WO2017094888A1 - 磁気検知装置 - Google Patents

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梅津　英治
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アルプス電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic detection device in which a magnetoresistive element is arranged on an inclined side surface of a recess formed in a substrate.
  • Patent Document 1 describes an invention relating to a magnetic sensor in which a groove is formed on a substrate and a detection portion is formed on an inclined surface of the groove.
  • a silicon wafer having a (100) crystal plane is etched to form an inclined surface to be a (111) crystal plane on the side surface of the groove.
  • a pair of detectors are formed on the same inclined surface of the groove, a fixed resistor is formed on the other inclined surface, and a bridge circuit is configured by the detector and the fixed resistor.
  • the magnetization sensitivity direction is determined to be the depth direction of the slope.
  • Patent Document 2 also describes a silicon substrate etched to form a recess and an inclined surface, and a TMR or GMR magnetoresistive element formed on the inclined surface.
  • This magnetoresistive element has a PIN layer and a soft layer. After the magnetoresistive element is formed on the silicon substrate, annealing is performed by applying a magnetic field in a direction perpendicular to the substrate surface of the silicon substrate, so that the magnetization of the PIN layer is directed in the depth direction of the recess.
  • the pair of detection portions are formed on the same inclined surface of the groove of the substrate. Since a pair of detection units have the same polarity sensitivity to an external magnetic field, each detection unit and a fixed resistor must be connected in series to form a bridge circuit. Since the fixed resistor does not react to an external magnetic field, there is a limit to increasing the sensitivity of the magnetic detection output detected by the bridge circuit.
  • the magnetoresistive element described in Patent Document 2 is annealed by applying a magnetic field perpendicular to the substrate surface of the silicon substrate, and the magnetization of the PIN layer of the magnetoresistive element formed on the opposing inclined surface is changed to the depth of the inclined surface. They are aligned in the same direction and upward. Therefore, the resistance values of the magnetoresistive effect elements formed on the inclined surfaces facing each other with respect to the external magnetic field can have opposite polarities.
  • Patent Document 2 is merely a description of how to manufacture the magnetoresistive effect element, and it is unclear what detection circuit is configured using each magnetoresistive effect element. It has become.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and uses a magnetoresistive element provided on the inclined side surface of the substrate to accurately measure magnetism in various directions, particularly in the Z direction perpendicular to the substrate surface. It is an object of the present invention to provide a magnetic detection device that can detect a magnetic field.
  • the present invention provides a magnetic sensing device having a substrate having a recess and a magnetoresistive effect element provided on an inclined side surface of the recess. At least two Z detection recesses are provided, and each of the Z detection recesses has a first inclined side surface and a second inclined side surface that face each other and gradually increase a facing interval toward the substrate surface, A magnetoresistive effect element is provided on each of the first inclined side surface and the second inclined side surface, The magnetoresistive effect element includes a pinned magnetic layer, a free magnetic layer, and a nonmagnetic intermediate layer formed between the pinned magnetic layer and the free magnetic layer.
  • the direction of fixed magnetization of the fixed magnetic layer is set obliquely along the inclined side surface and toward the thickness direction of the substrate.
  • the magnetoresistive effect elements whose directions of fixed magnetization are opposite to each other in the thickness direction of the substrate are connected in series to form an element row, and two rows of the element rows Are connected in parallel to form a bridge circuit,
  • the bridge circuit detects magnetism in the Z direction, which is the thickness direction of the substrate.
  • the first inclined side surface of the same Z detection concave portion and the magnetoresistive effect element provided on the second inclined side surface have fixed magnetization.
  • the directions are opposite to each other in the thickness direction of the substrate.
  • the fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided on the first inclined side surface and the second inclined side surface is both downward in the plate thickness direction of the substrate.
  • the Z detection concave portion, and the fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided on the first inclined side surface and the second inclined side surface are both upward in the thickness direction of the substrate.
  • the magnetoresistive elements provided in the first inclined side surfaces of the different Z detection recesses and having the fixed magnetization directions opposite to each other are connected in series to form a first element row
  • the magnetoresistive elements provided in the second inclined side surfaces of the different Z detection recesses and having the fixed magnetization directions opposite to each other are connected in series to form a second element row
  • the first element row and the second element row are connected in parallel to form the bridge circuit.
  • the magnetic detection device of the present invention at least two horizontal detection recesses are provided on the substrate together with the Z detection recesses, and the horizontal detection recesses are opposed to each other and the opposing interval gradually increases toward the substrate surface.
  • a first inclined side surface and a second inclined side surface, and the magnetoresistive effect element is provided on the first inclined side surface and the second inclined side surface,
  • the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer is set obliquely along the inclined side surface and toward the thickness direction of the substrate.
  • the magnetoresistive effect elements whose fixed magnetization directions are opposite to each other along the substrate surface are connected in series to form an element array.
  • Two rows of the element rows are connected in parallel to form a bridge circuit, The bridge circuit may be configured to detect magnetism in a direction parallel to the substrate surface.
  • the magnetic detection device in all the horizontal detection recesses, includes the magnetoresistive element provided on the first inclined side surface of the same horizontal detection recess and the magnetism provided on the second inclined side surface. With the resistive element, the fixed magnetizations are opposite to each other along the substrate surface.
  • the magnetoresistive effect element provided on the first inclined side surface and the second inclined side surface of the same horizontal detection recess has a fixed magnetization direction along the substrate surface.
  • the directions of the fixed magnetization of the magnetoresistive effect elements are opposite to each other along the substrate surface.
  • the magnetoresistive effect elements provided in the first inclined side surfaces of the different horizontal detection recesses and having the fixed magnetization directions opposite to each other are connected in series to form a first element row
  • a magnetoresistive effect element provided in the second inclined side surface of the different horizontal detection recess and having the fixed magnetization directions opposite to each other is connected in series to form a second element row
  • the first element row and the second element row are connected in parallel to form the bridge circuit.
  • the horizontal detection recess at least two X detection recesses for detecting X-direction magnetic fields in the XY directions orthogonal to each other, and at least 2 for detecting a magnetic field in the Y-direction. It is possible that the Y detection recesses of the places are provided on the same substrate.
  • the length of the magnetoresistive effect element provided in the Z detection recess is in the direction along the substrate surface of the magnetoresistive effect element provided in the horizontal detection recess. , Shorter than the length in the direction along the substrate surface.
  • the length in the direction along the substrate surface of the magnetoresistive effect element provided in the Z detection recess, and the length in the direction along the substrate surface of the magnetoresistance effect element provided in the horizontal detection recess. May be the same.
  • a magnetic shield layer made of a soft magnetic material is provided on at least one of the surface of the substrate and the bottom surface of the recess.
  • the magnetic sensing device includes a magnetoresistive element provided on both the first inclined side surface and the second inclined side surface facing each other in the recess formed in the substrate, and the magnetoresistive effect element provided on the opposed inclined side surface
  • the direction of the fixed magnetization of the fixed magnetic layer is set to be inclined along the inclined side surface and toward the thickness direction of the substrate.
  • the fixed magnetization is set in the opposite direction in the thickness direction of the substrate, or the first By setting the fixed magnetization in the same direction in the thickness direction of the substrate by the magnetoresistive effect element provided on the inclined side surface and the magnetoresistive effect element provided on the second inclined side surface, the Z direction perpendicular to the substrate is set.
  • a bridge circuit that detects magnetization with high sensitivity can be configured.
  • a shield layer on at least one of the bottom surface of the recess or the surface of the substrate, it becomes easy to eliminate noise caused by a disturbance magnetic field from a direction other than the direction of magnetism to be measured.
  • FIG. 1 The perspective view which shows the whole structure of the magnetic detection apparatus of embodiment of this invention
  • FIG. 2 shows the Z detection part of 1st Embodiment of the magnetic detection apparatus shown in FIG. 1
  • B shows X detection part of 1st Embodiment
  • C is 1st
  • the Y detection part of embodiment is shown
  • (A) is a cross-sectional view taken along line IIIa-IIIa of the Z detector shown in FIG. 2
  • (B) is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb of the X detector shown in FIG.
  • (B) is an expanded sectional view which shows the layer structure of the magnetoresistive effect element provided in the magnetic detection apparatus shown in FIG. 2 and FIG.
  • (A) shows the Z detection part of 2nd Embodiment of this invention
  • (B) shows X detection part of 2nd Embodiment
  • (C) is Y of 2nd Embodiment.
  • Indicates the detector (A) is a cross-sectional view taken along line VIa-VIa of the Z detector shown in FIG. 5, and (B) is a cross-sectional view taken along line VIb-VIb of the X detector shown in FIG.
  • (A) shows the modification of Z detection part of 1st Embodiment of the magnetic detection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a layer structure of a magnetoresistive effect element provided in the magnetic sensing device shown in FIG. 5 and FIG.
  • (A) is a circuit diagram showing a bridge circuit for Z axis detection
  • (B) is a circuit diagram showing a bridge circuit for X axis detection
  • (C) is a circuit diagram showing a bridge circuit for Y axis detection
  • (A), (B), and (C) are enlarged sectional views showing the recesses of the substrate by manufacturing process
  • FIG. 1 shows a magnetic detection device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic detection device 1 includes a substrate 2, and a Z detection unit 10, an X detection unit 20, and a Y detection unit 30 are provided on a mounting surface (substrate surface) 3 of the substrate 2.
  • the Z detection unit 10 detects magnetism in the Z direction perpendicular to the mounting surface 3 of the substrate 2.
  • at least two Z detection recesses 11 ⁇ / b> A and 11 ⁇ / b> B are formed in the Z detection unit 10.
  • the X detector 20 detects magnetism in the X direction parallel to the mounting surface 3 of the substrate 2.
  • the X detection unit 20 is formed with at least two X detection recesses 21A and 21B.
  • the Y detection unit 30 detects magnetism in the Y direction that is parallel to the mounting surface 3 of the substrate 2.
  • the Y detection unit 30 is formed with at least two Y detection recesses 31A and 31B.
  • the X detection unit 20 and the Y detection unit 30 are horizontal detection units that detect magnetism in the direction along the mounting surface 3, and the X detection recesses 21A and 21B and the Y detection recesses 31A and 31B are horizontal detection recesses.
  • the Z detection recesses 11A and 11B have a bottom surface 12, a first inclined side surface 13 located on the X1 side, and a second inclined side surface 14 located on the X2 side. Yes. Furthermore, it has the inclined side surfaces 15 and 16 which oppose a Y direction. The first inclined side surface 13 and the second inclined side surface 14 face each other in the X direction, and the distance between the opposing surfaces is determined to be the shortest on the bottom surface 12 side and gradually increase toward the mounting surface 3.
  • the substrate 2 used is a silicon (Si) substrate whose mounting surface 3 has a (100) plane orientation.
  • the mounting surface 3 of the substrate 2 is masked with a layer such as silicon oxide (SiO 2 ) except for the surface on which the Z detection recesses 11A and 11B are formed, and anisotropic etching is performed using an etchant (111).
  • a concave portion having a first inclined side surface 13, a second inclined side surface 14, and the other two inclined side surfaces 15, 16 is formed.
  • the inclination angle ⁇ of each inclined side surface 13, 14, 15, 16 with respect to the horizontal plane is about 55 degrees.
  • FIG. 11B and 11C show another processing method of the substrate 2.
  • a substrate 2 is formed by superposing a P-type silicon substrate having a (100) plane orientation on an N-type silicon substrate having a (100) plane orientation.
  • Electrochemical etching is performed.
  • the surface of the N-type silicon substrate serves as an etching stopper surface, and the thickness direction (Z direction) dimensions of the first inclined side surface 13 and the second inclined side surface 14 of the Z detection recesses 11A and 11B are measured. Can be formed uniformly and with high accuracy.
  • a substrate 2 is formed by stacking an N-type silicon substrate having a (100) plane orientation on a P-type silicon substrate having a (100) plane orientation. Etching is performed by a pulse current anodizing method. Also by this processing method, the surface of the P-type silicon substrate can be used as an etching stopper surface, and the thickness direction (Z direction) of the first inclined side surface 13 and the second inclined side surface 14 can be made uniform and highly accurate. Can be formed.
  • the X detection recesses 21A and 21B which are horizontal detection recesses, are long rectangles having a length dimension in the Y direction larger than a width dimension in the X direction.
  • the X detection recesses 21A and 21B have a first inclined side surface 23 on the X1 side and a second inclined side surface 24 on the X2 side.
  • the facing interval in the X direction between the first inclined side surface 23 and the second inclined side surface 24 is the shortest on the bottom surface 22 and is formed so as to gradually increase toward the mounting surface 3.
  • the X detection recesses 21A and 21B are formed with inclined side surfaces 25 and 26 that face each other in the Y direction.
  • the formation method of the X detection recesses 21A and 21B is the same as the formation method of the Z detection recesses 11A and 11B, and can be processed by the etching method shown in any of FIGS. 11A, 11B, and 11C.
  • the Y detection recesses 31A and 31B which are horizontal detection recesses, are long rectangles having a length dimension in the X direction larger than a width dimension in the Y direction.
  • the Y detection recesses 31A and 31B have a bottom surface 32, a first inclined side surface 33 located on the Y1 side, and a second inclined side surface 34 located on the Y2 side.
  • the facing interval in the Y direction between the first inclined side surface 33 and the second inclined side surface 34 is the shortest on the bottom surface 32, and the facing interval gradually increases toward the mounting surface 3.
  • inclined side surfaces 35 and 36 facing in the X direction are formed in the Y detection recesses 31A and 31B.
  • the formation method of the Y detection recesses 31A and 31B is the same as the formation method of the Z detection recesses 11A and 11B, and is formed by the etching method shown in any of FIGS. 11A, 11B, and 11C.
  • the first magnetoresistive element 40 (R1) is provided on the first inclined side surface 14 of the first Z detection recess 11A, and the second inclined side surface 14 is provided.
  • a second magnetoresistive element 40 (R2) is provided.
  • the fourth magnetoresistive effect element 40 (R4) is provided on the first inclined side surface 13
  • the third magnetoresistive effect element 40 (R3) is provided on the second inclined side surface 14. Yes.
  • the magnetoresistive elements 40 are all GMR elements (giant magnetoresistive elements) having the same structure.
  • 4A and 4B show the laminated structure of the magnetoresistive effect element 40.
  • a Ni—Fe—Cr seed layer 42 is formed on the surface of the substrate 2, and a Co—Fe first ferromagnetic layer 43 is formed thereon. Then, an intermediate layer 44 of Ru and Ru and a second ferromagnetic layer 45 of Co—Fe are sequentially formed to form a pinned magnetic layer having a self-pinned structure having a three-layer structure.
  • the magnetization of the first ferromagnetic layer 43 is fixed in the X2 direction
  • the magnetization of the second ferromagnetic layer 45 is fixed in the X1 direction. Is done.
  • the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 45 is the direction of fixed magnetization (P). 2 and 3, the direction of the fixed magnetization (P) is indicated by a solid line arrow.
  • the first ferromagnetic layer 43 is a high coercive force layer having a higher coercive force than the second ferromagnetic layer 45
  • the first ferromagnetic layer 43 is formed while applying the magnetic field Bx in the X2 direction.
  • the second ferromagnetic layer 45 is formed without a magnetic field, or the second ferromagnetic layer 45 is formed while applying a magnetic field in any direction
  • the magnetization of the first ferromagnetic layer 43 is fixed in the X2 direction
  • the magnetization of the second ferromagnetic layer 45 is fixed in the X1 direction.
  • a Cu nonmagnetic intermediate layer 46 is formed on the second ferromagnetic layer 45.
  • a free magnetic layer 47 having a two-layer structure of a Co—Fe layer and a Ni—Fe layer is formed thereon, and the uppermost portion is covered with a Ta cap layer.
  • a free magnetic layer 47 and a nonmagnetic intermediate layer 46 are formed on the seed layer 42, and a self-pinned structure having a three-layer structure is fixed thereon.
  • a magnetic layer is formed.
  • the second ferromagnetic layer 45, the intermediate layer 44, and the first ferromagnetic layer 43 are sequentially formed on the nonmagnetic intermediate layer 46.
  • the second ferromagnetic layer 45 has a mutual coupling (antiparallel coupling) with the intermediate layer 44 interposed therebetween.
  • the magnetization is fixed in the X1 direction, and the direction of the fixed magnetization (P) that is the sensitivity axis direction is the X1 direction.
  • the second ferromagnetic layer 45 is formed without a magnetic field or while applying a magnetic field in any direction, and after the intermediate layer 44 is formed, the first ferromagnetic layer is applied with a magnetic field in the X1 direction. 43 is formed. At this time, the first ferromagnetic layer 43 is a high coercive force layer having a higher coercive force than the second ferromagnetic layer 45.
  • the first ferromagnetic layer 43 is gradually formed on the intermediate layer 44 in a state in which the second ferromagnetic layer 45 is magnetized in the X1 direction by a magnetic field, the first strongness during the film formation is obtained.
  • the magnetic layer 43 is magnetized in the X2 direction by mutual coupling (antiparallel coupling) with the second ferromagnetic layer 45.
  • the magnetization of the first ferromagnetic layer 43 which is a high coercive force layer, is fixed in the X2 direction, and the magnetization of the second ferromagnetic layer 45 is directed in the X1 direction.
  • a fixed state is set.
  • an Ir—Mn alloy iridium-manganese alloy
  • a Pt—Mn alloy platinum-manganese alloy
  • the magnetization in the X1 direction of the second ferromagnetic layer 45 is also stably fixed.
  • the direction of the fixed magnetization (P) of the magnetoresistive element 40 is such that the first inclined side surface 13 and the second inclined side surface 14 are aligned. And in the thickness direction of the substrate 2 (the depth direction of the Z detection recesses 11A and 11B).
  • the direction of the fixed magnetization (P) of the first magnetoresistance effect element 40 (R1) is fixed upward from the bottom surface 12 toward the mounting surface 3 in the Z detection recess 11A.
  • the direction of the fixed magnetization (P) of the second magnetoresistance effect element 40 (R2) is fixed downward from the mounting surface 3 toward the bottom surface 12.
  • the direction of the fixed magnetization (P) of the fourth magnetoresistive element 40 (R4) is the same as that of the first magnetoresistive element 40 (R1), and the third magnetoresistive element
  • the direction of the fixed magnetization (P) of the effect element 40 (R3) is the same as that of the second magnetoresistive effect element 40 (R2).
  • each magnetoresistive element 20 it is preferable that the free magnetic layer 47 is made into a single magnetic domain and the magnetization direction is made uniform.
  • the magnetization of the free magnetic layer 47 is determined by shape anisotropy, or the magnetization direction is aligned by a hard bias by a magnet provided outside.
  • the magnetization (F) of the free magnetic layer 47 is directed in the Y2 direction in all the magnetoresistive elements 40 (R1, R2, R3, R4). It has been.
  • the direction of magnetization (F) of the free magnetic layer 47 is directed to the direction of the external magnetic field.
  • the resistance value is minimized, and the magnetization (F) of the free magnetic layer 47 and the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer.
  • the resistance values of the first magnetoresistive effect element 40 (R1) and the fourth magnetoresistive effect element 40 (R4) change with the same polarity with respect to the external magnetic field in the Z1 direction or the Z2 direction.
  • the resistance values of the second magnetoresistive element 40 (R2) and the third magnetoresistive element 40 (R3) change with the same polarity.
  • FIG. 10A shows a bridge circuit 51 for Z detection.
  • the first magnetoresistive effect element 40 (R1) and the second magnetoresistive effect element 40 (R2) are connected in series to form a first element array, and the third magnetoresistive effect is formed.
  • the element 40 (R3) and the fourth magnetoresistive element 40 (R4) are connected to form a second element row. Two element rows are connected in parallel, the first magnetoresistive element 40 (R1) and the third magnetoresistive element 40 (R3) are connected to a DC power source, and the second magnetoresistive element 40 (R2) ) And the fourth magnetoresistive element 40 (R4) are grounded.
  • the second magnetoresistive element 40 (R2) and the third magnetoresistive element 40 (R3) can be interchanged.
  • a midpoint potential between (R3) and the fourth magnetoresistive element 40 (R4) is applied to the differential amplifier 54, and a magnetic detection output Oz in the Z direction is obtained.
  • a magnetic field in the Z1 direction is applied to the Z detector 10 and the free magnetic layer 47 of each magnetoresistive element 40 (R1, R2, R3, R4)
  • the resistance value of the magnetoresistive effect element 40 decreases, and the resistance value of the magnetoresistive effect element 40 (R2, R3) increases. Therefore, the magnetic detection output Oz increases.
  • the magnetic detection output Oz decreases.
  • the magnetoresistive effect element 40 (R1, R4) provided on the first inclined side surface 13 of the Z detection recesses 11A and 11B and the magnetoresistive effect element 40 (R2, R2) provided on the second inclined side surface 14 are provided.
  • R3 the direction of the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer can be set to be opposite to each other in the Z direction along the inclined side surface.
  • the magnetoresistive effect element 40 (R1, R4) provided on the first inclined side surface 13 and the magnetoresistive effect element 40 (R2, R3) provided on the second inclined side surface 14 are connected in series.
  • the bridge circuit 51 By configuring the bridge circuit 51, the magnetic field in the Z direction can be detected with high accuracy.
  • a fifth magnetoresistive element 40 (R5) is provided on the first inclined side surface 23 of the X detection recess 21A.
  • a sixth magnetoresistive element 40 (R6) is provided on the two inclined side surfaces 24.
  • the eighth magnetoresistive element 40 (R8) is provided on the first inclined side surface 23, and the seventh magnetoresistive element 40 (R7) is provided on the second inclined side surface 24. It has been.
  • each magnetoresistive element 40 (R5, R6, R7, R8) is the same as that shown in FIG.
  • the first ferromagnetic layer 43 is formed by applying a magnetic field Bz in the Z2 direction to form a film in the magnetic field. Is fixed in a direction along the Z2 direction, and a magnetic field Bz is applied in the Z1 direction to form a film in the magnetic field, whereby the magnetization of the second ferromagnetic layer 45 is fixed upward. Therefore, the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer of each magnetoresistive effect element 40 (R5, R6, R7, R8), along the inclined side surfaces 23, 24, as indicated by solid arrows, It is fixed upward with an angle with respect to the thickness direction.
  • the magnetoresistance effect element 40 (R5, R8) provided on the first inclined side surface 23 and the magnetoresistance effect provided on the second inclination side surface 24 are provided.
  • the directions of the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer are opposite to each other in the X direction.
  • a bridge circuit 52 for X detection is configured by each magnetoresistive element 40 (R5, R6, R7, R8).
  • R5, R6, R7, R8 the magnetoresistive element 40
  • the magnetic detection output Ox from the differential amplifier 55 increases.
  • the magnetic detection output Ox from the differential amplifier 55 is descend.
  • the ninth magnetoresistive element 40 (R9) is provided on the first inclined side surface 33 of the Y detection recess 31A, and the tenth magnetoresistive element 40 is provided on the second inclined side surface 34.
  • a magnetoresistive effect element 40 (R10) is provided.
  • the twelfth magnetoresistive element 40 (R12) is provided on the first inclined side surface 33, and the eleventh magnetoresistive element 40 (R11) is provided on the second inclined side surface 34. It has been.
  • each magnetoresistive element 40 (R9, R10, R11, R12) is the same as that shown in FIG.
  • each magnetoresistive element is formed by forming a magnetoresistive element 40 in the magnetic field while forming the magnetoresistive element 40 while applying the magnetic field Bz.
  • the fixed magnetization (P) of the 40 (R9, R10, R11, R12) pinned magnetic layer is an angle with respect to the thickness direction of the substrate 2 along the inclined side surfaces 33, 34, as indicated by solid arrows. And is fixed upward.
  • the magnetoresistance effect element 40 (R9, R12) provided on the first inclined side surface 33 and the magnetoresistance effect provided on the second inclination side surface 34 are provided.
  • the directions of the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer are opposite to each other in the Y direction.
  • a bridge circuit 53 for Y detection is constituted by each magnetoresistive element 40 (R9, R10, R11, R12).
  • the magnetic detection output Oy from the differential amplifier 56 increases.
  • the magnetic detection output Oy from the differential amplifier 56 is descend.
  • each magnetoresistive effect element 40 (R5, R6, R7, R8) of the X detector 20 and each magnetoresistive element 40 (R9, R10, R11, R12) of the Y detector 30 the free magnetic layer 47 is used. Is directed in the Y2 direction and the X1 direction as indicated by broken arrows in FIGS. 2B and 2C due to shape anisotropy and hard bias.
  • the Z detection unit 10 since the Z detection unit 10, the X detection unit 20, and the Y detection unit 30 are formed on one substrate 2, the Z direction and the X direction are used using one substrate 2. A change in the magnetic field in the Y direction and its strength can be detected.
  • the Z detection recesses 11A and 11B of the Z detection unit 10 can be simultaneously formed by an etching process.
  • the fixed magnetic layer is formed in the magnetic field while applying the magnetic field Bx.
  • the X detection is performed by forming the fixed magnetic layer in the magnetic field while simultaneously applying the magnetic field Bz in both the detection units 20 and 30.
  • the direction of the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer can be set in the direction along the inclined side surface and in the thickness direction of the substrate.
  • the Z detector 10 even when the direction of the applied magnetic field is only two directions when the fixed magnetic layer of the magnetoresistive effect element 40 is formed in a magnetic field, the Z detector 10, the X detector 20, and the Y detector The portion 30 can be formed.
  • FIG. 5 shows a magnetic detection device 101 according to the second embodiment of the present invention.
  • Z detection recesses 11 ⁇ / b> A and 11 ⁇ / b> B are formed in the Z detection unit 10
  • the X detection recess is formed in the X detection unit 20
  • Y detection recesses 31A and 31B are formed in the Y detection unit 30.
  • the first magnetoresistance effect element 50 (R1) is formed on the first inclined side surface 13 of the Z detection recess 11A, and the second inclined side surface 14 is formed.
  • a second magnetoresistive element 50 (R2) is formed.
  • a fourth magnetoresistive effect element 50 (R4) is formed on the first inclined side surface 13 and a third magnetoresistive effect element 14 is formed on the second inclined side surface 14.
  • a magnetoresistive effect element 50 (R3) is formed.
  • the fifth magnetoresistive element 50 (R5) is formed on the first inclined side surface 23 of the X detection recess 21A, and the second inclined side surface 24 is formed.
  • a sixth magnetoresistance effect element 50 (R6) is formed.
  • the eighth magnetoresistive element 50 (R8) is formed on the first inclined side surface 23, and the seventh magnetoresistive element 50 (R7) is formed on the second inclined side surface 24.
  • the ninth magnetoresistance effect element 50 (R9) is formed on the first inclined side surface 33 of the Y detection recess 31A, and the tenth magnetoresistance effect element is formed on the second inclined side surface 34.
  • 50 (R10) is formed.
  • the twelfth magnetoresistance effect element 50 (R12) is formed on the first inclined side surface 33, and the eleventh magnetoresistance effect element 50 (R11) is formed on the second inclination side surface 34.
  • the magnetoresistive effect element 50 used in the second embodiment is formed on the seed layer 42 with Co on the same as the magnetoresistive effect element 40 shown in FIG.
  • a -Fe ferromagnetic layer 43, a Ru intermediate layer 44, and a Co-Fe second ferromagnetic layer 45 are formed to form a pinned magnetic layer having a self-pinning structure having a three-layer structure.
  • a magnetoresistive element 50 (R1) is formed by applying a magnetic field Bx to form a film in the magnetic field. , R2, R3, R4), the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer is fixed in the direction indicated by the solid arrow.
  • the magnetoresistive element 50 (R5) is formed by forming the film in the magnetic field while applying the magnetic field Bz. , R6, R7, R8), the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer is fixed in the direction indicated by the solid arrow.
  • the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive effect element 50 (R9, R10, R11, R12) is a solid line by forming the film in the magnetic field while applying the magnetic field Bz. It is fixed in the direction indicated by the arrow.
  • an upper layer portion of the free magnetic layer 47 is further formed thereon, and an Ir—Mn upper antiferromagnetic layer 49b is formed in the magnetic field.
  • an Ir—Mn upper antiferromagnetic layer 49b is formed in the magnetic field.
  • the magnetic field in the film formation of the upper antiferromagnetic layer 49b in the magnetic field is set to the X1 direction, so that the free state can be obtained as shown by the dashed arrows in FIGS. 5 (A) and 6 (A).
  • the magnetization (F) of the magnetic layer 47 is aligned in the same direction as the fixed magnetization (P).
  • the magnetization (F) of the free magnetic layer 47 is indicated by the Z1 direction as the magnetic field in the film formation of the upper antiferromagnetic layer 49b in the magnetic field, as indicated by the dashed arrow. ) Are aligned in the same direction as the fixed magnetization (P).
  • the configuration of the bridge circuit in which the magnetoresistive elements are connected is the same as that of FIGS. 10 (A), 10 (B), and 10 (C).
  • the magnetoresistive effect elements 50 (R1 to R12) have a pinned magnetic layer formed when no external magnetic field is applied.
  • the direction of the fixed magnetization (P) and the direction of the magnetization (F) of the free magnetic layer 47 are the same. Therefore, the resistance value of the magnetoresistive effect element 50 is a minimum value.
  • the magnetization (F) of the free magnetic layer 47 is reversed, and the resistance value of the magnetoresistive effect element 50 is a maximum value. It becomes. As a result, the magnetic detection outputs Oz, Ox, Oy change.
  • the direction of the magnetization (F) of the free magnetic layer 47 in the Z detector 10 may be opposite to the dashed arrow shown in FIG.
  • the direction of the magnetization (F) of the free magnetic layer 47 in the Z detector 10 may be opposite to the dashed arrow shown in FIG.
  • a shield layer made of a soft magnetic material layer such as NI-Fe is formed on the bottom surface 12 of each Z detection recess 11A, 11B. 61 is formed. Moreover, it is preferable that a shield layer is also formed on the mounting surface 3 of the substrate 2 so as to surround each of the Z detection recesses 11A and 11B.
  • a shield layer 62 is formed on the bottom surface 22 of the X detection recesses 21A and 21B, and a shield layer 63 is also formed on the mounting surface 3 between the X detection recesses 21A and 21B.
  • the shield layers 62 and 63 have a long shape with long sides directed in a direction orthogonal to the direction of the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive element 50 (R5, R6, R7, R8). Thereby, disturbance magnetic fields other than the X direction which is a sensitivity direction can be absorbed.
  • a shield layer 64 is formed on the bottom surface 32 of the Y detection recesses 31A and 31B, and a shield layer 65 is also formed on the mounting surface 3 between the Y detection recesses 31A and 31B.
  • the shield layers 64 and 65 have a long shape with long sides directed in a direction perpendicular to the direction of the fixed magnetization (P) of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive element 50 (R9, R10, R11, R12). Thereby, disturbance magnetic fields other than the X direction which is a sensitivity direction can be absorbed.
  • each detection recess by providing a shield layer on the bottom surface of each detection recess, it is possible to effectively use space efficiency and form a necessary shield layer.
  • FIG. 7 shows a magnetic detection device 1a which is a modification of the first embodiment.
  • a Z detection unit 10a illustrated in FIG. 7A is a modification of the Z detection unit 10 of the magnetic detection device 1 illustrated in FIG.
  • the structures of the X detection unit 20 shown in FIG. 7B and the Y detection unit 30 shown in FIG. 7C are the same as those shown in FIG.
  • the Z detection recesses 11A and 11B have a square shape, which is different from the X detection recesses 21A and 21B and the Y detection recesses 31A and 31B. Further, the dimensions in the direction along the substrate surface of the magnetoresistive effect element 40 provided in the Z detection recesses 11A and 11B shown in FIG. 2A are the same as those of the X detection unit 20 shown in FIG. The dimension of the magnetoresistive effect element 40 provided in the Y detection unit 30 shown in FIG.
  • the shapes and dimensions of the Z detection recesses 11A and 11B are the same as the shapes and dimensions of the X detection recesses 21A and 21B and the Y detection recesses 31A and 31B.
  • the shape and dimensions of the magnetoresistive effect element 40 (R1, R2, R3, R4) provided in the Z detection recesses 11A, 11B are the same as the magnetoresistive effect element 40 (R5, R5) provided in the X detection recesses 21A, 21B. R6, R7, R8) and the magnetoresistive effect element 40 (R9, R10, R11, R12) provided in the Y detection recesses 31A, 31B.
  • the longitudinal direction of the Z detection recesses 11A and 11B can be processed in the same direction as the X detection recesses 21A and 21B, or the longitudinal direction of the Z detection recesses 11A and 11B can be processed in the Y detection recesses 31A and 31B. Can be formed in the same direction.
  • all the magnetoresistive effect elements 40 can be processed into the same size with the same pattern.
  • the magnetoresistive effect element 40 (R1, R2, R3, R4) provided in the Z detection part 10a shown in FIG. 7 is the magnetoresistive effect element 40 (R1) provided in the Z detection part 10 shown in FIG. , R2, R3, and R4), the area of the magnetoresistive effect element 40 (R1, R2, R3, and R4) can be increased, and the sensitivity of the Z detector can be increased.
  • the shape and size of the Z detectors 10 and 10a according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and when the detectors are arranged on the same substrate, for example, the Z detectors 10 and 10a It is also possible to form 10 a with a larger area than the X detection unit 20 or the Y detection unit 30.
  • FIG. 8 shows a magnetic detection device 201 according to the third embodiment of the present invention.
  • the shapes and dimensions of the Z detector recesses 11A and 11B are the same.
  • the Z detection part 10b shown to FIG. 8 (A) it provided in the 1st magnetoresistive effect element 40 (R1) and the 2nd inclination side surface 14 which were provided in the 1st inclination side surface 13 of 11 A of Z detection recessed parts.
  • the fourth magnetoresistive element 40 (R4) the direction of the fixed magnetization (P) is directed to the Z1 direction.
  • the bridge circuit 51 composed of the magnetoresistive elements 40 (R1, R2, R3, R4) is the same as the circuit diagram of FIG.
  • the first magnetoresistive element 40 (R1) provided on the first inclined side surface 13 of the Z detection recess 11A and the second magnetoresistance provided on the first inclined side surface 13 of the Z detection recess 11B.
  • the effect element 40 (R2) is connected in series to form a first element row.
  • a third magnetoresistive element 40 (R3) provided on the second inclined side surface 14 of the Z detecting recess 11B and a fourth magnetoresistive element 40 provided on the second inclined side surface 14 of the Z detecting recess 11A. (R4) are connected in series to form a second element row.
  • the first element row and the second element row are connected in parallel to form a bridge circuit.
  • the Z detection recess 11A and the Z detection recess 11B are formed by the same etching process. Therefore, the first inclined side surface 13 of the Z detection recess 11A formed with the same crystal plane and the first inclined side surface 13 of the Z detection recess 11B are likely to coincide with each other, and the Z detection formed with the same crystal plane. The angles of the second inclined side surface 14 of the recess 11A and the second inclined side surface 14 of the Z detection recess 11B are likely to coincide.
  • the first magnetoresistive element 40 (R1) and the second magnetoresistive element 40 (R2) provided on the first inclined side surface 13 that are easily formed at the same angle are connected in series to form the first By configuring the element row and obtaining the midpoint potential thereof, it becomes easy to suppress variations in the midpoint potential of the first element row for each product.
  • the third magnetoresistive effect element 40 (R3) and the fourth magnetoresistive effect element 40 (R4) provided on the second inclined side surface 14 that are easily formed at the same angle are connected in series to form the second By forming this element row and obtaining its midpoint potential, it becomes easy to suppress variations in the midpoint potential of the second element row for each product.
  • (P) is the same X1 direction.
  • the fixed magnetization (P) of the sixth magnetoresistive element 40 (R6) and the seventh magnetoresistive element 40 (R7) provided on the inclined side surface of the X detection recess 21B is the same X2 direction. That is, the fixed magnetization (P) of the magnetoresistive effect element 40 provided in each of the X detection recess 21A and the X detection recess 21B is opposite to each other in the X direction.
  • the effect element 40 (R6) is connected in series to form a first element row.
  • the seventh magnetoresistance effect element 40 (R7) and the eighth magnetoresistance effect element 40 are connected in series to form a second element array.
  • the Y detection unit 30b has a structure in which the X detection unit 20b is rotated by 90 degrees along the substrate surface, and the Y detection unit 30b can achieve the same effects as the X detection unit 20b.
  • the pinned magnetic layer of the magnetoresistive effect element has a self-pinned structure, and the pinned magnetic layer is formed by film formation in a magnetic field and does not require annealing in the magnetic field. Therefore, it is possible to set the direction of the fixed magnetization (P) of the magnetoresistive effect element provided on the inclined side surface of each detection recess on the same substrate in any combination.
  • the pinned magnetic layer constituting the magnetoresistive effect elements 40 and 50 is formed while applying the magnetic fields Bx and Bz to the first ferromagnetic layer 43 and the second ferromagnetic layer 45.
  • the so-called self-pinned structure is a structure in which an antiferromagnetic layer of Ir—Mn or Pt—Mn is stacked on a ferromagnetic layer as a pinned magnetic layer, annealed in a magnetic field, and exchange-coupled to fix the pinned magnetic layer.
  • the direction of magnetization (P) may be fixed.
  • the Z detection unit 10 applies a magnetic field Bx and performs an annealing process
  • the X detection unit 20 and the Y detection unit 30 perform an annealing process by applying a magnetic field Bz.

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Abstract

【課題】　基板に形成された凹部の傾斜側面に磁気抵抗効果素子を形成することで、Ｘ－Ｙ－Ｚ方向のそれぞれの磁気を検知する磁気検知装置を提供する。 【解決手段】　Ｚ検知部１０では、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの傾斜側面１３，１４に磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）が設けられ、Ｘ検知部２０では、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１Ｂの傾斜側面２３，２４に磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）が設けられ、Ｙ検知部３０では、Ｙ検知凹部３１Ａ，３１Ｂの傾斜側面３３，３４に磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）が設けられている。それぞれの磁気抵抗効果素子４０の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）は実線の矢印で示す向きに決められている。

Description

磁気検知装置
　本発明は、基板に形成された凹部の傾斜側面に磁気抵抗効果素子を配置した磁気検知装置に関する。
　特許文献１に、基板に溝を形成し、溝の傾斜面に検知部を形成した磁気センサに関する発明が記載されている。
　この磁気センサは、（１００）の結晶面を有するシリコンウエハをエッチングすることで、溝の側面に、（１１１）の結晶面となる傾斜面を形成している。溝の同一の傾斜面に一対の検知部を形成し、他方の傾斜面に固定抵抗を形成し、検知部と固定抵抗とでブリッジ回路が構成されている。それぞれ検知部では、磁化の感度方向が斜面の深さ方向となるように決められている。
　特許文献２にも、シリコン基板をエッチングして凹部と傾斜面を形成し、傾斜面にＴＭＲやＧＭＲの磁気抵抗効果素子を形成したものが記載されている。
　この磁気抵抗効果素子は、ＰＩＮ層とソフト層を有している。シリコン基板に磁気抵抗効果素子を成膜した後に、シリコン基板の基板面に垂直な方向へ磁場を与えてアニールすることで、ＰＩＮ層の磁化を、凹部の深さ方向に向けている。
特開２００９－２００９２号公報 特開２００７－２３５０５１号公報
　特許文献１に記載された磁気センサでは、一対の検知部を、基板の溝の同一の傾斜面に形成している。外部の磁界に対して一対の検知部が同じ極性の感度を持つことになるため、ブリッジ回路を構成するには、それぞれの検知部と固定抵抗とを直列に接続しなくてはならなくなる。固定抵抗は外部磁界に反応しないため、ブリッジ回路で検知される磁気検知出力の感度を高くすることに限界がある。
　特許文献２に記載の磁気抵抗効果素子は、シリコン基板の基板面に垂直な磁場を与えてアニール処理し、対向する傾斜面に形成された磁気抵抗効果素子のＰＩＮ層の磁化を傾斜面の深さ方向で且つ同じ上向きに揃えている。そのため、外部磁界に対して、対向する傾斜面に形成された磁気抵抗効果素子の抵抗値を互いに逆の極性とすることが可能である。
　しかしながら、特許文献２に記載の発明は、磁気抵抗効果素子をどのようにして製造するのかの記載に留まっており、それぞれの磁気抵抗効果素子を使用してどのような検知回路を構成するのか不明となっている。
　また、特許文献２に記載の磁気抵抗効果素子は、シリコン基板の基板面に対して上向きの磁場を与えてアニール処理することでＰＩＮ層の磁化を固定しているため、全ての磁気抵抗効果素子のＰＩＮ層の磁化の固定方向が上向きであり、形成できる磁気抵抗効果素子の種類が限られることになる。
　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、基板の傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子を使用して、種々の向きの磁気、特に基板表面と垂直なＺ方向の磁気を高精度に検知できるようにした磁気検知装置を提供することを目的としている。
　本発明は、凹部を有する基板と、前記凹部の傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子とを有する磁気検知装置において、
　少なくとも２か所のＺ検知凹部が設けられ、前記Ｚ検知凹部は、互いに対向して基板表面に向けて対向間隔が徐々に広がる第１の傾斜側面と第２の傾斜側面とを有し、前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面のそれぞれに磁気抵抗効果素子が設けられ、
　前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層と、自由磁性層と、前記固定磁性層と前記自由磁性層との間に形成された非磁性中間層とを有し、それぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記固定磁性層の固定磁化の向きが、前記傾斜側面に沿い且つ前記基板の厚さ方向に向けて斜めに設定されており、
　前記磁気抵抗効果素子のうちの、前記固定磁化の向きが前記基板の板厚方向で互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて素子列が構成され、２列の前記素子列が並列に接続されてブリッジ回路が構成されており、
　前記ブリッジ回路で、前記基板の板厚方向であるＺ方向の磁気が検知されることを特徴とするものである。
　本発明の磁気検知装置は、全ての前記Ｚ検知凹部では、同じＺ検知凹部の前記第１の傾斜側面と、前記第２の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子とで、固定磁化の向きが前記基板の板厚方向において互いに逆向きである。
　または、本発明の磁気検知装置は、前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子の前記固定磁化が、共に前記基板の板厚方向において下向きとなっている前記Ｚ検知凹部と、前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子の前記固定磁化が、共に前記基板の板厚方向において上向きとなっている前記Ｚ検知凹部と、が設けられ、
　異なる前記Ｚ検知凹部の前記第１の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第１の素子列が構成され、
　異なる前記Ｚ検知凹部の前記第２の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第２の素子列が構成され、
　前記第１の素子列と、前記第２の素子列とが、並列に接続されて前記ブリッジ回路が構成されているものである。
　本発明の磁気検知装置は、前記基板に前記Ｚ検知凹部と共に少なくとも２か所の水平検知凹部が設けられ、前記水平検知凹部は、互いに対向して基板表面に向けて対向間隔が徐々に広がる第１の傾斜側面と第２の傾斜側面とを有し、前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に前記磁気抵抗効果素子が設けられ、
　それぞれの前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層の固定磁化の向きが、前記傾斜側面に沿い且つ前記基板の厚さ方向に向けて斜めに設定され、
　前記水平検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子のうちの、前記固定磁化の向きが前記基板表面に沿って互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて素子列が構成され、２列の前記素子列が並列に接続されてブリッジ回路が構成されており、
　前記ブリッジ回路で、前記基板表面と平行な方向の磁気が検知されるものとして構成できる。
　この場合の磁気検知装置は、全ての前記水平検知凹部では、同じ水平検知凹部の前記第１の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子と、前記第２の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子とで、前記固定磁化が、基板表面に沿って互いに逆向きである。
　あるいは、本発明の磁気検知装置は、同じ前記水平検知凹部の前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子は、固定磁化の向きが前記基板表面に沿って同じ向きで、
　異なる前記水平検知凹部の間では、前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の向きが前記基板表面に沿って互いに逆向きであり、
　異なる前記水平検知凹部の前記第１の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第１の素子列が構成され、
　異なる前記水平検知凹部の前記第２の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第２の素子列が構成され、
　前記第１の素子列と、前記第２の素子列とが、並列に接続されて前記ブリッジ回路が構成されているものである。
　また、本発明の磁気検知装置は、前記水平検知凹部として、互いに直交するＸ－Ｙ方向のＸ方向の磁場を検知する少なくとも２か所のＸ検知凹部と、Ｙ方向の磁場を検知する少なくとも２か所のＹ検知凹部とが、同じ前記基板に設けられているものとすることが可能である。
　さらに、本発明の磁気検知装置は、前記Ｚ検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さは、前記水平検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さよりも短い。
　ただし、前記Ｚ検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さと、前記水平検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さとが同じであってもよい。
　本発明の磁気検知装置は、前記基板の表面と前記凹部の底面の少なくとも一方に、軟磁性材料による磁気シールド層が設けられていることが好ましい。
　本発明の磁気検知装置は、基板に形成された凹部において対向する第１の傾斜側面と第２の傾斜側面の双方に磁気抵抗効果素子を設け、対向する傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化の向きを、傾斜側面に沿い且つ基板の厚さ方向に向けて斜めに設定している。固定磁化の向きが相違する磁気抵抗効果素子を直列に接続して素子列を構成し、２つの素子列でブリッジ回路を構成することで、高感度な磁気検知出力を得るブリッジ回路を構成することができる。
　特に、第１の傾斜側面に設けた磁気抵抗効果素子と第２の傾斜側面に設けた磁気抵抗効果素子とで、固定磁化を前記基板の板厚方向において逆向きに設定し、あるいは第１の傾斜側面に設けた磁気抵抗効果素子と第２の傾斜側面に設けた磁気抵抗効果素子とで、固定磁化を前記基板の板厚方向において同じ向きに設定することで、基板に垂直なＺ方向の磁化を高感度に検知するブリッジ回路を構成することができる。
　また、凹部の底面または基板の表面の少なくとも一方にシールド層を形成することで、測定しようとする向きの磁気以外の方向からの外乱磁場によるノイズを解消しやすくなる。
本発明の実施の形態の磁気検知装置の全体構造を示す斜視図、 （Ａ）は、図１に示す磁気検知装置の第１の実施の形態のＺ検知部を示し、（Ｂ）は第１の実施の形態のＸ検知部を示し、（Ｃ）は第１の実施の形態のＹ検知部を示す、 （Ａ）は、図２に示すＺ検知部をＩＩＩａ－ＩＩＩａ線で切断した断面図、（Ｂ）は、図２に示すＸ検知部をＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線で切断した断面図、 （Ａ）（Ｂ）は、図２と図３に示す磁気検知装置に設けられた磁気抵抗効果素子の層構造を示す拡大断面図、 （Ａ）は、本発明の第２の実施の形態のＺ検知部を示し、（Ｂ）は第２の実施の形態のＸ検知部を示し、（Ｃ）は第２の実施の形態のＹ検知部を示す、 （Ａ）は、図５に示すＺ検知部をＶＩａ－ＶＩａ線で切断した断面図、（Ｂ）は、図２に示すＸ検知部をＶＩｂ－ＶＩｂ線で切断した断面図、 （Ａ）は、図１に示す磁気検知装置の第１の実施の形態のＺ検知部の変形例を示し、（Ｂ）は第１の実施の形態のＸ検知部を示し、（Ｃ）は第１の実施の形態のＹ検知部を示す、 （Ａ）は、本発明の第３の実施の形態のＺ検知部の変形例を示し、（Ｂ）は第３の実施の形態のＸ検知部を示し、（Ｃ）は第３の実施の形態のＹ検知部を示す、 図５と図６に示す磁気検知装置に設けられた磁気抵抗効果素子の層構造を示す拡大断面図、 （Ａ）はＺ軸検知用のブリッジ回路を示す回路図、（Ｂ）はＸ軸検知用のブリッジ回路を示す回路図、（Ｃ）はＹ軸検知用のブリッジ回路を示す回路図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、基板の凹部を製造工程別に示す拡大断面図、
　図１は本発明の実施の形態の磁気検知装置１を示している。
　磁気検知装置１は基板２を有しており、基板２の実装表面（基板表面）３に、Ｚ検知部１０とＸ検知部２０とＹ検知部３０が設けられている。
　Ｚ検知部１０は、基板２の実装表面３に垂直な向きのＺ方向の磁気を検知するものである。図２（Ａ）に示す第１の実施の形態では、Ｚ検知部１０に、少なくとも２個のＺ検知凹部１１Ａ，１１Ｂが形成されている。Ｘ検知部２０は、基板２の実装表面３と平行な向きのＸ方向の磁気を検知するものである。図２（Ｂ）に示すように、Ｘ検知部２０には、少なくとも２個のＸ検知凹部２１Ａ，２１Ｂが形成されている。Ｙ検知部３０は、基板２の実装表面３と平行な向きのＹ方向の磁気を検知するものである。図２（Ｃ）に示すように、Ｙ検知部３０には、少なくとも２個のＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂが形成されている。
　Ｘ検知部２０とＹ検知部３０は、実装表面３に沿う方向の磁気を検知する水平検知部であり、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１Ｂと、Ｙ検知凹部３１Ａ，３１Ｂは、水平検知凹部である。
　図２（Ａ）に示すように、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂは、底面１２と、Ｘ１側に位置する第１の傾斜側面１３と、Ｘ２側に位置する第２の傾斜側面１４を有している。さらに、Ｙ方向に対向する傾斜側面１５，１６を有している。第１の傾斜側面１３と第２の傾斜側面１４はＸ方向で対向し、その対向間隔は、底面１２側で最も短く、実装表面３に向かうにしたがって徐々に広くなるように決められている。
　図３（Ａ）と図１１（Ａ）に示すように、使用している基板２は実装表面３の面方位が（１００）面のシリコン（Ｓｉ）基板である。基板２の実装表面３において、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂを形成する面以外を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの層でマスキングし、エッチング液を使用して異方性エッチングを行うことで、（１１１）面である第１の傾斜側面１３と第２の傾斜側面１４および他の２つの傾斜側面１５，１６を有する凹部が形成される。各傾斜側面１３，１４，１５，１６の水平面に対する傾き角度θは約５５度である。
　図１１（Ｂ）（Ｃ）に、基板２の他の加工方法が示されている。図１１（Ｂ）に示す加工方法では、面方位が（１００）面のＮ型のシリコン基板の上に面方位が（１００）面のＰ型のシリコン基板を重ねたものを基板２として使用し、電気化学エッチングを行う。この電気化学エッチングでは、Ｎ型のシリコン基板の表面がエッチングのストッパ面となり、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの第１の傾斜側面１３と第２の傾斜側面１４の厚さ方向（Ｚ方向）の寸法を均一に且つ高精度に形成することが可能である。
　図１１（Ｃ）に示す加工方法では、面方位が（１００）面のＰ型のシリコン基板の上に面方位が（１００）面のＮ型のシリコン基板を重ねたものを基板２として使用し、パルス電流陽極酸化法でエッチングを行なう。この加工方法によっても、Ｐ型のシリコン基板の表面をエッチングのストッパ面にでき、第１の傾斜側面１３と第２の傾斜側面１４の厚さ方向（Ｚ方向）の寸法を均一に且つ高精度に形成することができる。
　図２（Ｂ）に示すように、水平検知凹部であるＸ検知凹部２１Ａ，２１Ｂは、Ｘ方向の幅寸法よりもＹ方向の長さ寸法が大きく形成された長尺の長方形である。図３（Ｂ）にも示すように、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１Ｂは、Ｘ１側に第１の傾斜側面２３が、Ｘ２側に第２の傾斜側面２４が形成されている。第１の傾斜側面２３と第２の傾斜側面２４のＸ方向での対向間隔は、底面２２において最も短く、実装表面３に向けて徐々に広くなるように形成されている。また、図２（Ｂ）に示すように、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１ＢにはＹ方向で対向する傾斜側面２５，２６が形成されている。
　Ｘ検知凹部２１Ａ，２１Ｂの形成方法は、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの形成方法と同じであり、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のいずれかに示すエッチング方法で加工することができる。
　図２（Ｃ）に示すように、水平検知凹部であるＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂは、Ｙ方向の幅寸法よりもＸ方向の長さ寸法が大きい長尺の長方形である。Ｙ検知凹部３１Ａ，３１Ｂは底面３２と、Ｙ１側に位置する第１の傾斜側面３３とＹ２側に位置する第２の傾斜側面３４を有している。第１の傾斜側面３３と第２の傾斜側面３４のＹ方向の対向間隔は、底面３２において最短であり、実装表面３に向けて対向間隔が徐々に広くなっている。またＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂには、Ｘ方向で対向する傾斜側面３５，３６が形成されている。
　Ｙ検知凹部３１Ａ，３１Ｂの形成方法は、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの形成方法と同じであり、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のいずれかに示すエッチング方法で形成される。
　図２（Ａ）と図３（Ａ）に示すように、一方のＺ検知凹部１１Ａの第１の傾斜側面１３に第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）が、第２の傾斜側面１４に第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）が設けられている。他方のＺ検知凹部１１Ｂでは、第１の傾斜側面１３に第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）が、第２の傾斜側面１４に第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）が設けられている。
　磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）は、いずれも同じ構造のＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）である。図４（Ａ）（Ｂ）に磁気抵抗効果素子４０の積層構造が示されている。
　図４（Ａ）に示す磁気抵抗効果素子４０の製造工程では、基板２の表面にＮｉ－Ｆｅ－Ｃｒのシード層４２を形成し、その上に、Ｃｏ－Ｆｅの第１の強磁性層４３とＲｕの中間層４４とＣｏ－Ｆｅの第２の強磁性層４５を順に成膜して、３層構造のセルフピン止め構造の固定磁性層を形成する。
　図３（Ａ）に示すように、Ｚ検知部１０に磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）を形成するときは、Ｘ軸方向（Ｘ２方向）の磁場Ｂｘを印加しながら、第１の強磁性層４３を成膜し、中間層４４を成膜した後に、第１の強磁性層４３の成膜時とはＸ軸方向で逆向き方向（Ｘ１方向）の磁場Ｂｘを印加しながら第２の強磁性層４５を成膜する。
　Ｒｕの中間層４４の厚さを適正に設定することで、第１の強磁性層４３の磁化がＸ２方向に向けて固定され、第２の強磁性層４５の磁化がＸ１方向に向けて固定される。第２の強磁性層４５の磁化の向きが固定磁化（Ｐ）の方向となる。図２と図３では固定磁化（Ｐ）の向きが実線の矢印で示されている。
　なお、第１の強磁性層４３を第２の強磁性層４５より保磁力の高い高保磁力層にしておくと、Ｘ２方向の磁場Ｂｘを印加しながら、第１の強磁性層４３を成膜すれば、その後は、無磁場で第２の強磁性層４５を成膜しても、あるいは、どの方向への磁場を与えながら第２の強磁性層４５を成膜したとしても、成膜後は、第１の強磁性層４３の磁化がＸ２方向に向けて固定され、第２の強磁性層４５の磁化がＸ１方向に向けて固定される。
　第１の強磁性層４３と中間層４４と第２の強磁性層４５の３層の固定磁性層が形成された後に、第２の強磁性層４５の上にＣｕの非磁性中間層４６を形成し、その上にＣｏ－Ｆｅ層とＮｉ－Ｆｅ層の２層構造の自由磁性層４７を形成し、最上部をＴａのキャップ層で覆う。
　図４に示す各層が積層された後に、エッチング処理で磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）のみを残し、他の積層体を除去する。
　図４（Ｂ）に示す磁気抵抗効果素子４０の製造工程では、シード層４２の上に、自由磁性層４７と非磁性中間層４６を形成し、その上に３層構造のセルフピン止め構造の固定磁性層を形成する。
　図４（Ｂ）での固定磁性層は、非磁性中間層４６の上に、第２の強磁性層４５と中間層４４と第１の強磁性層４３を順番に成膜する。ここで、磁場中成膜により、第１の強磁性層４３の磁化の向きをＸ２方向に設定すると、中間層４４を挟んだ相互結合（反平行結合）により、第２の強磁性層４５の磁化がＸ１方向に固定され、感度軸方向である固定磁化（Ｐ）の方向がＸ１方向となる。
　例えば、第２の強磁性層４５を無磁場であるいはいずれかの方向の磁場を与えながら成膜し、さらに中間層４４を成膜した後に、Ｘ１方向の磁場を与えながら第１の強磁性層４３を成膜する。このとき、第１の強磁性層４３を第２の強磁性層４５より保磁力の高い高保磁力層とする。磁場で第２の強磁性層４５をＸ１方向へ磁化させた状態で、中間層４４の上に第１の強磁性層４３を徐々に成膜していくと、成膜中の第１の強磁性層４３が第２の強磁性層４５との相互結合（反平行結合）によりＸ２方向に磁化される。第１の強磁性層４３の成膜が完了すると、高保磁力層である第１の強磁性層４３の磁化がＸ２方向に固定され、第２の強磁性層４５の磁化がＸ１方向に向けて固定された状態が設定される。
　図４（Ｂ）に示す磁気抵抗効果素子４０の製造過程では、第１の強磁性層４３の上にＩｒ－Ｍｎ合金（イリジウムーマンガン合金）やＰｔ－Ｍｎ合金（白金－マンガン合金）などの反強磁性層４９ａを積層し、積層後に無磁場でアニール処理する。これによると、Ｘ２方向に磁化されている第１の強磁性層４３と反強磁性層４９ａとの間に交換結合が形成され、第１の強磁性層４３の磁化が強固に固定される。その結果、第２の強磁性層４５のＸ１方向の磁化も安定して固定されるようになる。
　図２（Ａ）と図３（Ａ）に示すように、Ｚ検知部１０では、磁気抵抗効果素子４０の固定磁化（Ｐ）の向きが、第１の傾斜側面１３と第２の傾斜側面１４に沿う向きで、且つ基板２の厚さ方向（Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの深さ方向）に向けられている。磁場Ｂｘを印加しながらの成膜により、Ｚ検知凹部１１Ａでは、第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）の固定磁化（Ｐ）の向きが、底面１２から実装表面３に向けて上向きに固定され、第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）の固定磁化（Ｐ）の向きが、実装表面３から底面１２に向けて下向きに固定される。
　他方のＺ検知凹部１１Ｂでは、第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）の固定磁化（Ｐ）の向きが、第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）と同じであり、第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）の固定磁化（Ｐ）の向きが、第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）と同じである。
　それぞれの磁気抵抗効果素子２０は、自由磁性層４７を単磁区化し磁化方向を揃えることが好ましい。自由磁性層４７は、形状異方性によって磁化が決められ、あるいは外部に設けられた磁石によるハードバイアスによって磁化の向きが揃えられている。図２に示すＺ検知部１０では、破線の矢印で示すように、全ての磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）において、自由磁性層４７の磁化（Ｆ）がＹ２方向に向けられている。
　Ｚ検知部１０では、Ｚ１方向またはＺ２方向の外部磁界が与えられると、自由磁性層４７の磁化（Ｆ）の向きが外部磁界の方向へ向けられる。自由磁性層４７の磁化（Ｆ）と固定磁性層の固定磁化（Ｐ）とが同じ向きになると抵抗値が極小となり、自由磁性層４７の磁化（Ｆ）と固定磁性層の固定磁化（Ｐ）とが逆向きになると抵抗値が極大となる。
　Ｚ検知部１０では、Ｚ１方向またはＺ２方向の外部磁界に対し、第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）と第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）とで抵抗値が同じ極性で変化し、第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）と第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）とで抵抗値が同じ極性で変化する。
　図１０（Ａ）に、Ｚ検知用のブリッジ回路５１が示されている。ブリッジ回路５１では、第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）と第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）とが直列に接続されて第１の素子列が構成され、第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）と第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）とが接続されて第２の素子列が構成されている。２つの素子列が並列に接続され、第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）と第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）が直流電源に接続され、第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）と第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）が接地されている。
　なお、図１０（Ａ）に示すブリッジ回路５１において、第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）と第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）を互いに入れ替えることも可能である。
　図１０（Ａ）に示すように、第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）と第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）との間の中点電位と、第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）と第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）との間の中点電位が、差動増幅器５４に与えられてＺ方向の磁気検知出力Ｏｚが得られる。
　図２（Ａ）と図３（Ａ）に示す例では、Ｚ検知部１０にＺ１方向の磁界が与えられて各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の自由磁性層４７の磁化がＺ１方向へ向けられると、磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ４）の抵抗値が低下し、磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２，Ｒ３）の抵抗値が上昇する。よって、磁気検知出力Ｏｚが増大する。逆に、Ｚ２方向の磁界が与えられて、各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の自由磁性層４７の磁化がＺ２方向へ向けられると、磁気検知出力Ｏｚが低下する。
　Ｚ検知部１０では、図３（Ａ）に示すように、磁気抵抗効果素子４０を成膜するときに、Ｘ軸方向に沿う磁場Ｂｘを与えながらの磁場中成膜で固定磁性層を形成することで、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの第１の傾斜側面１３に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ４）と、第２の傾斜側面１４に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２，Ｒ３）とで、固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の向きを傾斜側面に沿って、Ｚ方向に互いに逆向きに設定することができる。
　そのため、第１の傾斜側面１３に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ４）と、第２の傾斜側面１４に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２，Ｒ３）とを直列に接続してブリッジ回路５１を構成することで、Ｚ方向の磁界を高精度に検知することが可能になる。
　図２（Ｂ）と図３（Ｂ）に示すように、Ｘ検知部２０では、Ｘ検知凹部２１Ａの第１の傾斜側面２３に第５の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５）が設けられ、第２の傾斜側面２４に第６の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ６）が設けられている。他方のＸ検知凹部２１Ｂでは、第１の傾斜側面２３に第８の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ８）が設けられ、第２の傾斜側面２４に第７の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ７）が設けられている。
　各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）の膜構成は図４に示したものと同じである。Ｘ検知部２０では、図３（Ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子４０を形成する際に、Ｚ２方向に磁場Ｂｚを与えて磁場中成膜することで、第１の強磁性層４３の磁化をＺ２方向に沿う向きに固定し、Ｚ１方向に磁場Ｂｚを与えて磁場中成膜することで、第２の強磁性層４５の磁化を上向きに固定している。よって、各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）は、実線の矢印で示すように、各傾斜側面２３，２４に沿って、基板２の板厚方向に対して角度を有して上向きに固定される。
　また、Ｘ検知凹部２１ＡとＸ検知凹部２１Ｂの双方において、第１の傾斜側面２３に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５，Ｒ８）と、第２の傾斜側面２４に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ６，Ｒ７）とで、固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の向きがＸ方向において互いに逆向きである。
　したがって、Ｘ方向の外部磁界に対して、第５の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５）および第８の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ８）の抵抗変化と、第６の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ６）および第７の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ７）との抵抗変化が逆極性となる。
　図１０（Ｂ）に示すように、Ｘ検知部２０では、各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）によって、Ｘ検知用のブリッジ回路５２が構成されている。Ｘ検知部２０にＸ１方向の外部磁界が与えられると、差動増幅器５５からの磁気検知出力Ｏｘが増大し、Ｘ２方向の外部磁界が与えられると、差動増幅器５５からの磁気検知出力Ｏｘが低下する。
　図２（Ｃ）に示すＹ検知部３０では、Ｙ検知凹部３１Ａの第１の傾斜側面３３に第９の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９）が設けられ、第２の傾斜側面３４に第１０の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１０）が設けられている。他方のＹ検知凹部３１Ｂでは、第１の傾斜側面３３に第１２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１２）が設けられ、第２の傾斜側面３４に第１１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１１）が設けられている。
　各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）の膜構成は図４に示したものと同じである。Ｙ検知部３０では、Ｘ検知部２０と同様に、磁気抵抗効果素子４０を形成する際に、磁場Ｂｚを与えながら磁場中成膜して固定磁性層を形成することで、各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）が、実線の矢印で示すように、各傾斜側面３３，３４に沿って、基板２の板厚方向に対して角度を有して上向きに固定される。
　また、Ｙ検知凹部３１ＡとＹ検知凹部３１Ｂの双方において、第１の傾斜側面３３に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９，Ｒ１２）と、第２の傾斜側面３４に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１０，Ｒ１１）とで、固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の向きがＹ方向において互いに逆向きである。
　したがって、Ｙ方向の外部磁界に対して、第９の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９）および第１２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１２）の抵抗変化と、第１０の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１０）および第１１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１１）との抵抗変化が逆極性となる。
　図１０（Ｃ）に示すように、Ｙ検知部３０では、各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）によって、Ｙ検知用のブリッジ回路５３が構成されている。Ｙ検知部３０にＹ１方向の外部磁界が与えられると、差動増幅器５６からの磁気検知出力Ｏｙが増大し、Ｙ２方向の外部磁界が与えられると、差動増幅器５６からの磁気検知出力Ｏｙが低下する。
　なお、Ｘ検知部２０の各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）と、Ｙ検知部３０の各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）では、自由磁性層４７の磁化は、形状異方性やハードバイアスなどによって図２（Ｂ）（Ｃ）で破線の矢印で示すように、Ｙ２方向とＸ１方向に向けられている。
　図１に示す磁気検知装置１では、１つの基板２にＺ検知部１０とＸ検知部２０およびＹ検知部３０が形成されているため、１つの基板２を使用してＺ方向およびＸ方向とＹ方向の磁界およびその強度の変化を検知することができる。
　また、Ｚ検知部１０のＺ検知凹部１１Ａ，１１Ｂと、Ｘ検知部２０のＸ検知凹部２１Ａ，２１ＢおよびＹ検知部３０のＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂは、同時にエッチング処理で形成することができる。
　Ｚ検知部１０に磁気抵抗効果素子４０を形成するときは、磁場Ｂｘを印加しながら固定磁性層を磁場中成膜する。Ｘ検知部２０とＹ検知部３０に磁気抵抗効果素子４０を形成する際には、両検知部２０，３０において、同時に磁場Ｂｚを与えながら固定磁性層を磁場中成膜することで、Ｘ検知部２０とＹ検知部３０の双方において、固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の向きを傾斜側面に沿う向きで且つ基板の厚さ方向に向けて設定することができる。
　第１の実施の形態では、磁気抵抗効果素子４０の固定磁性層を磁場中成膜するときの印加磁場の向きが２方向のみであっても、Ｚ検知部１０とＸ検知部２０およびＹ検知部３０を形成することができる。
　図５に、本発明の第２の実施の形態の磁気検知装置１０１が示されている。
　この磁気検知装置１０１は、図２に示した第１の実施の形態の磁気検知装置１と同様に、Ｚ検知部１０にＺ検知凹部１１Ａ，１１Ｂが形成され、Ｘ検知部２０にＸ検知凹部２１Ａ，２１Ｂが形成され、Ｙ検知部３０にＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂが形成されている。
　図５（Ａ）と図６（Ａ）に示すように、Ｚ検知凹部１１Ａの第１の傾斜側面１３に第１の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ１）が形成され、第２の傾斜側面１４に第２の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ２）が形成されている。図５（Ａ）に示すように、他方のＺ検知凹部１１Ｂでは、第１の傾斜側面１３に第４の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ４）が形成され、第２の傾斜側面１４に第３の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ３）が形成されている。
　図５（Ｂ）と図６（Ｂ）に示すように、Ｘ検知凹部２１Ａの第１の傾斜側面２３に第５の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ５）が形成され、第２の傾斜側面２４に第６の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ６）が形成されている。他方のＸ検知凹部２１Ｂでは、第１の傾斜側面２３に第８の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ８）が形成され、第２の傾斜側面２４に第７の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ７）が形成されている。
　図５（Ｃ）示すように、Ｙ検知凹部３１Ａの第１の傾斜側面３３に第９の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ９）が形成され、第２の傾斜側面３４に第１０の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ１０）が形成されている。他方のＹ検知凹部３１Ｂでは、第１の傾斜側面３３に第１２の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ１２）が形成され、第２の傾斜側面３４に第１１の磁気抵抗効果素子５０（Ｒ１１）が形成されている。
　図９に示すように、第２の実施の形態で使用されている磁気抵抗効果素子５０は、図４（Ａ）に示した磁気抵抗効果素子４０と同様に、シード層４２の上に、Ｃｏ－Ｆｅの強磁性層４３と、Ｒｕの中間層４４と、Ｃｏ－Ｆｅの第２の強磁性層４５が成膜されて、３層構造のセルフピン止め構造の固定磁性層が形成されている。
　図６（Ａ）に示すように、Ｚ検知部１０では、３層構造の固定磁性層を形成する際に、磁場Ｂｘを与えて磁場中で成膜することで、磁気抵抗効果素子５０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）が実線の矢印で示す向きに固定される。図６（Ｂ）に示すように、Ｘ検知部２０では、３層構造の固定磁性層を形成する際に、磁場Ｂｚを与えながら磁場中で成膜することで、磁気抵抗効果素子５０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）が実線の矢印で示す向きに固定される。同様に、Ｙ検知部３０でも、磁場Ｂｚを与えながら磁場中で成膜することで、磁気抵抗効果素子５０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）が実線の矢印で示す向きに固定される。
　図９に示すように、各磁気抵抗効果素子５０の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の向きが固定された後に、固定磁性層の上に非磁性中間層４６を形成し、さらに自由磁性層４７の一部を形成しておく。
　その後に、さらに自由磁性層４７の上層部分を形成し、その上に磁場中でＩｒ－Ｍｎの上部反強磁性層４９ｂが磁場中で成膜される。磁場中成膜により、上部反強磁性層４９ｂと自由磁性層４７との交換結合が生成されて、自由磁性層４７が単磁区化されて磁化の向きが揃えられる。
　Ｚ検知部１０では、上部反強磁性層４９ｂの磁場中成膜での磁場を、Ｘ１方向とすることで、図５（Ａ）と図６（Ａ）に破線の矢印で示すように、自由磁性層４７の磁化（Ｆ）が固定磁化（Ｐ）と同じ向きに揃えられる。Ｘ検知部２０とＹ検知部３０では、上部反強磁性層４９ｂの磁場中成膜での磁場を、Ｚ１方向とすることで、破線の矢印で示すように、自由磁性層４７の磁化（Ｆ）が固定磁化（Ｐ）と同じ向きに揃えられる。
　第２の実施の形態の磁気検知装置１０１においても、各磁気抵抗効果素子を接続したブリッジ回路の構成は図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）と同じである。
　第２の実施の形態の磁気検知装置１０１では、図５と図６に示すように、各磁気抵抗効果素子５０（Ｒ１～Ｒ１２）において、外部磁界が与えられていないときに、固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の向きと自由磁性層４７の磁化（Ｆ）の向きが同じである。よって、磁気抵抗効果素子５０の抵抗値は極小値である。自由磁性層４７の磁化（Ｆ）の向きと逆方向の外部磁界が徐々に大きくなっていくと、自由磁性層４７の磁化（Ｆ）が反転し、磁気抵抗効果素子５０の抵抗値が極大値となる。これにより、磁気検知出力Ｏｚ，Ｏｘ，Ｏｙが変化するようになる。
　ただし、Ｚ検知部１０での自由磁性層４７の磁化（Ｆ）の向きが、図６（Ａ）に示す破線矢印と逆向きであってもよい。同様に、Ｘ検知部２０とＹ検知部３０において、自由磁性層４７の磁化（Ｆ）の向きが、図６（Ｂ）に示す破線矢印と逆向きであってもよい。
　図５に示すように、第２の実施の形態の磁気検知装置１０１では、Ｚ検知部１０において、各Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの底面１２に、ＮＩ－Ｆｅなどの軟磁性材料層によるシールド層６１が形成されている。また各Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの周囲を囲むように、基板２の実装表面３にもシールド層が形成されていることが好ましい。このシールド層６１を設けることで、感度方向であるＺ方向以外の磁界を吸収でき、外乱磁界により磁気検知出力Ｏｚにノイズが重畳するのを防止できるようになる。
　同様に、Ｘ検知部２０では、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１Ｂの底面２２にシールド層６２が形成され、Ｘ検知凹部２１Ａと２１Ｂの間の実装表面３にもシールド層６３が形成されている。シールド層６２，６３は、磁気抵抗効果素子５０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の方向と直交する方向に長辺が向けられた長尺形状である。これにより感度方向であるＸ方向以外の外乱磁界を吸収できるようになっている。
　Ｙ検知部３０では、Ｙ検知凹部３１Ａ，３１Ｂの底面３２にシールド層６４が形成され、Ｙ検知凹部３１Ａと３１Ｂの間の実装表面３にもシールド層６５が形成されている。シールド層６４，６５は、磁気抵抗効果素子５０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）の固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の方向と直交する方向に長辺が向けられた長尺形状である。これにより感度方向であるＸ方向以外の外乱磁界を吸収できるようになっている。
　また、各検知凹部の底面にシールド層を設けることでスペース効率を有効に利用して、必要なシールド層を形成することが可能となる。
　図７に、第１の実施の形態の変形例となる磁気検知装置１ａが示されている。図７（Ａ）に示すＺ検知部１０ａは、図２に示した磁気検知装置１のＺ検知部１０の変形例である。また、図７（Ｂ）に示すＸ検知部２０と図７（Ｃ）に示すＹ検知部３０の構造は、図２に示したものと同じである。
　図２（Ａ）に示したＺ検知部１０では、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの形状が正方形であり、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１ＢおよびＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂの長方形と相違している。また、図２（Ａ）に示すＺ検知凹部１１Ａ，１１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子４０の基板表面に沿う方向の寸法は、図２（Ｂ）に示すＸ検知部２０と図２（Ｃ）に示すＹ検知部３０に設けられた磁気抵抗効果素子４０の基板表面に沿う寸法よりも短くなっている。
　これに対し、図７（Ａ）に示すＺ検知部１０ａでは、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの形状と寸法が、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１ＢおよびＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂの形状および寸法と同じである。また、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の形状と寸法が、Ｘ検知凹部２１Ａ，２１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）およびＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２）と同じである。
　図７に示すＺ検知部１０ａでは、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの長手方向をＸ検知凹部２１Ａ，２１Ｂと同じ向きで加工でき、あるいはＺ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの長手方向をＹ検知凹部３１Ａ，３１Ｂと同じ向きで形成できる。さらに、全ての磁気抵抗効果素子４０を同じパターンで同じ大きさに加工できる。また、図７に示すＺ検知部１０ａに設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）は、図２に示したＺ検知部１０に設けられた磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）よりも面積が大きくなるため、磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の抵抗変化率を大きくでき、Ｚ検知部の感度を高めることができる。
　なお、本発明でのＺ感知部１０，１０ａの形状や大きさは、前記実施の形態に限定されるものではなく、同じ基板上に各検知部を配置する場合に、例えばＺ検知部１０，１０ａを、Ｘ検知部２０またはＹ検知部３０よりも面積が大きいものとして形成することも可能である。
　　図８に本発明の第３の実施の形態の磁気検知装置２０１が示されている。
　図８（Ａ）に示すＺ検知部１０ｂと図２（Ａ）に示すＺ検知部１０では、Ｚ検知凹部１１Ａ，１１Ｂの形状と寸法が同じである。図８（Ａ）に示すＺ検知部１０ｂでは、Ｚ検知凹部１１Ａの第１の傾斜側面１３に設けられた第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）と第２の傾斜側面１４に設けられた第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）とで、共に固定磁化（Ｐ）の向きがＺ１方向に向けられている。また、Ｚ検知凹部１１Ｂの第１の傾斜側面１３に設けられた第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）と第２の傾斜側面１４に設けられた第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）とで、共に固定磁化（Ｐ）の向きがＺ２方向に向けられている。
　図８（Ａ）に示すＺ検知部１０ｂでは、各磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）で構成されるブリッジ回路５１が、図１０（Ａ）の回路図と同じである。ここでは、Ｚ検知凹部１１Ａの第１の傾斜側面１３に設けられた第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）とＺ検知凹部１１Ｂの第１の傾斜側面１３に設けられた第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）とが直列に接続されて第１の素子列が形成される。Ｚ検知凹部１１Ｂの第２の傾斜側面１４に設けられた第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）とＺ検知凹部１１Ａの第２の傾斜側面１４に設けられた第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）とが直列に接続されて第２の素子列が形成される。そして、第１の素子列と第２の素子列が並列に接続されブリッジ回路が構成されている。
　Ｚ検知凹部１１ＡとＺ検知凹部１１Ｂは同じエッチング処理で形成される。そのため、同じ結晶面で形成されるＺ検知凹部１１Ａの第１の傾斜側面１３とＺ検知凹部１１Ｂの第１の傾斜側面１３とは、角度が一致しやすく、同じ結晶面で形成されるＺ検知凹部１１Ａの第２の傾斜側面１４とＺ検知凹部１１Ｂの第２の傾斜側面１４とで、角度が一致しやすい。そこで、同じ角度で形成されやすい第１の傾斜側面１３に設けられた第１の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ１）と第２の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ２）を直列に接続して第１の素子列を構成し、その中点電位を得ることで、製品ごとの第１の素子列の中点電位のばらつきを抑制しやすくなる。同様に、同じ角度で形成されやすい第２の傾斜側面１４に設けられた第３の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ３）と第４の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ４）を直列に接続して第２の素子列を形成し、その中点電位を得ることで、製品ごとの第２の素子列の中点電位のばらつきを抑制しやすくなる。
　図８（Ｂ）に示すＸ検知部２０ｂでは、Ｘ検知凹部２１Ａの傾斜側面に設けられた第５の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５）と第８の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ８）の固定磁化（Ｐ）が同じＸ１方向である。また、Ｘ検知凹部２１Ｂの傾斜側面に設けられた第６の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ６）と第７の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ７）の固定磁化（Ｐ）が同じＸ２方向である。すなわち、Ｘ検知凹部２１ＡとＸ検知凹部２１Ｂとで、それぞれに設けられた磁気抵抗効果素子４０の固定磁化（Ｐ）がＸ方向において互いに逆向きである。
　Ｘ検知部２０でも、Ｘ検知凹部２１ＡとＸ検知凹部２１Ｂにおいて、同じ角度に形成されやすい第１の傾斜側面２３に設けられた第５の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ５）と第６の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ６）とが直列に接続されて第１の素子列が構成されている。また、Ｘ検知凹部２１ＡとＸ検知凹部２１Ｂにおいて、同じ角度に形成されやすい第２の傾斜側面２４に設けられた第７の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ７）と第８の磁気抵抗効果素子４０（Ｒ８）とが直列に接続されて第２の素子列が構成されている。同じ角度に形成されやすい傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子を直列に接続することで、第１の素子列と第２の素子列の中点電位のばらつきを抑制しやすくなる。
　なお、Ｙ検知部３０ｂは、Ｘ検知部２０ｂを基板表面に沿って９０度回転させた構造であり、Ｙ検知部３０ｂにおいても、Ｘ検知部２０ｂと同じ効果を奏することができる。
　前記各実施の形態では、磁気抵抗効果素子の固定磁性層が、セルフピン止め構造であり、固定磁性層が磁場中成膜で形成され、磁場中アニールを必要としていない。そのため、同じ基板の各検知凹部の傾斜側面に設けられる磁気抵抗効果素子の固定磁化（Ｐ）の向きを自由に組み合わせて設定することが可能である。
　なお、前記各実施の形態では、磁気抵抗効果素子４０，５０を構成する固定磁性層が、第１の強磁性層４３と第２の強磁性層４５を磁場Ｂｘ，Ｂｚを印加させながら成膜したいわゆるセルフピン止め構造であるが、固定磁性層としての強磁性層に、Ｉｒ－ＭｎやＰｔ－Ｍｎの反強磁性層を重ね、磁場中のアニール処理を行い交換結合によって、固定磁性層の固定磁化（Ｐ）の向きを固定してもよい。この場合、Ｚ検知部１０では、磁場Ｂｘを与えてアニール処理し、Ｘ検知部２０とＹ検知部３０では、磁場Ｂｚを与えてアニール処理する。
Ｆ　 自由磁性層の磁化
Ｐ　 固定磁化
Ｏｚ，Ｏｘ，Ｏｚ　磁気検知出力
１，１ａ，１０１，２０１　磁気検知装置
２　基板
３　実装表面
１０，１０ａ，１０ｂ　Ｚ検知部
１１Ａ，１１Ｂ　Ｚ検知凹部
１２　底面
１３　第１の傾斜側面
１４　第２の傾斜側面
２０，２０ｂ　Ｘ検知部（水平検知部）
２１Ａ，２１Ｂ　Ｘ検知凹部（水平検知凹部）
２２　底面
２３　第１の傾斜側面
２４　第２の傾斜側面
３０，３０ｂ　Ｙ検知部（水平検知部）
３１Ａ，３１Ｂ　Ｙ検知凹部（水平検知凹部）
３２　底面
３３　第１の傾斜側面
３４　第２の傾斜側面
４０　磁気抵抗効果素子
４３　第１の強磁性層
４４　中間層
４５　第２の強磁性層
４６　非磁性中間層
４７　自由磁性層
４９ａ　反強磁性層
４９ｂ　上部反強磁性層
５０　磁気抵抗効果素子

Claims (10)

  1. 　凹部を有する基板と、前記凹部の傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子とを有する磁気検知装置において、
    　少なくとも２か所のＺ検知凹部が設けられ、前記Ｚ検知凹部は、互いに対向して基板表面に向けて対向間隔が徐々に広がる第１の傾斜側面と第２の傾斜側面とを有し、前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面のそれぞれに磁気抵抗効果素子が設けられ、
    　前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層と、自由磁性層と、前記固定磁性層と前記自由磁性層との間に形成された非磁性中間層とを有し、それぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記固定磁性層の固定磁化の向きが、前記傾斜側面に沿い且つ前記基板の厚さ方向に向けて斜めに設定されており、
    　前記磁気抵抗効果素子のうちの、前記固定磁化の向きが前記基板の板厚方向で互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて素子列が構成され、２列の前記素子列が並列に接続されてブリッジ回路が構成されており、
    　前記ブリッジ回路で、前記基板の板厚方向であるＺ方向の磁気が検知されることを特徴とする磁気検知装置。
  2. 　全ての前記Ｚ検知凹部では、同じＺ検知凹部の前記第１の傾斜側面と、前記第２の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子とで、固定磁化の向きが前記基板の板厚方向において互いに逆向きである請求項１記載の磁気検知装置。
  3. 　前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子の前記固定磁化が、共に前記基板の板厚方向において下向きとなっている前記Ｚ検知凹部と、前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に設けられた磁気抵抗効果素子の前記固定磁化が、共に前記基板の板厚方向において上向きとなっている前記Ｚ検知凹部と、が設けられ、
    　異なる前記Ｚ検知凹部の前記第１の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第１の素子列が構成され、
    　異なる前記Ｚ検知凹部の前記第２の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第２の素子列が構成され、
    　前記第１の素子列と、前記第２の素子列とが、並列に接続されて前記ブリッジ回路が構成されている請求項１記載の磁気検知装置。
  4. 　前記基板に前記Ｚ検知凹部と共に少なくとも２か所の水平検知凹部が設けられ、前記水平検知凹部は、互いに対向して基板表面に向けて対向間隔が徐々に広がる第１の傾斜側面と第２の傾斜側面とを有し、前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に前記磁気抵抗効果素子が設けられ、
    　それぞれの前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層の固定磁化の向きが、前記傾斜側面に沿い且つ前記基板の厚さ方向に向けて斜めに設定され、
    　前記水平検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子のうちの、前記固定磁化の向きが前記基板表面に沿って互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて素子列が構成され、２列の前記素子列が並列に接続されてブリッジ回路が構成されており、
    　前記ブリッジ回路で、前記基板表面と平行な方向の磁気が検知される請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検知装置。
  5. 　全ての前記水平検知凹部では、同じ水平検知凹部の前記第１の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子と、前記第２の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子とで、前記固定磁化が、基板表面に沿って互いに逆向きである請求項４記載の磁気検知装置。
  6. 　同じ前記水平検知凹部の前記第１の傾斜側面と前記第２の傾斜側面に設けられた前記磁気抵抗効果素子は、固定磁化の向きが前記基板表面に沿って同じ向きで、
    　異なる前記水平検知凹部の間では、前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の向きが前記基板表面に沿って互いに逆向きであり、
    　異なる前記水平検知凹部の前記第１の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる前記磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第１の素子列が構成され、
    　異なる前記水平検知凹部の前記第２の傾斜側面に設けられた、前記固定磁化の向きが互いに逆向きとなる磁気抵抗効果素子が直列に接続されて第２の素子列が構成され、
    　前記第１の素子列と、前記第２の素子列とが、並列に接続されて前記ブリッジ回路が構成されている請求項４記載の磁気検知装置。
  7. 　前記水平検知凹部として、互いに直交するＸ－Ｙ方向のＸ方向の磁場を検知する少なくとも２か所のＸ検知凹部と、Ｙ方向の磁場を検知する少なくとも２か所のＹ検知凹部とが、同じ前記基板に設けられている請求項４ないし６のいずれかに記載の磁気検知装置。
  8. 　前記Ｚ検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さは、前記水平検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さよりも短い請求項４ないし７のいずれかに記載の磁気検知装置。
  9. 　前記Ｚ検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さと、前記水平検知凹部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の、前記基板表面に沿う方向の長さとが同じである請求項４ないし７のいずれかに記載の磁気検知装置。
  10. 　前記基板の表面と前記凹部の底面の少なくとも一方に、軟磁性材料による磁気シールド層が設けられている請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検知装置。
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