）と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（５３）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（５１）と、を有し、前記基板（１０）の一面（１１）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（５０）と、を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部（５０）には前記基板（１０）の一面（１１）に平行な面方向において前記ピン磁性層（５１）の磁化の向きが異なるものが含まれており、
前記各磁気抵抗素子部（５０）が外部の磁場の影響を受けたときの前記各磁気抵抗素子部（５０）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する磁気センサ装置の製造方法であって、
前記基板（１０）を用意する工程と、
前記基板（１０）の一面（１１）の上方に前記各磁気抵抗素子部（５０）を形成する素子部形成工程と、
前記基板（１０）のうち前記各磁気抵抗素子部（５０）に対応する部分に、当該部分の前記基板（１０）の厚みを当該部分と異なる部分の基板（１０）の厚みよりも薄くする空間部（１４）を形成する空間部形成工程と、
磁場の向きが前記面方向のうちの第１の方向に設定された磁場中に、前記各磁気抵抗素子部（５０）が形成された前記基板（１０）を配置し、前記複数の磁気抵抗素子部（５０）のうちの一部を局所的に加熱して磁場中アニールを行うことにより、当該磁気抵抗素子部（５０）を構成するピン磁性層（５１）の磁化の向きを前記第１の方向に着磁する第１着磁工程と、
磁場の向きが前記面方向のうち第１の方向とは異なる第２の方向に設定された磁場中に、前記各磁気抵抗素子部（５０）が形成された前記基板（１０）を配置し、前記複数の磁気抵抗素子部（５０）の一部とは異なる一部を局所的に加熱して磁場中アニールを行うことにより、当該磁気抵抗素子部（５０）を構成するピン磁性層（５１）の磁化の向きを前記第２の方向に着磁する第２着磁工程と、を含み、
前記空間部形成工程では、前記基板（１０）において前記一面（１１）の反対側の他面（１２）に溝（１３）を形成することにより、前記空間部（１４）を形成することを特徴とする磁気センサ装置の製造方法。
前記第２着磁工程の後、前記溝（１３）に埋込部材（７０）を埋め込むことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置の製造方法。
前記空間部形成工程では、前記各磁気抵抗素子部（５０）に対応する前記空間部（１４）をそれぞれ繋げて形成することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ装置の製造方法。
一面（１１）を有する基板（１０）と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（５３）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（５１）と、を有し、前記基板（１０）の一面（１１）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（５０）と、を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部（５０）には前記基板（１０）の一面（１１）に平行な面方向において前記ピン磁性層（５１）の磁化の向きが異なるものが含まれており、
前記各磁気抵抗素子部（５０）が外部の磁場の影響を受けたときの前記各磁気抵抗素子部（５０）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する磁気センサ装置であって、
前記基板（１０）は、前記各磁気抵抗素子部（５０）に対応して設けられると共に、当該基板（１０）のうち前記各磁気抵抗素子部（５０）に対応する部分に当該部分の前記基板（１０）の厚みを当該部分と異なる部分の基板（１０）の厚みよりも薄くする空間部（１４）を有しており、
前記空間部（１４）は、前記基板（１０）において前記一面（１１）の反対側の他面（１２）に形成された溝（１３）により構成されていることを特徴とする磁気センサ装置。
前記溝（１３）には埋込部材（７０）が埋め込まれており、前記空間部（１４）が前記埋込部材（７０）で満たされていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ装置。
前記各磁気抵抗素子部（５０）に対応する前記空間部（１４）は、それぞれ繋がっていることを特徴とする請求項４または５に記載の磁気センサ装置。