JP6222897B2 - Multi-axis magnetic sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、1つの基板上に形成され、少なくとも2軸以上の磁場成分を検出可能な、磁気抵抗効果素子からなる多軸磁気センサ、および、その製造方法に関する。 The present invention relates to a multi-axis magnetic sensor including a magnetoresistive effect element formed on a single substrate and capable of detecting a magnetic field component having at least two axes, and a method for manufacturing the same.
地磁気の検出のように3軸方向の磁場成分を検出する用途においては、従来から、1軸方向を検出できる、例えばホール素子、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス素子などの磁気センサ3組を、3軸方向(x,y,z軸)にぞれぞれの感磁方向を向けて一つのパッケージに組み立てることにより、3軸検出可能な電子コンパスとして構成する方法が知られている(特許文献1)。 In applications that detect magnetic field components in three-axis directions, such as detection of geomagnetism, three magnetic sensors such as a Hall element, a magnetoresistive element, and a magneto-impedance element can be detected in three axes. A method of forming an electronic compass capable of detecting three axes by assembling a single package with the respective magnetosensitive directions directed in the directions (x, y, z axes) is known (Patent Document 1). .
特許文献2においては、センサを形成する基板上に傾斜部を設け、その斜面に磁気抵抗効果素子を形成することにより、1つの基板内に、水平方向(x,y軸)及び鉛直方向(z軸)の磁場を検出するセンサを作製する方法が開示されている。 In Patent Document 2, an inclined portion is provided on a substrate on which a sensor is formed, and a magnetoresistive effect element is formed on the inclined surface, whereby a horizontal direction (x and y axes) and a vertical direction (z A method for producing a sensor for detecting a magnetic field on the axis) is disclosed.
しかしながら、前述の特許文献1にあるような方法では、センサチップ自体のコストに加え、特別な組立技術が必要になることから、コスト高になるという課題がある。 However, the method as described in Patent Document 1 has a problem that the cost is high because a special assembly technique is required in addition to the cost of the sensor chip itself.
また、特許文献2にある方法においては、水平方向の2軸の磁場を検出するセンサを作製するために、各センサチップ内において、N極、S極を組み合わせた永久磁石のアレイを用いて、4つの異なる方向(±x軸、±y軸)にピンド層の磁化を固定する処理を行っている。またz軸の磁場を検出するために、基板に傾斜部を設け、その上に磁気抵抗効果素子を形成する方法をとっている。こうしたチップ毎の処理や特殊なプロセスは、製造工程を複雑化し、コスト高となる課題がある。 Moreover, in the method in Patent Document 2, in order to produce a sensor that detects a biaxial magnetic field in the horizontal direction, an array of permanent magnets combining N poles and S poles is used in each sensor chip. Processing to fix the magnetization of the pinned layer in four different directions (± x axis, ± y axis) is performed. In order to detect the z-axis magnetic field, an inclined portion is provided on the substrate, and a magnetoresistive element is formed thereon. Such processing for each chip and a special process have a problem that the manufacturing process is complicated and the cost is increased.
そこで、本発明の目的は、簡便なプロセスにより、3軸の磁場成分を検出可能な、磁気抵抗効果素子からなる3軸磁気センサ、および、その製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a triaxial magnetic sensor including a magnetoresistive effect element capable of detecting a triaxial magnetic field component by a simple process, and a manufacturing method thereof.
請求項1記載の発明において、3軸の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサであって、磁化が第一の方向に固定されたピンド層と、磁化の向きを前記第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に配設された磁気収束手段とを具え、複数の磁気抵抗効果素子は、磁気収束手段の下において、平面視で磁気収束手段の領域内に配置され、各磁気抵抗効果素子における前記ピンド層の磁化の向きは、前記第一の方向に固定されることを特徴とする。 The multi-axis magnetic sensor capable of detecting a triaxial magnetic field according to claim 1, wherein the pinned layer has magnetization fixed in a first direction, and the direction of magnetization is the first direction. A plurality of magnetoresistive elements having a free layer that can be changed in a second direction different from the above, and a predetermined region that spatially covers a position where at least one of the plurality of magnetoresistive elements is disposed A plurality of magnetoresistive elements arranged in the area of the magnetic converging means in plan view under the magnetic converging means, and the magnetization of the pinned layer in each magnetoresistive element The direction is fixed in the first direction .
請求項2記載の発明において、フリー層は、第一の方向と直交する第二の方向に磁化容易軸が誘導され、又は、第二の方向に磁化が誘導されることを特徴とする。 In the invention according to claim 2, the free layer is characterized in that an easy axis of magnetization is induced in a second direction orthogonal to the first direction or magnetization is induced in a second direction.
請求項3記載の発明において、前記磁気収束手段は、外部磁場に対して、所定の領域の磁場の向き及び大きさを変化させる磁気収束体であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that the magnetic converging means is a magnetic converging body that changes the direction and magnitude of a magnetic field in a predetermined region with respect to an external magnetic field.
請求項4記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、単抵抗体として構成され、該単抵抗体を定電流源により駆動することにより、少なくとも2つの単抵抗体から得られる端子間電圧の差を出力することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the magnetoresistive effect element is configured as a single resistor, and by driving the single resistor with a constant current source, a difference in voltage between terminals obtained from at least two single resistors is obtained. It is characterized by outputting.
請求項5記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、ホイートストンブリッジとして構成され、該ホイートストンブリッジを定電流源により駆動することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the magnetoresistive effect element is configured as a Wheatstone bridge, and the Wheatstone bridge is driven by a constant current source.
請求項6記載の発明において、LSIが形成されたSiを含む基板をさらに具え、LSIと磁気抵抗効果素子とが電気的に接続されることを特徴とする。 The invention according to claim 6 further includes a substrate containing Si on which an LSI is formed, wherein the LSI and the magnetoresistive element are electrically connected.
請求項7記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、TMR素子からなることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is characterized in that the magnetoresistive effect element comprises a TMR element.
請求項8記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、GMR素子からなることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is characterized in that the magnetoresistive effect element comprises a GMR element.
請求項9記載の発明において、フリー層の磁化が、磁気抵抗効果素子の近傍に配置されたバイアス磁石により誘導されることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is characterized in that the magnetization of the free layer is induced by a bias magnet disposed in the vicinity of the magnetoresistive element.
請求項10記載の発明において、フリー層の磁化が、磁気抵抗効果素子の近傍に配置された電気配線を流れる電流によって生成された磁場により誘導されることを特徴とする。 The invention according to claim 10 is characterized in that the magnetization of the free layer is induced by a magnetic field generated by a current flowing through an electric wiring disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect element.
請求項11記載の発明において、フリー層の磁化容易軸が、形状異方性により誘導されることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is characterized in that the easy axis of magnetization of the free layer is induced by shape anisotropy.
請求項12記載の発明において、複数の磁気抵抗効果素子を用いて、3軸の磁場を検出することが可能であることを特徴とする。 The invention according to claim 12 is characterized in that a triaxial magnetic field can be detected using a plurality of magnetoresistive elements.
請求項13記載の発明において、3軸の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサの製造方法であって、一つの基板の平面上に、磁化が第一の方向に固定されたピンド層を形成する工程と、磁化が第一の方向に固定されたピンド層上に、中間層を介して磁化の向きを前記第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層を形成し、これによって複数の磁気抵抗効果素子を作成する工程と、複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に、磁気収束手段を配設する工程とを具え、複数の磁気抵抗効果素子を作成する工程では、複数の磁気抵抗効果素子は、磁気収束手段の下において、平面視で磁気収束手段の領域内に配置され、各磁気抵抗効果素子における前記ピンド層の磁化の向きは、前記第一の方向に固定されることを特徴とする。 14. The method of manufacturing a multi-axis magnetic sensor capable of detecting a triaxial magnetic field according to claim 13, wherein the pinned layer has magnetization fixed in a first direction on a plane of one substrate. And a free layer capable of changing the direction of magnetization to a second direction different from the first direction via an intermediate layer on the pinned layer whose magnetization is fixed in the first direction. And forming a plurality of magnetoresistive elements, and magnetic converging means is disposed in a predetermined region that spatially covers a position where at least one of the plurality of magnetoresistive elements is disposed. comprising the steps, in the step of creating a plurality of magnetoresistive elements, the plurality of magnetoresistive elements, the bottom of the magnetic flux concentrator means is arranged in the region of the magnetic flux concentrator means in a plan view, each magnetoresistive element Direction of magnetization of the pinned layer at Is fixed in the first direction .
本発明によれば、磁化が第一の方向に固定されたピンド層と、磁化の向きを第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に配設された磁気収束手段とを具えたので、製造プロセスにおいてピンド層の磁化方向が1方向のみの磁気抵抗効果素子を用いて多軸磁気センサを作製することが可能となり、これにより、多軸磁気センサを構成する基板上に複数の向きにピンド層の磁化が固定された、複数の磁気抵抗効果素子を設ける必要がなくなり、簡便な製造プロセスを用いて多軸の磁場成分を検出可能な磁気抵抗効果素子からなる多軸磁気センサを得ることができる。 According to the present invention, a plurality of magnetoresistances having a pinned layer whose magnetization is fixed in a first direction and a free layer capable of changing the magnetization direction to a second direction different from the first direction. And a magnetic focusing means disposed in a predetermined region that spatially covers a position where at least one of the plurality of magnetoresistive elements is arranged, so that the magnetization direction of the pinned layer is changed in the manufacturing process. A multi-axis magnetic sensor can be fabricated using magnetoresistive elements in only one direction, whereby a plurality of pinned layer magnetizations are fixed in a plurality of directions on a substrate constituting the multi-axis magnetic sensor. It is not necessary to provide a magnetoresistive effect element, and a multiaxial magnetic sensor comprising a magnetoresistive effect element capable of detecting a multiaxial magnetic field component using a simple manufacturing process can be obtained.
[第1の例]
本発明の第1の実施の形態を、図1〜図9に基づいて説明する。
[First example]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<概要>
まず、多軸磁気センサの概略構成について説明する。
<Overview>
First, a schematic configuration of the multi-axis magnetic sensor will be described.
本例では、2軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサを構成する、図1〜図3に示す複数の磁気抵抗効果素子1と、図4〜図9に示す磁気収束手段10について説明する。 In this example, a plurality of magnetoresistive effect elements 1 shown in FIGS. 1 to 3 and a magnetic convergence means shown in FIGS. 4 to 9, which constitute a multi-axis magnetic sensor capable of detecting a magnetic field of two or more axes. 10 will be described.
各磁気抵抗効果素子1は、磁化が第一の方向Xに固定されたピンド層2と、磁化の向きを第二の方向Yを含む第一の方向Xとは異なる方向へ変えることが可能なフリー層4とを有する。フリー層4は、第一の方向Xと直交する第二の方向Yに磁化容易軸が誘導され、又は、第二の方向に磁化が誘導されるように構成してもよい。 Each magnetoresistive effect element 1 can change the magnetization direction to a direction different from the first direction X including the second direction Y, and the pinned layer 2 in which the magnetization is fixed in the first direction X. And a free layer 4. The free layer 4 may be configured such that the easy axis is induced in the second direction Y orthogonal to the first direction X, or the magnetization is induced in the second direction.
磁気収束手段10は、複数の磁気抵抗効果素子1の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う領域内に配設される。この磁気収束手段10は、磁性体により構成される。この磁性体は、外部磁場によって磁性体の磁化が変化することにより、所定の領域における磁場の向きおよび大きさが変化する磁気収束体として構成してもよい。 The magnetic converging means 10 is disposed in a region that spatially covers a position where at least one of the plurality of magnetoresistive effect elements 1 is disposed. The magnetic focusing means 10 is made of a magnetic material. This magnetic body may be configured as a magnetic converging body in which the direction and magnitude of the magnetic field in a predetermined region change as the magnetization of the magnetic body changes due to an external magnetic field.
以下、具体例を挙げて説明する。 Hereinafter, a specific example will be described.
<具体例>
図1は、磁気抵抗効果素子1の基本構成を示す。
<Specific example>
FIG. 1 shows a basic configuration of the magnetoresistive effect element 1.
磁気抵抗効果素子1は、大きくは、ピンド層2と、中間層3と、フリー層4とからなる。磁化の固定されたピンド層2と、磁化の向きを変えることのできるフリー層4との、相対的な磁化の角度によって膜面に水平方向の、又は膜面に垂直方向の抵抗値が変化する特徴を持つ。 The magnetoresistive effect element 1 mainly includes a pinned layer 2, an intermediate layer 3, and a free layer 4. The resistance value in the horizontal direction to the film surface or in the vertical direction to the film surface varies depending on the relative magnetization angle between the pinned layer 2 in which the magnetization is fixed and the free layer 4 in which the magnetization direction can be changed. Has characteristics.
磁気抵抗効果素子1がGMR(Giant Magnetic Resistance)素子の場合には、中間層3はCuなどの導電層から構成される。 In the case where the magnetoresistive effect element 1 is a GMR (Giant Magnetic Resistance) element, the intermediate layer 3 is made of a conductive layer such as Cu.
磁気抵抗効果素子1がTMR(Tunnel Magneto Resistance)素子の場合には、中間層3はAl2O3、MgOなどの絶縁層から構成される。磁気抵抗効果の膜を形成した後、磁場中での熱処理(アニール処理)を行うことにより、その磁場方向にピンド層の磁化が固定される。 When the magnetoresistive effect element 1 is a TMR (Tunnel Magneto Resistance) element, the intermediate layer 3 is composed of an insulating layer such as Al 2 O 3 or MgO. After the formation of the magnetoresistive film, the magnetization of the pinned layer is fixed in the direction of the magnetic field by performing a heat treatment (annealing process) in a magnetic field.
図2は、単独の磁気抵抗効果素子1の構成例を示す。 FIG. 2 shows a configuration example of the single magnetoresistive element 1.
図2(a)は、フリー層4の磁化容易軸がピンド層2の磁化の向きと直交する方向に誘導された状態を示す。図2(b)は、フリー層4の磁化がピンド層2の磁化の向きと直交する方向に誘導された状態を示す。この第1の例において、磁気抵抗効果素子1はX軸の方向に1um、Y軸の方向に10umの矩形形状を有する。 FIG. 2A shows a state where the easy axis of the free layer 4 is induced in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer 2. FIG. 2B shows a state in which the magnetization of the free layer 4 is induced in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer 2. In this first example, the magnetoresistive element 1 has a rectangular shape of 1 μm in the X-axis direction and 10 μm in the Y-axis direction.
図3は、磁気抵抗効果素子1の抵抗の磁場に対する依存性を示す。 FIG. 3 shows the dependence of the resistance of the magnetoresistive element 1 on the magnetic field.
磁場はピンド層2の磁化の方向に印加し、ピンド層2の磁化の向きを正とする。無磁場の状態では、ピンド層2とフリー層4の磁化は直交している。正の向きに弱い磁場を印加した場合、フリー層4の磁化がピンド層4の向きに揃う方向に動くことから、抵抗値が減少していき、一定以上の磁場では飽和する。一方で、負の向きに弱い磁場を印加した場合、フリー層4の磁化がピンド層2の向きと逆方向に動くことから、抵抗値が上昇していき、一定以上の磁場では飽和が見られ、さらに強い磁場を印加すると、固定されていたピンド層の磁化が負の向きを向き始めるため、抵抗値が減少する。従って、ピンド層2の向きを感度軸としてとることで、上記一定の正負の磁場よりも小さい外部磁場に対して、線形に変化する特性を得ることができる。 The magnetic field is applied in the magnetization direction of the pinned layer 2 so that the magnetization direction of the pinned layer 2 is positive. In the state of no magnetic field, the magnetizations of the pinned layer 2 and the free layer 4 are orthogonal. When a weak magnetic field is applied in the positive direction, the magnetization of the free layer 4 moves in a direction that aligns with the direction of the pinned layer 4, so that the resistance value decreases and becomes saturated at a magnetic field above a certain level. On the other hand, when a weak magnetic field is applied in the negative direction, the magnetization of the free layer 4 moves in the direction opposite to the direction of the pinned layer 2, so that the resistance value increases and saturation is observed at a magnetic field above a certain level. When a stronger magnetic field is applied, the magnetization of the pinned layer that has been fixed starts to turn negative, and the resistance value decreases. Therefore, by taking the direction of the pinned layer 2 as the sensitivity axis, it is possible to obtain a linearly changing characteristic with respect to an external magnetic field smaller than the constant positive and negative magnetic fields.
<磁気収束板>
図4〜図7は、磁気収束板10の形状と、磁気収束板10の底面から5um下方(z軸方向)における、磁場分布を示す。
<Magnetic convergence plate>
4 to 7 show the shape of the magnetic converging plate 10 and the magnetic field distribution 5 um below (z-axis direction) from the bottom surface of the magnetic converging plate 10.
図4は、磁気収束板10の模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram of the magnetic convergence plate 10.
図5は、X方向へ1Oeの磁場を印加した場合の、X方向の磁場分布を示す(単位:Oe)。 FIG. 5 shows a magnetic field distribution in the X direction when a magnetic field of 1 Oe is applied in the X direction (unit: Oe).
図6は、Y方向へ1Oeの磁場を印加した場合の、X方向の磁場分布を示す(単位:Oe)。 FIG. 6 shows a magnetic field distribution in the X direction when a magnetic field of 1 Oe is applied in the Y direction (unit: Oe).
図7は、Z方向へ1Oeの磁場を印加した場合の、X方向の磁場分布を示す(単位:Oe)。 FIG. 7 shows a magnetic field distribution in the X direction when a magnetic field of 1 Oe is applied in the Z direction (unit: Oe).
外部から印加された磁場は、磁気収束板10の磁化により、その向きや大きさが変化する。X軸方向のみではなく(図5)、Y軸(図6)、あるいはZ軸方向(図7)に磁場を印加した場合でも、X軸方向の磁場成分が、その形状に依存してある割合で発生する。 The direction and magnitude of the magnetic field applied from the outside change depending on the magnetization of the magnetic flux converging plate 10. Even when a magnetic field is applied not only in the X-axis direction (FIG. 5), but also in the Y-axis (FIG. 6) or Z-axis direction (FIG. 7), the ratio of the magnetic field component in the X-axis direction depends on the shape. Occurs.
従って、この磁気収束板10の下に、X軸方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子1を配置することによって、3軸方向すべてに感度を持つ磁気抵抗効果素子1を作ることができる。 Therefore, by arranging the magnetoresistive effect element 1 having the sensitivity axis in the X-axis direction under the magnetic converging plate 10, the magnetoresistive effect element 1 having sensitivity in all three axis directions can be made.
なお、この磁気収束板10の役割は、外部磁場を歪ませることで磁気抵抗効果素子1の感度軸方向の磁場を発生させることであるから、その形状は本例のように直方体に限らず、円柱、楕円柱、あるいは複数の磁気収束板を組み合わせるなど、目的を達成する範囲で変更することができる。また、磁気収束板の材料としては保磁力の小さく、透磁率の高い軟磁性体を用いることが好ましく、パーマロイ(NiFe)を用いることが好適である。 In addition, since the role of the magnetic converging plate 10 is to generate a magnetic field in the sensitivity axis direction of the magnetoresistive effect element 1 by distorting the external magnetic field, the shape is not limited to a rectangular parallelepiped as in this example. For example, a cylinder, an elliptical cylinder, or a combination of a plurality of magnetic converging plates can be used as long as the object is achieved. As a material for the magnetic flux concentrating plate, a soft magnetic material having a small coercive force and a high magnetic permeability is preferably used, and permalloy (NiFe) is preferably used.
図8は、図5〜図7における代表的な点を示す。 FIG. 8 shows representative points in FIGS.
図9は、その領域11の各点((1)〜(10))におけるX軸方向の磁場の大きさを示す。 FIG. 9 shows the magnitude of the magnetic field in the X-axis direction at each point ((1) to (10)) in the region 11.
ここでは、図8の各点((1)〜(10))の座標値(X,Y)と(単位:um)、磁場の大きさを示す(単位:Oe)。いずれの点もZ座標は、−5(磁気収束板の底面から5um下方)である。 Here, the coordinate values (X, Y) and (unit: um) of each point ((1) to (10)) in FIG. 8 are shown (unit: Oe). In any point, the Z coordinate is -5 (5 um below the bottom surface of the magnetic focusing plate).
一例として、領域11の点(1)の位置においては、X軸方向に外部磁場を1Oe印加したときに、1.07 OeのX軸方向の磁場が発生し、Y軸方向に外部磁場1Oeを印加したときに、−0.08 OeのX軸方向の磁場が発生し、Z軸方向に外部磁場1Oeを印加したときに、0.02 OeのX軸方向の磁場が発生したことを示す。 As an example, at the position of the point (1) in the region 11, when an external magnetic field of 1 Oe is applied in the X-axis direction, a 1.07 Oe magnetic field in the X-axis direction is generated, and the external magnetic field 1 Oe is applied in the Y-axis direction. When applied, a magnetic field in the X-axis direction of −0.08 Oe is generated, and when an external magnetic field 1 Oe is applied in the Z-axis direction, a magnetic field in the X-axis direction of 0.02 Oe is generated.
磁気収束手段としての磁性体である磁気収束板10の形状は、第一の方向X及び第二の方向Yに対して略線対称の形状としてもよい。また、複数の磁気抵抗効果素子1は、第一の方向Xに対して線対称の位置に2つと、第二の方向Yに対して線対称の位置に2つとを含んでもよい。 The shape of the magnetic converging plate 10 that is a magnetic body as the magnetic converging means may be a substantially line-symmetric shape with respect to the first direction X and the second direction Y. The plurality of magnetoresistive effect elements 1 may include two at positions symmetrical with respect to the first direction X and two at positions symmetrical with respect to the second direction Y.
上述したように、磁化が第一の方向Xに固定されたピンド層2と、磁化の向きを第一の方向Xとは異なる第二の方向(本例では、第一の方向Xと直交する第二の方向)へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子1と、複数の磁気抵抗効果素子1の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う領域内に配設された磁気収束手段10とを具えたので、製造プロセスにおいてピンド層の磁化方向が1方向のみの磁気抵抗効果素子1を用いて、多軸磁気センサを作製することが可能となる。その結果、多軸磁気センサを構成する基板上に複数の向きにピンド層の磁化が固定された、複数の磁気抵抗効果素子1を配置するための傾斜部を従来のように設ける必要がなくなるため、簡便な製造プロセスを用いて多軸の磁場成分を検出可能な磁気抵抗効果素子1からなる多軸磁気センサを得ることができる。 As described above, the pinned layer 2 whose magnetization is fixed in the first direction X, and the second direction in which the magnetization direction is different from the first direction X (in this example, orthogonal to the first direction X) A plurality of magnetoresistive effect elements 1 having a free layer that can be changed in the second direction) and a position in which at least one of the plurality of magnetoresistive effect elements 1 is spatially covered. Therefore, the multi-axis magnetic sensor can be manufactured by using the magnetoresistive effect element 1 in which the pinned layer has only one magnetization direction in the manufacturing process. As a result, it is not necessary to provide an inclined portion for arranging a plurality of magnetoresistive effect elements 1 in which the magnetization of the pinned layer is fixed in a plurality of directions on the substrate constituting the multi-axis magnetic sensor as in the prior art. Thus, a multi-axis magnetic sensor composed of the magnetoresistive effect element 1 capable of detecting multi-axis magnetic field components using a simple manufacturing process can be obtained.
[第2の例]
本発明の第2の実施の形態を、図10に基づいて説明する。なお、前述した第1の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Second example]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as the 1st example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、磁気抵抗効果素子1を単抵抗体21,22として構成した例である。 In this example, the magnetoresistive effect element 1 is configured as single resistors 21 and 22.
図10は、単抵抗体21,22を有する磁気センサ20の構成である。この磁気センサ20の出力電圧Voutは、以下の式で表される。
Vout=V1−V2
=(ΔR1−ΔR2)×Iin … (1)
FIG. 10 shows a configuration of the magnetic sensor 20 having the single resistors 21 and 22. The output voltage Vout of the magnetic sensor 20 is expressed by the following equation.
Vout = V1-V2
= (ΔR1-ΔR2) × Iin (1)
この単抵抗体21,22は、定電流源Iinにより駆動されており、その端子間電圧V1,V2が初期の抵抗値R、及び磁気抵抗変化分ΔRによる影響を含む出力電圧Voutである。 The single resistors 21 and 22 are driven by the constant current source Iin, and the inter-terminal voltages V1 and V2 are the output voltage Vout including the initial resistance value R and the influence of the magnetoresistance change ΔR.
単抵抗体21,22とは、ホイートストンブリッジのような4端子素子としてではなく、2端子素子として使用することを指し、磁気抵抗効果素子1を単独で使用する、あるいは複数個を直列、並列に並べた上で、2端子素子として使用する場合も含む。 The single resistors 21 and 22 indicate that they are used as a two-terminal element rather than a four-terminal element such as a Wheatstone bridge, and the magnetoresistive effect element 1 is used alone, or a plurality of them are connected in series or in parallel. Including the case where it is used as a two-terminal element after being arranged.
X軸のみに感度を有する磁気センサ20は、図8における、領域11の点(10)と点(5)の位置に磁気抵抗効果素子1である単抵抗体21,22を配置し、その出力差をとることで構成される。 In the magnetic sensor 20 having sensitivity only in the X axis, the single resistors 21 and 22 as the magnetoresistive effect element 1 are arranged at the positions of the points (10) and (5) in the region 11 in FIG. Composed by taking the difference.
このとき、X軸方向の外部磁場1Oeを印加した場合には、図9の表より、領域11の点(10)の位置においては、1.03Oeの磁場が発生し、また点(5)の位置においては0.41Oeの磁場が発生する。従って点(10)と点(5)の位置にある単抵抗体からの出力差をとることにより、1.03−0.41=0.62 Oeの磁場変化に相当する出力電圧が得られる。一方、Y軸方向、Z軸方向の外部磁場に対しては、領域11の点(10)、点(5)の位置におけるX軸成分はいずれも同じ(ゼロ)であり、出力差はゼロとなる。 At this time, when an external magnetic field 1Oe in the X-axis direction is applied, a magnetic field of 1.03 Oe is generated at the position of the point (10) in the region 11 from the table of FIG. A 0.41 Oe magnetic field is generated at the position. Therefore, an output voltage corresponding to a magnetic field change of 1.03-0.41 = 0.62 Oe can be obtained by taking an output difference from the single resistors at the positions of the points (10) and (5). On the other hand, for external magnetic fields in the Y-axis direction and the Z-axis direction, the X-axis components at the positions of the points (10) and (5) in the region 11 are the same (zero), and the output difference is zero. Become.
また、Y軸のみに感度を有する磁気センサは、領域11の点(3)と点(1)との差をとることで構成される。このとき、Y軸方向の外部磁場1Oeを印加した場合には、0.08−(−0.08)=0.16Oeの磁場変化に相当する出力電圧が得られる。一方、X軸、Z軸方向の外部磁場に対しては、出力差がゼロとなる。 The magnetic sensor having sensitivity only in the Y axis is configured by taking the difference between the point (3) and the point (1) in the region 11. At this time, when an external magnetic field 1 Oe in the Y-axis direction is applied, an output voltage corresponding to a magnetic field change of 0.08 − (− 0.08) = 0.16 Oe is obtained. On the other hand, the output difference is zero for external magnetic fields in the X-axis and Z-axis directions.
同様に、Z軸のみに感度を有する磁気センサ20は、領域11の点(2)と点(8)との差をとることで構成される。このとき、Z軸方向の外部磁場1Oeを印加した場合には、0.08−(−0.08)=0.16Oeの磁場変化に相当する出力電圧が得られる。一方、X軸、Y軸方向の外部磁場に対しては出力差がゼロとなる。 Similarly, the magnetic sensor 20 having sensitivity only in the Z axis is configured by taking the difference between the point (2) and the point (8) in the region 11. At this time, when an external magnetic field 1 Oe in the Z-axis direction is applied, an output voltage corresponding to a magnetic field change of 0.08 − (− 0.08) = 0.16 Oe is obtained. On the other hand, the output difference is zero for external magnetic fields in the X-axis and Y-axis directions.
なお、本例では、定電流源Iinにより駆動された各単抵抗体21,22の端子間電圧の差を利用することが特徴であるから、図10に示すように、各抵抗体21,22の一端が接地(Gnd)されていることは必須要件ではない。 In this example, since the difference between the voltages of the terminals of the single resistors 21 and 22 driven by the constant current source Iin is used, as shown in FIG. 10, the resistors 21 and 22 are used. It is not an essential requirement that one end of each is grounded (Gnd).
[第3の例]
本発明の第3の実施の形態を、図11に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Third example]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、磁気抵抗効果素子31〜34を組み合わせたホイートストンブリッジ型の磁気センサ30の構成例を示す。 This example shows a configuration example of a Wheatstone bridge type magnetic sensor 30 in which the magnetoresistive effect elements 31 to 34 are combined.
電源として、定電圧源Vinで駆動したときの出力電圧Voutは、以下の式で表される。
Vout=V1−V2
=(ΔR/R)×Vin … (2)
As a power source, an output voltage Vout when driven by a constant voltage source Vin is expressed by the following equation.
Vout = V1-V2
= (ΔR / R) × Vin (2)
電源として、定電流源Iinで駆動したときの出力電圧は、以下の式で表される。
Vout=V1−V2
=ΔR×Iin … (3)
The output voltage when driven by a constant current source Iin as a power source is expressed by the following equation.
Vout = V1-V2
= ΔR × Iin (3)
Rは初期の抵抗値であり、ΔRは磁場を印加したときの抵抗変化量である。 R is an initial resistance value, and ΔR is a resistance change amount when a magnetic field is applied.
定電圧源Vinにより駆動した場合には、(2)式のように、出力はΔRに比例し、Rに反比例する形をとる。 When driven by the constant voltage source Vin, the output is proportional to ΔR and inversely proportional to R as shown in equation (2).
本例における磁気抵抗効果素子31〜34は、磁気収束板の影響により、一般に3軸方向全てに感度を有する。特に磁気抵抗効果素子31〜34自体の感度軸方向である、X軸方向の磁場を印加した場合には、必ず抵抗値が変化することになる。従って、Y軸またはZ軸のみに感度を有するセンサを構成した場合でも、X軸方向のオフセット磁場が存在する場合には、初期の抵抗値Rに影響を与え、Rに反比例する出力電圧Voutは、オフセット磁場の大きさによって変化を受ける。 The magnetoresistive effect elements 31 to 34 in this example generally have sensitivity in all three axial directions due to the influence of the magnetic convergence plate. In particular, when a magnetic field in the X-axis direction, which is the sensitivity axis direction of the magnetoresistive effect elements 31 to 34 itself, is applied, the resistance value always changes. Therefore, even when a sensor having sensitivity only in the Y-axis or the Z-axis is configured, if there is an offset magnetic field in the X-axis direction, the initial resistance value R is affected, and the output voltage Vout that is inversely proportional to R is , Subject to change depending on the magnitude of the offset magnetic field.
一方、定電流源Iinにより駆動した場合には、(3)式のように、出力はRには依存せず、ΔRにのみ比例する形をとる。従って、オフセット磁場の影響を受けず、検出しようとする磁場変化による抵抗変化分ΔRに比例した出力電圧Voutを得ることができる。 On the other hand, when driven by the constant current source Iin, the output does not depend on R, but takes a form proportional only to ΔR, as shown in equation (3). Therefore, the output voltage Vout proportional to the resistance change ΔR due to the magnetic field change to be detected can be obtained without being affected by the offset magnetic field.
[第4の例]
本発明の第4の実施の形態を、図12に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Fourth example]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、3軸磁気センサ40の構成例を示す。 This example shows a configuration example of the triaxial magnetic sensor 40.
3軸磁気センサ40において、矩形の磁気収束板10の下部及び外部に、形状異方性を有する6つの磁気抵抗効果素子1が配置されている。各磁気抵抗効果素子1の一端の電極41が共通のグランドに接続され、もう一方の端の複数の電極42は互いに開放されている。 In the triaxial magnetic sensor 40, six magnetoresistive elements 1 having shape anisotropy are disposed below and outside the rectangular magnetic convergence plate 10. An electrode 41 at one end of each magnetoresistive effect element 1 is connected to a common ground, and a plurality of electrodes 42 at the other end are open to each other.
各磁気抵抗効果素子1と電極41,42との間は、電気的な配線43で接続されている。配線43は、基板44上において配線されている。 Each magnetoresistive effect element 1 and the electrodes 41 and 42 are connected by an electrical wiring 43. The wiring 43 is wired on the substrate 44.
そして、電極42の開放端に定電流源の出力を接続してその端子電圧を検出し、他の素子との差をとることによって、3軸の磁場を検出することが可能な3軸磁気センサ40を構成することができる。 Then, a triaxial magnetic sensor capable of detecting a triaxial magnetic field by connecting the output of a constant current source to the open end of the electrode 42, detecting the terminal voltage, and taking the difference from other elements. 40 can be configured.
[第5の例]
本発明の第5の実施の形態を、図13および図14に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Fifth Example]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、2軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサ50の製造方法の例である。 This example is an example of a manufacturing method of the multi-axis magnetic sensor 50 capable of detecting a magnetic field having two or more axes.
まず、多軸磁気センサ50の製造方法の流れについて説明する。 First, the flow of the manufacturing method of the multi-axis magnetic sensor 50 will be described.
ステップS1では、LSIを有する半導体の基板44の平面上に、磁化が第一の方向Xに固定されたピンド層2を形成する。ここで図14には、LSI配線51をあらわに示した。 In step S1, the pinned layer 2 in which the magnetization is fixed in the first direction X is formed on the plane of the semiconductor substrate 44 having LSI. Here, in FIG. 14, the LSI wiring 51 is shown.
ステップS2では、磁化が第一の方向Xに固定されたピンド層2上に、中間層3を介してフリー層4を形成し、これを加工することよって複数の磁気抵抗効果素子1を作成する。このフリー層4は、磁化の向きを第一の方向Xとは異なる第二の方向Y(例えば、第一の方向と直交する第二の方向)へ変えることが可能である。 In step S2, the free layer 4 is formed on the pinned layer 2 whose magnetization is fixed in the first direction X via the intermediate layer 3, and a plurality of magnetoresistive effect elements 1 are created by processing this. . The free layer 4 can change the magnetization direction to a second direction Y different from the first direction X (for example, a second direction orthogonal to the first direction).
ステップS3では、LSI配線51と複数の磁気抵抗効果素子1とを、配線43を用いて電気的に接続する。 In step S <b> 3, the LSI wiring 51 and the plurality of magnetoresistance effect elements 1 are electrically connected using the wiring 43.
ステップS4では、複数の磁気抵抗効果素子1の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域11内に、磁性体である磁気収束体としての磁気収束板10を配設する。これにより、図13および図14に示す多軸磁気センサ50を作製する。 In step S4, a magnetic converging plate 10 as a magnetic converging body, which is a magnetic body, is disposed in a predetermined region 11 that spatially covers a position where at least one of the plurality of magnetoresistive effect elements 1 is disposed. Thereby, the multi-axis magnetic sensor 50 shown in FIGS. 13 and 14 is manufactured.
以下、具体的な製造方法について説明する。 Hereinafter, a specific manufacturing method will be described.
図13および図14は、多軸磁気センサとしての3軸磁気センサ50の構成例を示す。 13 and 14 show a configuration example of a three-axis magnetic sensor 50 as a multi-axis magnetic sensor.
この3軸磁気センサ50は、以下の製造プロセスにより作製される。 The triaxial magnetic sensor 50 is manufactured by the following manufacturing process.
まずLSI及びLSI配線51が形成され、SiO2、SiNなどの絶縁膜52により覆われた基板44上に、TMR膜を磁場中のスパッタにより形成する。 First, an LSI and LSI wiring 51 are formed, and a TMR film is formed on the substrate 44 covered with an insulating film 52 such as SiO 2 or SiN by sputtering in a magnetic field.
続いて、磁場中での熱処理を行うことにより、ピンド層2の磁化を固定する。さらに、フォトリソグラフィー、イオンミリングなどを用いて、磁気抵抗効果素子1を形成する。 Subsequently, the magnetization of the pinned layer 2 is fixed by performing a heat treatment in a magnetic field. Further, the magnetoresistive effect element 1 is formed using photolithography, ion milling, or the like.
次に、LSI配線51との接続部分の絶縁膜52を、RIE、ドライエッチングなどの方法により取り除き、配線43を構成する金属のスパッタ、リフトオフを行う。これにより、LSI配線51と磁気抵抗効果素子1とを接続する引き回し配線を形成する。 Next, the insulating film 52 in the connection portion with the LSI wiring 51 is removed by a method such as RIE or dry etching, and the metal constituting the wiring 43 is sputtered and lifted off. As a result, a lead wiring for connecting the LSI wiring 51 and the magnetoresistive effect element 1 is formed.
次に、SiO2などの絶縁膜53を形成する。 Next, an insulating film 53 such as SiO 2 is formed.
最後に、磁気収束板10を形成し、外部との電気的接続に使用する部分を再度、開口する。 Finally, the magnetic converging plate 10 is formed, and the portion used for electrical connection with the outside is opened again.
なお、図13において、55はLSI配線51と配線43との接続点、56は外部との接続のための電極パッドである。 In FIG. 13, reference numeral 55 denotes a connection point between the LSI wiring 51 and the wiring 43, and 56 denotes an electrode pad for connection to the outside.
以上により、LSIの形成された基板44上に、磁気抵抗効果素子1からなる磁気センサ50を作製することができる。 As described above, the magnetic sensor 50 including the magnetoresistive effect element 1 can be manufactured on the substrate 44 on which the LSI is formed.
上述した製造プロセスにより、ピンド層の磁化方向が1方向のみの磁気抵抗効果素子を用いて多軸磁気センサを作製することが可能となり、多軸磁気センサを構成する基板上に複数の向きにピンド層の磁化が固定された、複数の磁気抵抗効果素子を設ける必要がなくなる。従って、従来に比べて簡便な製造プロセスにより、多軸の磁場成分を検出可能な磁気抵抗効果素子からなる多軸磁気センサを得ることができる。 The manufacturing process described above makes it possible to manufacture a multi-axis magnetic sensor using a magnetoresistive effect element having a pinned layer having only one magnetization direction, and can be pinned in a plurality of directions on a substrate constituting the multi-axis magnetic sensor. There is no need to provide a plurality of magnetoresistive elements whose layer magnetization is fixed. Therefore, a multi-axis magnetic sensor comprising a magnetoresistive effect element capable of detecting multi-axis magnetic field components can be obtained by a simpler manufacturing process than in the prior art.
[第6の例]
本発明の第6の実施の形態を、図15に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Sixth example]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、フリー層2が、第一の方向Xと直交する第二の方向Yに磁化が誘導される例である。 In this example, the free layer 2 is magnetized in a second direction Y orthogonal to the first direction X.
具体的には、図15において、フリー層2の磁化が、磁気抵抗効果素子1の近傍に配置されたバイアス磁石60,61により、ピンド層の磁化の向きと直交する方向に誘導される。 Specifically, in FIG. 15, the magnetization of the free layer 2 is induced in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer by the bias magnets 60 and 61 disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect element 1.
なお、図15の構成においては、前述した図14に示すような磁束収束板10が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。 In the configuration of FIG. 15, the magnetic flux converging plate 10 as shown in FIG. 14 described above is disposed in the vicinity, but description thereof is omitted here.
図15は、磁気抵抗効果素子1の近傍に形成されたバイアス磁石60,61によって、ピンド層2の磁化方向Xと直交する方向Yにフリー層2の磁化が誘導されている状態を示す。 FIG. 15 shows a state in which the magnetization of the free layer 2 is induced in the direction Y perpendicular to the magnetization direction X of the pinned layer 2 by the bias magnets 60 and 61 formed in the vicinity of the magnetoresistive effect element 1.
このような構造は、磁気抵抗効果素子1を形成した後、SiO2などの絶縁膜を形成し、スパッタ−リフトオフ・プロセスにより保磁力の高い強磁性体のパターンを形成後、ピンド層2の磁化方向を固定したときよりも低温での磁場中熱処理を行うことにより形成される。 In such a structure, after the magnetoresistive effect element 1 is formed, an insulating film such as SiO 2 is formed, a ferromagnetic pattern having a high coercive force is formed by a sputter-lift-off process, and then the magnetization of the pinned layer 2 is formed. It is formed by performing a heat treatment in a magnetic field at a lower temperature than when the direction is fixed.
[第7の例]
本発明の第7の実施の形態を、図16および図17に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Seventh example]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、フリー層2の磁化が、第一の方向Xと直交する第二の方向Yに誘導される例である。 In this example, the magnetization of the free layer 2 is induced in a second direction Y orthogonal to the first direction X.
具体的には、図16において、フリー層2の磁化が、磁気抵抗効果素子1の近傍に配置された電気配線70を流れる電流によって生成された磁場により、ピンド層の磁化の向きと直交する方向に誘導される。 Specifically, in FIG. 16, the magnetization of the free layer 2 is perpendicular to the magnetization direction of the pinned layer by a magnetic field generated by a current flowing through the electrical wiring 70 disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect element 1. Be guided to.
なお、図16の構成においては、前述した図14に示すような磁束収束板10が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。 In the configuration of FIG. 16, the magnetic flux converging plate 10 as shown in FIG. 14 described above is disposed in close proximity, but description thereof is omitted here.
図16は、磁気抵抗効果素子1の近傍に形成された電気配線70を流れる電流によって生成された磁場により、ピンド層2の磁化と直交する方向Yにフリー層2の磁化が誘導されている状態を示す。 FIG. 16 shows a state in which the magnetization of the free layer 2 is induced in the direction Y perpendicular to the magnetization of the pinned layer 2 by the magnetic field generated by the current flowing through the electric wiring 70 formed in the vicinity of the magnetoresistive effect element 1. Indicates.
電気配線による磁場の誘導は、図16に示すように単独の電気配線70を用いる方法に限らず、図17に示すようなプレーナーコイル71や、あるいはソレノイドコイルを用いることで、より強いバイアス磁場を印加することができる。 The induction of the magnetic field by the electric wiring is not limited to the method using the single electric wiring 70 as shown in FIG. 16, but a stronger bias magnetic field can be obtained by using the planar coil 71 or the solenoid coil as shown in FIG. Can be applied.
[第8の例]
本発明の第8の実施の形態を、図18および図19に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Eighth Example]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、フリー層2が、第一の方向Xと直交する第二の方向Yに磁化容易軸が誘導される例である。 In this example, the easy axis of the free layer 2 is induced in a second direction Y orthogonal to the first direction X.
具体的には、図19において、フリー層2の磁化容易軸が、形状異方性により、ピンド層の磁化の方向と直交する方向に誘導される。 Specifically, in FIG. 19, the easy magnetization axis of the free layer 2 is induced in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer due to shape anisotropy.
図18(a)は、形状異方性を有する磁気抵抗効果素子80の長軸方向に外部磁場を印加したときに、長軸方向に垂直な断面に磁極が誘導された状態を示す。81は、磁極の発生する面である。 FIG. 18A shows a state where magnetic poles are induced in a cross section perpendicular to the long axis direction when an external magnetic field is applied in the long axis direction of the magnetoresistive effect element 80 having shape anisotropy. Reference numeral 81 denotes a surface on which a magnetic pole is generated.
強磁性体に外部磁場が印加された場合、表面に誘導される磁極により形成される反磁界の影響によって、静磁エネルギーが増加する。図18(a)に示すように、アスペクト比の高い(細長い)方向に磁場を印加する場合、長軸方向においては、その垂直方向に磁場を印加した場合と比較して、磁極の発生する面積が小さく、静磁エネルギーが小さくなる。 When an external magnetic field is applied to the ferromagnetic material, the magnetostatic energy increases due to the influence of the demagnetizing field formed by the magnetic poles induced on the surface. As shown in FIG. 18A, when a magnetic field is applied in a direction with a high aspect ratio (elongated), the area in which the magnetic poles are generated in the major axis direction compared to the case where a magnetic field is applied in the vertical direction. Is small and magnetostatic energy is small.
一方、図18(b)に示すように、アスペクト比の低い短軸方向に磁場を印加する場合、短軸方向の表面積が広い側に磁極が発生するため、長軸方向に磁場を印加する場合と比較して静磁エネルギーが高くなる。その結果、長軸方向に平行な方向が、より磁化しやすい方向となり、従って磁気抵抗効果素子に形状異方性を導入することによって、その長軸方向に磁化容易軸が誘導される。 On the other hand, as shown in FIG. 18B, when a magnetic field is applied in the short axis direction with a low aspect ratio, a magnetic pole is generated on the side with a large surface area in the short axis direction, so that a magnetic field is applied in the long axis direction. The magnetostatic energy is higher than that. As a result, the direction parallel to the major axis direction becomes a direction in which magnetization is more easily performed. Therefore, by introducing shape anisotropy into the magnetoresistive effect element, the easy magnetization axis is induced in the major axis direction.
図19は、ピンド層2の磁化の向きと直交する方向に高アスペクト比の形状とすることにより、ピンド層2の磁化の向きと磁化容易軸とを直交させた場合の磁気抵抗効果素子80の構成である。フリー層2に磁化容易軸を誘導させるための、アスペクト比は、1:2〜1:200が好ましく、1:5〜1:100がより好ましい。 FIG. 19 shows the magnetoresistive effect element 80 in the case where the magnetization direction of the pinned layer 2 and the easy axis of magnetization are orthogonal to each other by forming a shape with a high aspect ratio in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer 2. It is a configuration. The aspect ratio for inducing the easy magnetization axis in the free layer 2 is preferably 1: 2 to 1: 200, and more preferably 1: 5 to 1: 100.
なお、図19の構成においては、前述した図14に示すような磁束収束板10が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。 In the configuration of FIG. 19, the magnetic flux converging plate 10 as shown in FIG. 14 described above is disposed in close proximity, but description thereof is omitted here.
[第9の例]
本発明の第9の実施の形態を、図20に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Ninth example]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、フリー層2が、第一の方向Xと直交する第二の方向Yに磁化容易軸が誘導される例である。 In this example, the easy axis of the free layer 2 is induced in a second direction Y orthogonal to the first direction X.
具体的には、図20において、ピンド層2の磁化方向と、フリー層2の磁化容易軸を直交させるための、磁気抵抗効果素子90,91の形状の例を示す。 Specifically, FIG. 20 shows an example of the shape of the magnetoresistive elements 90 and 91 for making the magnetization direction of the pinned layer 2 orthogonal to the easy axis of the free layer 2.
図20(a)(b)は、磁気抵抗効果素子90,91の感磁面に垂直な方向から見た図であり、図20(a)は矩形であり、図20(b)はメアンダー形状を示す。 20A and 20B are views seen from a direction perpendicular to the magnetosensitive surface of the magnetoresistive effect elements 90 and 91, FIG. 20A is a rectangle, and FIG. 20B is a meander shape. Indicates.
この磁気抵抗効果素子90,91の形状の目的は、ピンド層2の磁化方向を短軸方向、ピンド層2の磁化方向に直交する方向に長軸方向となるように形状異方性を設けることで、ピンド層2の磁化方向と磁化容易軸とを直交させることであるから、その形状は、本例における矩形、メアンダー形状に限らず、六角形、楕円形、あるいはそれらを組み合わせるなど、目的を達成する範囲で変更することができる。 The purpose of the shape of the magnetoresistive effect elements 90 and 91 is to provide shape anisotropy so that the magnetization direction of the pinned layer 2 is the minor axis direction and the major axis direction is perpendicular to the magnetization direction of the pinned layer 2. Therefore, since the magnetization direction of the pinned layer 2 and the easy axis of magnetization are perpendicular to each other, the shape is not limited to the rectangular shape and the meander shape in this example. It can be changed within the range to be achieved.
なお、図20の構成においては、前述した図14に示すような磁束収束板10が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。 In the configuration of FIG. 20, the magnetic flux converging plate 10 as shown in FIG. 14 is disposed close to the above, but the description thereof is omitted here.
1 磁気抵抗効果素子
2 ピンド層
3 中間層
4 フリー層
10 磁気収束手段(磁性体、磁気収束板)
11 周辺部
20 磁気センサ
21,22 単抵抗体
30 磁気センサ
31〜34 磁気抵抗効果素子
40 3軸磁気センサ
41,42 電極
43 配線
44 基板
50 3軸磁気センサ
51 LSI配線
52 絶縁膜
60,61 バイアス磁石
70 電気配線
80 磁気抵抗効果素子
90,91 磁気抵抗効果素子
1 magnetoresistive effect element 2 pinned layer 3 intermediate layer 4 free layer 10 magnetic converging means (magnetic material, magnetic converging plate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Peripheral part 20 Magnetic sensor 21, 22 Single resistor 30 Magnetic sensor 31-34 Magnetoresistive element 40 Triaxial magnetic sensor 41, 42 Electrode 43 Wiring 44 Substrate 50 Triaxial magnetic sensor 51 LSI wiring 52 Insulating film 60, 61 Bias Magnet 70 Electrical wiring 80 Magnetoresistive element 90, 91 Magnetoresistive element
Claims (15)
磁化が第一の方向に固定されたピンド層と、前記磁化の向きを前記第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、
前記複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に配設された磁気収束手段と
を具え、
前記複数の磁気抵抗効果素子は、前記磁気収束手段の下において、平面視で該磁気収束手段の領域内に配置され、
各磁気抵抗効果素子における前記ピンド層の磁化の向きは、前記第一の方向に固定される
ことを特徴とする多軸磁気センサ。 A multi-axis magnetic sensor capable of detecting a three-axis magnetic field,
A plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer in which magnetization is fixed in a first direction, and a free layer capable of changing the direction of the magnetization to a second direction different from the first direction;
Magnetic convergence means disposed in a predetermined region that spatially covers a position where at least one of the plurality of magnetoresistive elements is disposed;
The plurality of magnetoresistive elements are arranged in a region of the magnetic focusing means in plan view under the magnetic focusing means ,
The multi-axis magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetization direction of the pinned layer in each magnetoresistive element is fixed in the first direction .
該単抵抗体を定電流源により駆動することにより、少なくとも2つの単抵抗体から得られる端子間電圧の差を出力することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の多軸磁気センサ。 The magnetoresistive effect element is configured as a single resistor,
4. The multi-axis magnetic field according to claim 1, wherein the single-resistor is driven by a constant current source to output a voltage difference between terminals obtained from at least two single-resistors. 5. Sensor.
該ホイートストンブリッジを定電流源により駆動することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の多軸磁気センサ。 The magnetoresistive effect element is configured as a Wheatstone bridge,
4. The multi-axis magnetic sensor according to claim 1, wherein the Wheatstone bridge is driven by a constant current source.
前記LSIと前記磁気抵抗効果素子とが電気的に接続されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の多軸磁気センサ。 Further comprising a substrate containing Si on which LSI is formed,
6. The multi-axis magnetic sensor according to claim 1, wherein the LSI and the magnetoresistive element are electrically connected.
一つの基板の平面上に、磁化が第一の方向に固定されたピンド層を形成する工程と、
前記磁化が第一の方向に固定されたピンド層上に、中間層を介して前記磁化の向きを前記第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層を形成し、これによって複数の磁気抵抗効果素子を作成する工程と、
前記複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも1つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に、磁気収束手段を配設する工程と
を具え、
前記複数の磁気抵抗効果素子を作成する工程では、前記複数の磁気抵抗効果素子は、前記磁気収束手段の下において、平面視で該磁気収束手段の領域内に配置され、各磁気抵抗効果素子における前記ピンド層の磁化の向きは、前記第一の方向に固定されることを特徴とする多軸磁気センサの製造方法。 A method of manufacturing a multi-axis magnetic sensor capable of detecting a three-axis magnetic field,
Forming a pinned layer with magnetization fixed in a first direction on a plane of one substrate;
On the pinned layer in which the magnetization is fixed in the first direction, a free layer capable of changing the direction of the magnetization to a second direction different from the first direction via an intermediate layer is formed. Thereby creating a plurality of magnetoresistive elements,
Providing a magnetic converging means in a predetermined region that spatially covers a position where at least one of the plurality of magnetoresistive elements is arranged,
In the step of generating the plurality of magnetoresistive elements, the plurality of magnetoresistive elements, in the lower of said magnetic flux concentrator means it is arranged in the region of the magnetic focusing means in a plan view, in each magnetoresistive element The method of manufacturing a multi-axis magnetic sensor , wherein the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the first direction .
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