JP5298404B2 - Triaxial magnetic sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のピンド層を有する磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたX軸センサと、複数のピンド層を有する磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたY軸センサと、複数のピンド層を有する磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたZ軸センサとを1つの基板内に備えた三軸磁気センサおよびその製造方法に関する。 The present invention includes an X-axis sensor in which magnetoresistive elements having a plurality of pinned layers are bridge-connected, a Y-axis sensor in which magnetoresistive elements having a plurality of pinned layers are bridge-connected, and a plurality of pinned layers. The present invention relates to a three-axis magnetic sensor including a Z-axis sensor having a magnetoresistive effect element bridge-connected in one substrate, and a method for manufacturing the same.
従来から、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)や磁気トンネル効果素子(TMR素子)等が知られている。これらの磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが所定の向きにピン(固定)されたピンド層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層とを備えていて、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を出力として示すものである。このような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサとしては、例えば、特許文献1(特許第3498737号公報)や特許文献2(特開2002−299728号公報)にて提案されている。 Conventionally, giant magnetoresistive elements (GMR elements), magnetic tunnel effect elements (TMR elements), and the like are known as elements used in magnetic sensors. These magnetoresistive elements include a pinned layer whose magnetization direction is pinned (fixed) in a predetermined direction, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. A resistance value corresponding to the relative relationship between the direction and the magnetization direction of the free layer is shown as an output. As a magnetic sensor using such a magnetoresistive effect element, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3498737) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-299728) have been proposed.
特許文献1や特許文献2にて提案された磁気センサにおいては、直交する2方向(X軸方向およびY軸方向)の磁界の変化をそれぞれ検出するように、磁気抵抗効果素子をそれぞれ直交するように配置し、それぞれを数個づつの素子群としてブリッジ接続するようにして、それぞれの素子の出力(抵抗値の変化)を得ることにより、二次元平面での外部磁界を検出するようにしている。
In the magnetic sensors proposed in
ところで、二次元平面ではなく、空間での方位、すなわち、三次元的に方位が求められる必要のある場合がある。このような用途では、磁気の方位を三次元的(X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向)に精度良く求める必要がある。ところが、このような三次元的に方位を求めることが可能な三次元磁気センサを同一基板上に作製することができないため、現時点においては薄型の三次元磁気センサが得られていなかった。
そこで、二つのチップを傾斜実装させた三軸磁気センサ(三次元磁気センサ)が提案されるようになった。この三軸磁気センサにおいては、図26(a)の上面図に示すように、パッケージ内に平面視で正方形状のAチップとBチップとからなる2個のチップが実装されている。そして、これら2個のチップは、図26(b)の側面図に示すように、水平面から角度θだけ傾斜して配置されてあり、Aチップにはx軸センサ(a〜d)とy1軸センサ(e〜h)が作り込まれており、Bチップにはy2軸センサ(i〜l)が作り込まれている。各センサは4つのGMR素子(a〜d,e〜h,i〜l)で構成されており、各GMR素子はチップの辺に沿って作られている。 Therefore, a three-axis magnetic sensor (three-dimensional magnetic sensor) in which two chips are mounted in an inclined manner has been proposed. In this three-axis magnetic sensor, as shown in the top view of FIG. 26A, two chips consisting of a square A chip and a B chip in a plan view are mounted in a package. Then, as shown in the side view of FIG. 26 (b), these two chips are arranged inclined by an angle θ from the horizontal plane. The A chip has an x-axis sensor (ad) and a y1-axis. Sensors (e to h) are built in, and y2 axis sensors (i to l) are built in the B chip. Each sensor is composed of four GMR elements (ad, e to h, i to l), and each GMR element is formed along the side of the chip.
この場合、図27(a)に示すように、GMR素子a〜dがブリッジ接続されることによりx軸センサが構成される。また、図27(b)に示すように、GMR素子e〜hがブリッジ接続されることによりy1軸センサが構成される。さらに、図27(c)に示すように、GMR素子i〜lがブリッジ接続されることによりy2軸センサが構成される。そして、x軸センサを構成するGMR素子a〜dの感度方向はx軸方向で、y1軸センサを構成するGMR素子e〜hの感度方向はy1軸方向で、y2軸センサを構成するGMR素子i〜lの感度方向はy2軸方向になるようになされている。 In this case, as shown in FIG. 27A, the GMR elements a to d are bridge-connected to constitute an x-axis sensor. In addition, as shown in FIG. 27 (b), the GMR elements e to h are bridge-connected to constitute a y1-axis sensor. Further, as shown in FIG. 27 (c), the GMR elements i to l are bridge-connected to form a y2-axis sensor. The sensitivity directions of the GMR elements a to d constituting the x axis sensor are the x axis direction, the sensitivity directions of the GMR elements e to h constituting the y1 axis sensor are the y1 axis direction, and the GMR elements constituting the y2 axis sensor. The sensitivity directions i to l are set in the y2 axis direction.
これにより、各センサを構成するGMR素子に、図26(a)の矢印方向に磁界が印加されると、その磁界強度に比例して抵抗値が減少する。一方、図26(a)の矢印方向とは反対方向に磁界が印加されると、その磁界強度に比例して抵抗値が増大する。ここで、各GMR素子を図27(a)(b)(c)に示すようにブリッジ接続して各センサを構成し、電源−グランド間に所定の電圧(例えば、3V)を印加すると、x軸センサからはSxが出力され、y1軸センサからはSy1が出力され、y2軸センサからはSy2が出力される。 Thus, when a magnetic field is applied to the GMR elements constituting each sensor in the direction of the arrow in FIG. 26A, the resistance value decreases in proportion to the magnetic field strength. On the other hand, when a magnetic field is applied in a direction opposite to the arrow direction in FIG. 26A, the resistance value increases in proportion to the magnetic field strength. Here, each GMR element is bridge-connected as shown in FIGS. 27A, 27B, and 27C to form each sensor, and when a predetermined voltage (for example, 3 V) is applied between the power source and the ground, x Sx is output from the axis sensor, Sy1 is output from the y1-axis sensor, and Sy2 is output from the y2-axis sensor.
そして、得られた出力に基づいて、x軸方向の磁界の成分Hxを下記の(1)式により求めることができる。同様に、y軸方向の磁界の成分Hyを下記の(2)式により求めることができ、z軸方向の磁界の成分Hzを下記の(3)式により求めることができる。
Hx=2kx×Sx・・・(1)
Hy=ky(Sy1−Sy2)/cosθ・・・(2)
Hz=kz(Sy1+Sy2)/sinθ・・・(3)
ただし、kx,ky,kzは比例定数で、各センサの感度が等しければ、kx=ky=kzとなる。
Based on the obtained output, the magnetic field component Hx in the x-axis direction can be obtained by the following equation (1). Similarly, the magnetic field component Hy in the y-axis direction can be obtained from the following equation (2), and the magnetic field component Hz in the z-axis direction can be obtained from the following equation (3).
Hx = 2kx × Sx (1)
Hy = ky (Sy1-Sy2) / cos θ (2)
Hz = kz (Sy1 + Sy2) / sin θ (3)
However, kx, ky, kz are proportional constants, and if the sensitivity of each sensor is equal, kx = ky = kz.
しかしながら、上述した三軸磁気センサにおいては、パッケージ内にAチップとBチップとからなる二個のチップを実装させる必要があるため、この種のセンサを製造するのが複雑で、手間もかかるという問題を生じた。また、特殊なパッケージを用いる必要があるため、この種のセンサが高価になるとともに、小型化するのが困難であるという問題も生じた。
そこで、本発明はこのような問題点を解消するためになされたものであって、1チップ(1つの基板)内に簡単、容易に作製できる構造の三軸磁気センサを提供することを目的とする。
However, in the above-described three-axis magnetic sensor, since it is necessary to mount two chips consisting of an A chip and a B chip in the package, it is complicated and time-consuming to manufacture this type of sensor. Caused a problem. In addition, since it is necessary to use a special package, this type of sensor is expensive and difficult to downsize.
Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a three-axis magnetic sensor having a structure that can be easily and easily manufactured in one chip (one substrate). To do.
上記の目的を達成するため、本発明の三軸磁気センサは、LSIや配線層が作り込まれた1つの基板に、ピンド層を有する複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたX軸センサと、ピンド層を有する複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたY軸センサと、ピンド層を有する複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたZ軸センサとが形成されている。そして、磁気抵抗効果素子は1つの磁気抵抗効果素子バーもしくは複数の磁気抵抗効果素子バーが直列接続されて形成されているとともに、X軸センサの磁気抵抗効果素子およびY軸センサの磁気抵抗効果素子は基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、磁化の感度方向は各磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であって、X軸センサの磁気抵抗効果素子とY軸センサの磁気抵抗効果素子の磁化の向きが互いに直交するように形成されており、Z軸センサの磁気抵抗効果素子は基板の平面に垂直なZ軸に対して同角度で相対向するように突出して設けられた突部の斜面上に形成されていて、当該Z軸センサの磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の向きは該斜面内になるように形成されており、その感度方向は当該磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して交差するように形成されていて、当該磁気抵抗効果素子バーの長手方向は基板のX軸方向あるいはY軸方向のいずれかに一致するとともに、各斜面にそれぞれ形成された磁気抵抗効果素子バーにより構成される2つの磁気抵抗効果素子同士が隣接して互に平行に配置されており、これらの2つの磁気抵抗効果素子と平面視で正方形状の基板の中心から点対称の位置に形成された2つの非磁性抵抗体とフルブリッジ接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a triaxial magnetic sensor of the present invention includes an X-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements each having a pinned layer are bridge-connected to a single substrate on which an LSI and a wiring layer are formed. A Y-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer are bridge-connected, and a Z-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer are bridge-connected are formed. The magnetoresistive effect element is formed by connecting one magnetoresistive effect element bar or a plurality of magnetoresistive effect element bars in series, and the magnetoresistive effect element of the X-axis sensor and the magnetoresistive effect element of the Y-axis sensor. Is formed on a plane parallel to the plane of the substrate, the direction of sensitivity of magnetization is perpendicular to the longitudinal direction of each magnetoresistive element bar, and the magnetoresistive element of the X-axis sensor and Y The direction of magnetization of the magnetoresistive effect element of the axis sensor is formed so as to be orthogonal to each other, and the magnetoresistive effect element of the Z axis sensor is opposed to the Z axis perpendicular to the plane of the substrate at the same angle. It is formed on the inclined surface of the protruding protrusion, and the magnetization direction of the pinned layer of the magnetoresistive effect element of the Z-axis sensor is formed in the inclined surface, and the sensitivity direction is Magnetic The magnetoresistive effect element bar is formed so as to intersect the longitudinal direction of the resistance effect element bar, and the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element bar coincides with either the X-axis direction or the Y-axis direction of the substrate. Two magnetoresistive effect elements constituted by the formed magnetoresistive effect element bars are arranged adjacent to and parallel to each other, and the center of the square substrate in plan view with these two magnetoresistive effect elements And a full-bridge connection with two nonmagnetic resistors formed at point-symmetrical positions .
これにより、X軸センサとY軸センサとZ軸センサの磁気抵抗効果素子の磁化の向きが、互いに三次元方向に交差するように形成されたものとなるので、X軸、Y軸、Z軸の3次元方向の正確な磁界を測定することができる。そして、X軸センサとY軸センサとZ軸センサとを1つの基板内に備えているので、別基板のセンサを複数組み付けて形成された磁気センサのように角度ずれを生じることが防止できるようになるとともに、センサの大型化も防止することができ、小型の三軸磁気センサを提供することが可能となる。この場合、Z軸センサは基板の平面から突出して設けられた突部の斜面上に形成するだけであるので、Z軸センサを1つの基板内に簡単、容易に作製することができるようになる。 Accordingly, the magnetization directions of the magnetoresistive effect elements of the X-axis sensor, the Y-axis sensor, and the Z-axis sensor are formed so as to intersect each other in the three-dimensional direction, so that the X-axis, Y-axis, Z-axis It is possible to measure an accurate magnetic field in the three-dimensional direction. Since the X-axis sensor, the Y-axis sensor, and the Z-axis sensor are provided in one substrate, it is possible to prevent the occurrence of angular deviation as in a magnetic sensor formed by assembling a plurality of sensors on different substrates. In addition, an increase in size of the sensor can be prevented, and a small three-axis magnetic sensor can be provided. In this case, since the Z-axis sensor is only formed on the slope of the protrusion provided so as to protrude from the plane of the substrate, the Z-axis sensor can be easily and easily manufactured in one substrate. .
ここで、磁気抵抗効果素子は複数の磁気抵抗効果素子バーが平行に配置されて、隣接する磁気抵抗効果素子バーがバイアス磁石膜により直列接続されていると、後述する各磁気抵抗効果素子バーのフリー層にバイアス磁界を容易に付与することができる。
この場合、Z軸センサの磁気抵抗効果素子を構成する各磁気抵抗効果素子バーは基板の平面に垂直なZ軸に対して同角度で相対向するように形成された斜面上に形成されており、当該磁気抵抗効果素子バーの長手方向は基板のX軸方向あるいはY軸方向のいずれかに一致するとともに、各斜面にそれぞれ形成された磁気抵抗効果素子バーにより構成される磁気抵抗効果素子同士が隣接して互に平行に配置されていると、磁界の感度のX軸成分およびY軸成分が各磁気抵抗効果素子内でキャンセルされるようになるので、磁界の感度のZ軸成分のみが出現することとなる。
Here, in the magnetoresistive effect element, when a plurality of magnetoresistive effect element bars are arranged in parallel and adjacent magnetoresistive effect element bars are connected in series by a bias magnet film, each magnetoresistive effect element bar described later A bias magnetic field can be easily applied to the free layer.
In this case, each magnetoresistive effect element bar constituting the magnetoresistive effect element of the Z axis sensor is formed on a slope formed so as to face each other at the same angle with respect to the Z axis perpendicular to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the magnetoresistive effect element bar coincides with either the X-axis direction or the Y-axis direction of the substrate, and the magnetoresistive effect elements formed by the magnetoresistive effect element bars respectively formed on the slopes. When arranged adjacent to each other in parallel, the X-axis component and Y-axis component of the magnetic field sensitivity are canceled in each magnetoresistive effect element, so only the Z-axis component of the magnetic field sensitivity appears. Will be.
この場合、磁気抵抗効果素子バーにより構成される2つの磁気抵抗効果素子同士が隣接して互に平行に配置されているとともに、これらの2つの磁気抵抗効果素子と平面視で基板の中心から点対称の位置に形成された2つの非磁性抵抗体とフルブリッジ接続されていると、さらに小型化することが可能となる。 In this case, with two magnetoresistive elements to each other composed of magnetoresistive element bars are arranged parallel to one another and adjacent, from the center of the substrate in these two magnetoresistive elements in a plan view If the two non-magnetic resistors formed at the point-symmetrical positions are connected with a full bridge, the size can be further reduced.
そして、上述のような三軸磁気センサを製造するには、LSIや配線層が作り込まれた1つの基板にX軸センサとなるピンド層を有する複数の磁気抵抗効果素子と、Y軸センサとなるピンド層を有する複数の磁気抵抗効果素子と、Z軸センサとなるピンド層を有する複数の磁気抵抗効果素子とを形成する磁気抵抗効果素子形成工程と、基板に形成された各磁気抵抗効果素子に磁界を付与しながら加熱して磁気抵抗効果素子のそれぞれのピンド層の磁化の向きを同時に固定する固着処理工程とを備えるとともに、この固着処理工程において、Z軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子を構成する各磁気抵抗効果素子バーが形成された基板の垂直方向から45度の方向の磁界を付与しながら加熱して磁気抵抗効果素子のそれぞれのピンド層の磁化の向きを固定するようにすればよい。 In order to manufacture the above-described three-axis magnetic sensor , a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer serving as an X-axis sensor on one substrate on which an LSI or a wiring layer is formed , a Y-axis sensor, a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer composed of a magnetoresistive element forming step of forming a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer serving as a Z-axis sensor, the magneto-resistive element formed on the substrate Rutotomoni a fixation treatment step is heated while applying a magnetic field to fix the magnetization direction of each of the pinned layers of the magnetoresistive elements simultaneously, in the fixing step, a plurality of magnetoresistance the Z-axis sensor Magnetization of each pinned layer of the magnetoresistive effect element by heating while applying a magnetic field of 45 degrees from the vertical direction of the substrate on which each magnetoresistive effect element bar constituting the effect element is formed The orientation may be set to so that be fixed.
以下に、本発明の実施の形態を実施例1の三軸磁気センサ、実施例2の三軸磁気センサ、実施例3の三軸磁気センサおよび実施例4の三軸磁気センサとして図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as a triaxial magnetic sensor of Example 1, a triaxial magnetic sensor of Example 2, a triaxial magnetic sensor of Example 3, and a triaxial magnetic sensor of Example 4. Although described, the present invention is not limited to these examples, and can be implemented with appropriate modifications within a range that does not change the object of the present invention.
1.実施例1
まず、実施例1の三軸磁気センサを図1〜図15に基づいて以下に説明する。なお、図1は、実施例1の三軸磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のA−A断面を示す断面図である。また、図2は、本発明の三軸磁気センサに用いられる磁気抵抗効果素子の概略構成を模式的に示す図であり、図2(a)は複数の磁気抵抗効果素子(GMR)バーが接続されて1つの磁気抵抗効果素子が構成された状態を示す平面図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A断面を模式的に示す断面図であり、図2(c)は、図2(b)の内部の積層状態を模式的に示す図である。
1. Example 1
First, the triaxial magnetic sensor of Example 1 is demonstrated below based on FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a triaxial magnetic sensor of Example 1, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is an AA cross section of FIG. 1 (a). FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a magnetoresistive effect element used in the triaxial magnetic sensor of the present invention. FIG. 2A shows a connection of a plurality of magnetoresistive effect element (GMR) bars. 2B is a plan view showing a state in which one magnetoresistive effect element is configured, and FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing the AA cross section of FIG. (c) is a figure which shows typically the lamination | stacking state inside FIG.2 (b).
図3は、図1の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図3(a)は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図3(b)は、図3(a)のA部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図3(c)は、図3(a)のB部を拡大して模式的に示す斜視図である。図4は、ブリッジ結線を示すブロック図であり、図4(a)はX軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図4(b)はY軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図4(c)はZ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。図5〜図14は製造途中の実施例1の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。図15は、規則化熱処理(ピニング処理)の状態を模式的に示す図であり、図15(a)は平面図であり、図15(b)は、図15(a)のA−A断面を示す断面図であり、図15(c)は、図15(a)のB−B断面を示す断面図である。 3 is a diagram schematically showing the pinning direction and sensitivity direction of the three-axis magnetic sensor of FIG. 1, and FIG. 3 (a) is a plan view schematically showing the entire plane, and FIG. 3 (b). FIG. 3 is a perspective view schematically showing an enlarged portion A of FIG. 3A, and FIG. 3C is a perspective view schematically showing an enlarged portion B of FIG. . 4 is a block diagram showing the bridge connection, FIG. 4 (a) is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 4 (b) is a block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 4C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. 5-14 is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 15A and 15B are diagrams schematically showing a state of ordering heat treatment (pinning treatment), FIG. 15A is a plan view, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 15C is a cross-sectional view showing the BB cross section of FIG.
実施例1の三軸磁気センサ10は、図1に示すように、平面視で互いに直交するX軸、及びY軸に沿った辺を有する長方形状(ここでは、短辺(縦)と長辺(横)の比率(アスペクト比)が1:2で、X軸に沿った辺が長辺で、Y軸に沿った辺が短辺となるようになされている)であって、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に小さな厚みを有する石英やシリコンからなる基板11を備えている。そして、この基板11の上に、それぞれ4個ずつのX軸GMR素子21〜24、Y軸GMR素子31〜34、Z軸GMR素子41〜44からなる合計で12個のGMR素子と、合計で12個のパッド(図示せず)及び各パッドと各素子とを接続する接続線(図示せず)とが作り込まれている。なお、基板11内には、LSIや配線層が作り込まれており、LSIが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。
As shown in FIG. 1, the triaxial
ここで、X軸GMR素子は第1X軸GMR素子21と、第2X軸GMR素子22と、第3X軸GMR素子23と、第4X軸GMR素子24とにより構成されている。そして、基板11のX軸方向の左側端部(この場合、図1(a)の左側端部をX軸の基準点とし、この基準点から図の右側の方向をX軸正方向とし、その反対の方向をX軸負方向とする。以下においても同様である。)と右側端部との略中央部(以下ではX軸中央部という)で、Y軸方向の下側端部(この場合、図1(a)の下側端部をY軸の基準点とし、この基準点から図の上側の方向をY軸正方向とし、その反対の方向をY軸負方向とする。また、X軸正方向に対して45°というときは、X軸正方向から時計方向に45°回転させた方向を指すものとする。以下においても同様である。)と上側端部との略中央部(以下ではY軸中央部という)上方に第1X軸GMR素子21が配置され、その下方に第2X軸GMR素子22が配置されている。また、基板11のX軸の左側端部近傍で、Y軸中央部上方に第3X軸GMR素子23が配置され、その下方に第4X軸GMR素子24が配置されている。
Here, the X-axis GMR element includes a first
また、Y軸GMR素子は第1Y軸GMR素子31と、第2Y軸GMR素子32と、第3Y軸GMR素子33と、第4Y軸GMR素子34とにより構成されている。そして、基板11のY軸方向の上側端部近傍で、X軸中央部からX軸の左側端部までの略中間部右方に第1Y軸GMR素子31が配置され、その左方に第2Y軸GMR素子32が配置されている。また、基板11のY軸方向の下側端部近傍で、X軸中央部からX軸の左側端部までの略中間部右方に第3Y軸GMR素子33が配置され、その左方に第4Y軸GMR素子34が配置されている。
The Y-axis GMR element includes a first Y-
さらに、Z軸GMR素子は第1Z軸GMR素子41と、第2Z軸GMR素子42と、第3Z軸GMR素子43と、第4Z軸GMR素子44とにより構成されている。そして、基板11のY軸中央部からY軸の下側端部までの略中間部で、X軸中央部からX軸の右側端部までの略中間部左方に第1Z軸GMR素子41が配置され、その右方に第2Z軸GMR素子42が配置されている。また、基板11のY軸中央部からY軸の上側端部までの略中間部で、X軸中央部からX軸の左側端部までの略中間部左方に第3Z軸GMR素子43が配置され、その右方に第4Z軸GMR素子44が配置されている。
Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-
ここで、各GMR素子21〜24、31〜34、41〜44は、互いに平行で帯状に隣接配置された4個のGMRバーを備えており、これらの4個のGMRバーがマグネット膜(バイアス磁石膜)により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜が接続されて形成されている。例えば、図2(なお、図2においては第1X軸GMR素子21についてのみ示しているが、他のGMR素子においても同様の構成である)に示すように、4個のGMRバー21a,21b,21c,21dがマグネット膜21f,21g,21hにより直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜21e,21iが接続されて形成されている。
Here, each of the
この場合、X軸GMR素子21〜24の各GMRバー(21a,21b,21c,21d等)は、基板11の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸に対して45°の角度になるように配列されている。また、Y軸GMR素子31〜34の各GMRバーは、基板11の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸GMR素子21〜24の各GMRバーの長手方向と直交するように配列されている。さらに、Z軸GMR素子41〜44の各GMRバーは、基板11の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部(堤部)15の各斜面上に、1つの斜面(傾斜角度が略45°に形成されている)に1つのGMRバー(例えば、43a,43b,43c,43d、あるいは44a,44b,44c,44d(図1(b)参照)など)が形成されるように配置され、その長手方向がX軸に対して垂直でY軸と平行な方向になるように配列されている。
In this case, each GMR bar (21a, 21b, 21c, 21d, etc.) of the
ついで、GMRバーの構成について、第1X軸GMR素子21のGMRバー21bを例にして、図2に基づいて説明する。なお、他のGMRバー21a,21c,21dについてはこれと等しいため、ここではGMRバー21bについて説明する。また、他のX軸GMR素子22,23,24およびY軸GMR素子31,32,33,34およびZ軸GMR素子41,42,43,44についてもこれと等しいので、その説明は省略する。
Next, the configuration of the GMR bar will be described with reference to FIG. 2, taking the
ここで、第1X軸GMR素子21のGMRバー21bは、図2(a)のA−A線に沿った平面にて切断した概略断面図である図2(b)に示したように、スピンバルブ膜SVと、この両端部下方に形成されたCoCrPt等の硬質強磁性体であって、高保磁力を有する材質からなるマグネット膜(バイアス磁石膜;硬質強磁性体薄膜層)21g,21fとを備えている。スピンバルブ膜SVは、図2(c)に膜構成を示したように、基板11の上に順に積層されたフリー層(自由層、自由磁化層)F、膜厚が2.4nm(24Å)のCuからなる導電性のスペーサ層S、ピン層(固着層、固定磁化層)P、及び膜厚が2.5nm(25Å)のチタン(Ti)又はタンタル(Ta)からなるキャッピング層Cからなっている。
Here, the
フリー層Fは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層であり、基板11の直上に形成された膜厚が8nm(80Å)のCoZrNbアモルファス磁性層21b−1と、CoZrNbアモルファス磁性層21b−1の上に形成された膜厚が3.3nm(33Å)のNiFe磁性層21b−2と、NiFe磁性層21b−2の上に形成された1〜3nm(10〜30Å)程度の膜厚のCoFe層21b−3とからなっている。CoZrNbアモルファス磁性層21b−1とNiFe磁性層21b−2は軟質強磁性体薄膜層を構成している。CoFe層21b−3はNiFe層21b−2のNi、及びスペーサ層SのCu21b−4の拡散を防止するために設けられている。
The free layer F is a layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field. The CoZrNb amorphous
ピン層Pは、膜厚が2.2nm(22Å)のCoFe磁性層21b−5と、Ptを45〜55mol%含むPtMn合金から形成した膜厚が24nm(240Å)の反強磁性膜21b−6とを重ね合わせたものである。CoFe磁性層21b−5は、反強磁性膜21b−6に交換結合的に裏打されることにより磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸方向(この場合は、X軸負方向となる)にピン(固着)されるピンド層を構成している。反強磁性膜としては、PtMnの他に、NiMn,IrMn,MnRh,FeMn等を用いることができる。
The pinned layer P is a CoFe
なお、上述した第1X軸GMR素子21のバイアス磁石膜21e,21f,21g,21h,21iは、フリー層Fの一軸異方性を維持するため、このフリー層Fに対して各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸正方向に対して45°の方向(なお、45°は図において時計回りに45°の方向を意味し、−45°は時計回りとは逆方向(反時計方向)に45°の方向を意味する;以下では同様とする))にバイアス磁界を与えている。そして、CoFe磁性層21b−5(他のGMRバー21a,21c,21dについても同様である)は、反強磁性膜21b−6に交換結合的に裏打されることにより磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸正方向(図3(a)の実線矢印a1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。同様に、第2X軸GMR素子22のバイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸正方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸正方向(図3(a)の実線矢印b1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
The
これにより、これらの第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22においては、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸正方向に対して−45°の方向(図3(a)の点線矢印a2,b2方向)になり、図3(a)の点線矢印a2,b2方向に磁界が印加された場合に、第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22の抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印a2,b2方向と反対方向に磁界が印加された場合に、第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22の抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
As a result, in the first
一方、第3X軸GMR素子23および第4X軸GMR素子24においては、バイアス磁石膜は、第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22と180°反対方向で各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸負方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与ている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸負方向(図3(a)の実線矢印c1,d1方向で、第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22のピンド層の磁化の向きと180°反対の方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third
これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、図3(a)の点線矢印c2,d2方向(第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22の感度方向と180°反対の方向)になり、図3(a)の点線矢印c2,d2方向に磁界が印加された場合に、第3X軸GMR素子23および第4X軸GMR素子24の抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印c2,d2と反対方向に磁界が印加された場合に、第3X軸GMR素子23および第4X軸GMR素子24の抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Thereby, the direction of sensitivity of the magnetic field is the direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the directions of the dotted arrows c2 and d2 in FIG. 3A (first
また、第1Y軸GMR素子31および第2Y軸GMR素子32においては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(Y軸正方向に対して45°の方向、即ち、第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22のバイアス磁界が反時計方向に90°回転した方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがY軸正方向(図3(a)の実線矢印e1,f1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In the first Y-
これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Y軸正方向に対して−45°の方向(図3(a)の点線矢印e2,f2方向)になり、図3(a)の点線矢印e2,f2方向に磁界が印加された場合に、第1Y軸GMR素子31および第2Y軸GMR素子32の抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印e2,f2と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Y軸GMR素子31および第2Y軸GMR素子32の抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Thereby, the direction of sensitivity of the magnetic field is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, a direction of −45 ° with respect to the positive direction of the Y axis (the directions of the dotted arrows e2 and f2 in FIG. 3A). When the magnetic field is applied in the directions of the dotted arrows e2 and f2 in FIG. 3A, the resistance values of the first Y-
一方、第3Y軸GMR素子33および第4Y軸GMR素子34においては、バイアス磁石膜は、第1Y軸GMR素子31および第2Y軸GMR素子32と180°反対方向で各GMRバーの長手方向に平行な方向(Y軸負方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがY軸負方向(図3(a)の実線矢印g1,h1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third Y-
これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Y軸負方向に対して−45°の方向(図3(a)の点線矢印g2,h2方向で、第1Y軸GMR素子31および第2Y軸GMR素子32の磁化の向きと180°反対の方向)になり、図3(a)の点線矢印g2,h2方向に磁界が印加された場合に、第3Y軸GMR素子33および第4Y軸GMR素子34の抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(a)の点線矢印g2,h2と反対方向に磁界が印加された場合に、第3Y軸GMR素子33および第4Y軸GMR素子34の抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
Thereby, the direction of sensitivity of the magnetic field is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, a direction of −45 ° with respect to the negative Y-axis direction (in the directions of dotted arrows g2 and h2 in FIG. 3A). When the magnetic field is applied in the directions of dotted arrows g2 and h2 in FIG. 3A, the first Y-
また、第1Z軸GMR素子41および第2Z軸GMR素子42においては、図3(b)に模式的に示すように、バイアス磁石膜41f,41g,41h(42f,42g,42h)は、各GMRバー41a,41b,41c,41d(42a,42b,42c,42d)の長手方向に平行な方向、即ち、突部(堤部)15の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向がX軸に対して垂直でY軸と平行な方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがY軸正方向に向けて、Z軸正方向から45°傾斜した方向(図3(b)の実線矢印i1(j1)方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In the first Z-
そして、これらの各GMRバー41a,41b,41c,41d(42a,42b,42c,42d)がバイアス磁石膜41f,41g,41h(42f,42g,42h)で直列に接続されている。これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向で、Z軸正方向の成分をもつ、図3(b)の点線矢印i2(j2)方向(紙面の裏から表に向かう方向)になり、図3(b)の点線矢印i2(j2)方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子41および第2Z軸GMR素子42の抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(b)の点線矢印i2(j2)と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子41および第2Z軸GMR素子42の抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
These GMR bars 41a, 41b, 41c, 41d (42a, 42b, 42c, 42d) are connected in series by
一方、第3Z軸GMR素子43および第4Z軸GMR素子44においては、図3(c)に模式的に示すように、バイアス磁石膜43f,43g,43h(44f,44g,44h)は、各GMRバー43a,43b,43c,43d(44a,44b,44c,44d)の長手方向に平行な方向、即ち、突部(堤部)15の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向がX軸に対して垂直でY軸と平行な方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きがY軸正方向に向けて、Z軸負方向から45°傾斜した方向(図3(c)の実線矢印k1(l1)方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third Z-
そして、これらの各GMRバー43a,43b,43c,43d(44a,44b,44c,44d)がバイアス磁石膜43f,43g,43h(44f,44g,44h)で直列に接続されている。これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向で、Z軸負方向の成分をもつ、図3(c)の点線矢印のk2(l2)方向(紙面の表から裏に向かう方向)になり、図3(c)の点線矢印k2(l2)方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子43および第4Z軸GMR素子44の抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図3(c)の点線矢印k2(l2)と反対方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子43および第4Z軸GMR素子44の抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
These GMR bars 43a, 43b, 43c, 43d (44a, 44b, 44c, 44d) are connected in series by
X軸磁気センサは、図4(a)に等価回路を示したように、第1〜第4X軸GMR素子21〜24がフルブリッヂ接続されることにより構成されている。なお、図4(a)において、矢印は各GMR素子21〜24の固着層のピンされた磁化の向きを示している。このような構成において、パッド25およびパッド26は定電圧源29の正極,負極に接続され、電位Vxin+(本例では3V)と電位Vxin-(本例では0(V))が付与される。そして、パッド27とパッド28の電位がそれぞれ電位Vxout+と電位Vxout-として取り出され、その電位差(Vxout+ − Vxout-)がセンサ出力Vxoutとして取り出される。
The X-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth
Y軸磁気センサは、図4(b)に等価回路を示したように、第1〜第4Y軸GMR素子31〜34がフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド35およびパッド36は定電圧源39の正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド37とパッド38の電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
The Y-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Y-
Z軸磁気センサは、図4(c)に等価回路を示したように、第1〜第4Z軸GMR素子41〜44がフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド45およびパッド46は定電圧源49の正極,負極に接続され、電位Vzin+(本例では3V)と電位Vzin-(本例では0(V))が付与され、パッド47とパッド48の電位差がセンサ出力Vzoutとして取り出される。
The Z-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Z-
ついで、上述のような構成となる三軸磁気センサの製造方法について、図5〜図14の断面模式図に基づいて以下に説明する。なお、図5〜図14において、(a)はビア部を示し、(b)はパッド部を示し、(c)はZ軸GMR部を示している。この場合、上述したように、基板11としては、CMOSプロセスにより予めLSIが作り込まれた基板や、予め配線層のみが作り込まれた基板を用いることが望ましい。
Next, a method for manufacturing a triaxial magnetic sensor having the above-described configuration will be described below based on schematic cross-sectional views in FIGS. 5 to 14, (a) shows a via portion, (b) shows a pad portion, and (c) shows a Z-axis GMR portion. In this case, as described above, as the
この三軸磁気センサの製造方法では、図5に示すように、まず、配線層11aが形成された基板(石英基板またはシリコン基板)11の上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜11bをSOG法で塗布またはCMP法により平坦に形成する。この後、図6に示すように、ビア部とパッド部の上の層間絶縁膜11bをエッチングで取り除き、開口部11c,11dを作製する。ついで、図7に示すように、これらの表面にSiO2膜(厚み:1500Å)11eと、Si3N4膜(厚み:5000Å)11fとをプラズマCVDにより成膜する。
In this method of manufacturing a triaxial magnetic sensor, as shown in FIG. 5, first, an interlayer insulating film made of a silicon oxide film or a silicon nitride film on a substrate (quartz substrate or silicon substrate) 11 on which a
ついで、これらの上にレジストを塗布し、ビア部とパッド部に開口を形成するようなパターンにカットする。ついで、図8に示すように、ビア部上およびパッド部上のSi3N4膜11fをエッチングにより除去した後、レジストを除去する。これにより、ビア部上およびパッド部上に開口部11g,11hが形成されるが、SiO2膜11eはエッチングしきらずに残存させるようにする。この場合、開口部11g,11hの開口幅は開口部11c,11dの開口幅よりも小さくなるようにした。これは、開口部11c,11dで層間絶縁膜11bが露出して、水分が配線層やLSIに浸入するのを防止するためである。
Next, a resist is applied on these and cut into a pattern that forms openings in the via part and the pad part. Next, as shown in FIG. 8, after removing the Si 3 N 4 film 11f on the via portion and the pad portion by etching, the resist is removed. Thereby,
この後、図9に示すように、これらの上にSiO2膜(厚み:5μm)11iをプラズマCVDにより成膜する。ついで、これらの上にレジストを塗布してレジスト膜(厚み:5μm)11jを形成する。そして、形成されたレジスト膜(厚み:5μm)11jにビア部とパッド部に開口を形成するためのパターンをカットするとともに、Z軸GMR素子41,42,43,44の配列用の突部(堤部)15を形成するためのパターンをカットする。カット後、150℃の温度で10分間の熱処理を行って、図10に示すように、レジスト11jの角部をテーパー状に形成(テーパ化)する。
Thereafter, as shown in FIG. 9, a SiO 2 film (thickness: 5 μm) 11i is formed thereon by plasma CVD. Next, a resist is applied on these to form a resist film (thickness: 5 μm) 11j. Then, a pattern for forming openings in the via portion and the pad portion is cut in the formed resist film (thickness: 5 μm) 11j, and projections for arranging the Z-
この後、SiO2膜(厚み:5μm)11iとレジスト膜(厚み:5μm)11jとがほぼ同じ比率でエッチングされ、かつエッチング後のSiO2膜11iの最大厚み部で約5000Åの厚みが残るような条件でドライエッチングを行う。このとき、SiO2膜11iのビア部およびパッド部での開口サイズが、Si3N4膜11fのビア部およびパッド部での開口サイズより大きくならないようにする。ドライエッチングを行った後、残存するレジストを除去する。これにより、図11に示すように、GMR部にSiO2膜11iからなる突部(堤部)15が形成されることとなる。 Thereafter, the SiO 2 film (thickness: 5 μm) 11i and the resist film (thickness: 5 μm) 11j are etched at approximately the same ratio, and a thickness of about 5000 mm remains at the maximum thickness portion of the etched SiO 2 film 11i. Dry etching is performed under various conditions. At this time, the opening size in the via portion and the pad portion of the SiO 2 film 11i is set not to be larger than the opening size in the via portion and the pad portion of the Si 3 N 4 film 11f. After dry etching, the remaining resist is removed. As a result, as shown in FIG. 11, a protrusion (bank portion) 15 made of the SiO 2 film 11i is formed in the GMR portion.
ついで、これらの上にレジストを塗布して、このレジストをビア部に開口を形成するためのパターンにカットした後、エッチングを行う。この後、残存するレジストを除去することにより、図12に示すように、ビア部に開口11kを形成して、基板11の最上層の配線層11aを露出させる。ついで、スパッタリング法によって、TiまたはCr(膜厚は300μm)からなる下地膜を形成する。
Next, a resist is applied on these, and the resist is cut into a pattern for forming an opening in the via portion, and then etched. Thereafter, the remaining resist is removed, thereby forming an
ついで、CoCrPt等の材質からなる硬質強磁性体で高保磁力を有するバイアス磁石膜11m(後に、例えば、図2(a)に示す21e,21f,21g,21h,21i等になる)をスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などによって、下地膜の表面上に形成する。これらの上にレジストを塗布して、このレジストをバイアス磁石膜のパターンにカットした後、バイアス磁石膜11mと下地膜のエッチングを行う。エッチングの前に、突部(堤部)15の斜面部でのエッチングを適切に行うために、熱処理を行ってレジストをリフローし、レジスト端部の角を丸めるのが望ましい。この後、残存するレジストを除去する。ついで、スパッタリング法によって、GMR素子をなすGMR多層膜11n(後に、21〜24,31〜34,41〜44等になる)をこれらの表面上に形成する。
Next, a bias magnet film 11m (later, for example, 21e, 21f, 21g, 21h, and 21i shown in FIG. 2A) is formed by sputtering using a hard ferromagnetic material made of a material such as CoCrPt and having a high coercive force. It is formed on the surface of the base film by a vacuum deposition method, an ion plating method or the like. After applying a resist on these and cutting this resist into a bias magnet film pattern, the bias magnet film 11m and the underlying film are etched. Before the etching, in order to appropriately perform the etching on the slope portion of the protrusion (bank portion) 15, it is desirable to perform a heat treatment to reflow the resist and round the corners of the resist end. Thereafter, the remaining resist is removed. Next, a
なお、GMR多層膜11nは、図2(c)に示したように、基板11の上に順に積層されたフリー層(自由層、自由磁化層)F、膜厚が2.4nm(24Å)のCuからなる導電性のスペーサ層S、ピン層(固着層、固定磁化層)P、及び膜厚が2.5nm(25Å)のチタン(Ti)又はタンタル(Ta)からなるキャッピング層Cからなっている。そして、フリー層Fは、基板11の直上に形成された膜厚が8nm(80Å)のCoZrNbアモルファス磁性層21b−1と、膜厚が3.3nm(33Å)のNiFe磁性層21b−2と、1〜3nm(10〜30Å)程度の膜厚のCoFe層21b−3とからなっている。CoZrNbアモルファス磁性層21b−1とNiFe磁性層21b−2は軟質強磁性体薄膜層を構成している。一方、ピン層Pは、膜厚が2.2nm(22Å)のCoFe磁性層21b−5と、膜厚が24nm(240Å)の反強磁性膜21b−6とを重ね合わせたものである。
As shown in FIG. 2C, the
ついで、得られた積層体の上に永久磁石アレーを近接させて規則化熱処理(ピニング処理)を行い、ピンド層Pの磁化の向きを固定させる。この場合、規則化熱処理(ピニング処理)は、図15に模式的に示すように、隣接する永久棒磁石片の上端(下端)の極性が互いに異なるように格子状に配列された永久棒磁石アレー(マグネットアレー)を、基板11の中心部から左側の領域の中心部の上にN極が配置され、基板11の中心部から右側の領域の中心部の上にS極が配置されるように配置して行う。
Next, a regular magnetizing heat treatment (pinning treatment) is performed by bringing a permanent magnet array close to the obtained laminate, and the magnetization direction of the pinned layer P is fixed. In this case, as shown schematically in FIG. 15, the regularized heat treatment (pinning process) is a permanent bar magnet array arranged in a grid so that the polarities of the upper ends (lower ends) of adjacent permanent bar magnet pieces are different from each other. The (magnet array) is arranged such that the N pole is disposed on the center of the left region from the center of the
なお、図15(図15は永久磁石片を6個だけ配置した状態を示している)から明らかなように、基板11の中心部から左側の領域の中心部の上に配置された永久棒磁石片の下面では、1つのN極からこのN極に最短距離で隣接するS極に向かう90°ずつ方向が異なる磁界が形成される。一方、基板11の中心部から右側の領域の中心部の上に配置された永久棒磁石片の下面では、1つのS極からこのS極に最短距離で隣接するN極に向かう90°ずつ方向が異なる磁界が形成される。かかる磁界を利用して固着層P(固着層Pのピンド層)の磁化の向きを固定する熱処理を行う。即ち、図15に示した状態で、基板11および永久棒磁石アレー(マグネットアレー)を固定し、真空中でこれらを60℃〜290℃に加熱し、その状態で4時間ほど放置する。PtMnまたはNiMnの場合は、この磁場中熱処理により、規則化(ピニング)される。IrMn,MnRh,FeMn等を用いる場合には、最適な磁界、温度、時間等の調整をすればよい。
As is clear from FIG. 15 (FIG. 15 shows a state in which only six permanent magnet pieces are disposed), the permanent bar magnet disposed on the central portion of the left region from the central portion of the
これにより、図3に示したように、第1X軸GMR素子21および第2X軸GMR素子22においては、図3(a)のa1,b1方向にピンド層の磁化の向きが固定され、第3X軸GMR素子23および第4X軸GMR素子24においては、図3(a)のc1,d1方向にピンド層の磁化の向きが固定されることとなる。また、第1Y軸GMR素子31および第2Y軸GMR素子32においては、図3(a)のe1,f1方向にピンド層の磁化の向きが固定され、第3Y軸GMR素子33および第4Y軸GMR素子34においては、図3(a)のg1,h1方向にピンド層の磁化の向きが固定されることとなる。さらに、第1Z軸GMR素子41および第2Z軸GMR素子42においては突部(堤部)15の斜面内でZ軸正方向にX軸から45°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定され、第3Z軸GMR素子43および第4Z軸GMR素子44においては突部(堤部)15の斜面内でZ軸負方向にX軸から45°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されることとなる。
As a result, as shown in FIG. 3, in the first
その後、GMR多層膜11nの表面上に、任意の厚さ、例えば平坦部で2μmの厚みとなるようにレジストを塗布し、このレジストの表面にマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なレジストを取り除き、後に得られるGMR多層膜11nと同じパターンを有するレジスト膜を形成する。その際、突部(堤部)15でのエッチングを適切に行うために、レジストはテーパー化する。この後、レジスト膜で保護されていない部分のGMR多層膜11nを、イオンミリングにより除去し、GMR多層膜11nを所定の形状(例えば、複数の狭幅の帯状体の形状)に形成する。その際、ビア部はGMR多層膜11nとバイアス磁石膜11mの双方が残るようにする。これはビア部の縁での断線を予防するためである。
Thereafter, a resist is applied on the surface of the
次に、レジスト膜を除去し、これらの上に膜厚が10000ÅのSi3N4膜11oをプラズマCVDで成膜した後、これらの上にポリイミド膜11pを成膜して、保護膜を形成した。ついで、パッド部上のポリイミド膜11pをマスクとして、パッド部上のSi3N4膜11oをエッチングにより除去してパッド部を開口して、各パッドを形成するとともに、これらを接続する配線を形成し、最後に基板11を切断する。以上により、図1に示した実施例1の三軸磁気センサ10が作製される。
Next, the resist film is removed, and a Si 3 N 4 film 11o having a thickness of 10,000 mm is formed thereon by plasma CVD, and then a
〈変形例〉
上述した実施例1の三軸磁気センサにおいては、各GMR素子の配置関係に種々の変形を加えて変形例とすることが可能である。以下に、実施例1の三軸磁気センサの代表的な変形例について、図16に基づいて簡単に説明することとする。なお、これらの実施例1の各GMR素子の配置関係、あるいは以下の変形例の各GMR素子の配置関係のいずれを採用するかは、基板に形成されているLSI回路等により適宜選択して採用するようにすればよい。
<Modification>
The three-axis magnetic sensor of the first embodiment described above can be modified by adding various modifications to the arrangement relationship of the GMR elements. Hereinafter, a typical modification of the three-axis magnetic sensor according to the first embodiment will be briefly described with reference to FIG. It should be noted that which of the arrangement relationships of the GMR elements of the first embodiment or the arrangement relations of the GMR elements of the following modifications is appropriately selected depending on the LSI circuit or the like formed on the substrate. You just have to do it.
〈第1変形例〉
図16(a)は第1変形例の三軸磁気センサ50aを模式的に示す概略構成図であり、この第1変形例においては、Z軸GMR素子の配置関係に変形を加えている。即ち、図16(a)に示すように、第1Z軸GMR素子51iを基板51のY軸中央部からY軸の上側端部までの略中間部で、X軸中央部からX軸の右側端部までの略中間部左方に配置し、その右方に第2Z軸GMR素子51jを配置するようにしている。また、第3Z軸GMR素子51kを基板51のY軸中央部からY軸の下側端部までの略中間部で、X軸中央部からX軸の左側端部までの略中間部左方に配置し、その右方に第4Z軸GMR素子51lを配置するようにしている。この場合、X軸GMR素子51a〜51dおよびY軸GMR素子51e〜51hは、上述した実施例1のX軸GMR素子21〜24およびY軸GMR素子31〜34と同じである。
<First Modification>
FIG. 16A is a schematic configuration diagram schematically showing the three-axis
〈第2変形例〉
図16(b)は第2変形例の三軸磁気センサ50bを模式的に示す概略構成図であり、この第2変形例においては、Y軸GMR素子の配置関係に変形を加えている。即ち、図16(b)に示すように、第1Y軸GMR素子52eを基板52のY軸の上側端部近傍で、X軸中央部からX軸の右側端部までの略中間部右方に配置し、その左方に第2Y軸GMR素子52fを配置するようにしている。また、第3Y軸GMR素子52gを基板52のY軸の下側端部近傍で、X軸中央部からX軸の右側端部までの略中間部右方に配置し、その左方に第4Y軸GMR素子52hを配置するようにしている。この場合、X軸GMR素子52a〜52dおよびZ軸GMR素子52i〜52lは、上述した実施例1のX軸GMR素子21〜24およびZ軸GMR素子41〜44と同じである。
<Second modification>
FIG. 16B is a schematic configuration diagram schematically showing a three-axis
〈第3変形例〉
図16(c)は第3変形例の三軸磁気センサ50cを模式的に示す概略構成図であり、この第3変形例においては、X軸GMR素子の配置関係に変形を加えている。即ち、図16(c)に示すように、第1X軸GMR素子53aを基板53のX軸の右側端部近傍で、Y軸中央部上方に配置し、その下方に第2X軸GMR素子53bを配置するようにしている。また、第3X軸GMR素子53cを基板53のX軸中央部で、Y軸中央部上方に配置し、その下方に第4X軸GMR素子53dを配置するようにしている。この場合、Y軸GMR素子53e〜53hおよびZ軸GMR素子53i〜53lは、上述した実施例1のY軸GMR素子31〜34およびZ軸GMR素子41〜44と同じである。
<Third Modification>
FIG. 16C is a schematic configuration diagram schematically showing the three-axis
〈第4変形例〉
図16(d)は第4変形例の三軸磁気センサ50dを模式的に示す概略構成図であり、この第4変形例においては、Y軸GMR素子およびZ軸GMR素子の配置関係に変形を加えている。即ち、図16(d)に示すように、第1Y軸GMR素子54eを基板54のY軸の上側端部近傍で、X軸中央部からX軸の左側端部までの略中間部右方に配置し、その左方に第2Y軸GMR素子54fを配置するようにしている。また、第3Y軸GMR素子54gを基板54のY軸の上側端部近傍で、X軸中央部からX軸の右側端部までの略中間部右方に配置し、その左方に第4Y軸GMR素子54hを配置するようにしている。さらに、第1Z軸GMR素子54iを基板54のY軸中央部からY軸の上側端部までの略中間部で、X軸中央部からX軸の右側端部までの略中間部左方に配置し、その右方に第2Z軸GMR素子54jを配置するようにしている。また、第3Z軸GMR素子54kを基板54のY軸中央部からY軸の下側端部までの略中間部で、X軸中央部からX軸の左側端部までの略中間部左方に配置し、その右方に第4Z軸GMR素子54lを配置するようにしている。この場合、X軸GMR素子54a〜54dは、上述した実施例1のX軸GMR素子21〜24と同じである。
<Fourth modification>
FIG. 16D is a schematic configuration diagram schematically showing a three-axis
2.実施例2
ついで、実施例2の三軸磁気センサを図17〜図20に基づいて以下に説明する。なお、図17は、実施例2の三軸磁気センサを示す概略構成図であり、図17(a)は平面図、図17(b)は図17(a)のA−A断面を示す断面図である。図18は、図17の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図18(a)は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図18(b)は、図18(a)のA部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図18(c)は、図18(a)のB部を拡大して模式的に示す斜視図である。
2. Example 2
Next, the triaxial magnetic sensor of Example 2 will be described below with reference to FIGS. FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing the three-axis magnetic sensor of Example 2, FIG. 17 (a) is a plan view, and FIG. 17 (b) is a cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. 17 (a). FIG. 18 is a diagram schematically showing the pinning direction and sensitivity direction of the triaxial magnetic sensor of FIG. 17, and FIG. 18 (a) is a plan view schematically showing the entire plane, and FIG. 18 (b). FIG. 18 is a perspective view schematically showing an enlarged portion A of FIG. 18A, and FIG. 18C is a perspective view schematically showing an enlarged portion B of FIG. .
図19は、ブリッジ結線を示すブロック図であり、図19(a)はX軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図19(b)はY軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図19(c)はZ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。図20は、規則化熱処理(ピニング処理)の状態を模式的に示す図であり、図20(a)は平面図であり、図20(b)は、図20(a)のA−A断面を示す断面図であり、図20(c)は、図20(a)のB−B断面を示す断面図である。 FIG. 19 is a block diagram showing the bridge connection, FIG. 19 (a) is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 19 (b) is a block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 19C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. FIG. 20 is a diagram schematically showing a state of ordered heat treatment (pinning treatment), FIG. 20 (a) is a plan view, and FIG. 20 (b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 20 (a). FIG. 20C is a cross-sectional view showing the BB cross section of FIG.
実施例2の三軸磁気センサ60は、図17に示すように、平面視で互いに直交するX軸、及びY軸に沿った辺を有する長方形状(ここでは、短辺(縦)と長辺(横)の比率(アスペクト比)が1:1.5で、X軸に沿った辺が長辺で、Y軸に沿った辺が短辺となるようになされている)であって、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に小さな厚みを有する石英やシリコンからなる基板61を備えている。なお、このような基板61を用いることにより、実施例1の三軸磁気センサよりも小型化を達成することが可能となる。
As shown in FIG. 17, the triaxial
そして、この基板61の上に、それぞれ4個ずつのX軸GMR素子61a〜61d、Y軸GMR素子61e〜61h、Z軸GMR素子61i〜61lからなる合計で12個のGMR素子と、合計で12個のパッド(図示せず)及び各パッドと各素子とを接続する接続線(図示せず)とが作り込まれている。なお、基板61内には、上述した実施例1の基板11と同様に、LSIや配線層が作り込まれており、LSIが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。
On the
ここで、X軸GMR素子は第1X軸GMR素子61aと、第2X軸GMR素子61bと、第3X軸GMR素子61cと、第4X軸GMR素子61dとにより構成されている。そして、基板61のX軸の左側端部から右側端部に向かう略2/3部でY軸中央部上方に第1X軸GMR素子61aが配置され、その下方に第2X軸GMR素子61bが配置されている。また、基板61のX軸の左側端部近傍でY軸中央部上方に第3X軸GMR素子61cが配置され、その下方に第4X軸GMR素子61dが配置されている。
Here, the X-axis GMR element includes a first
また、Y軸GMR素子は第1Y軸GMR素子61eと、第2Y軸GMR素子61fと、第3Y軸GMR素子61gと、第4Y軸GMR素子61hとにより構成されている。そして、基板61のY軸の上側端部近傍で、X軸の左側端部から右側端部に向かう略1/3部右方に第1Y軸GMR素子61eが配置され、その左方に第2Y軸GMR素子61fが配置されている。また、基板61のY軸の下側端部近傍で、X軸の左側端部から右側端部に向かう略1/3部右方に第3Y軸GMR素子61gが配置され、その左方に第4Y軸GMR素子61hが配置されている。
The Y-axis GMR element includes a first Y-
さらに、Z軸GMR素子は第1Z軸GMR素子61iと、第2Z軸GMR素子61jと、第3Z軸GMR素子61kと、第4Z軸GMR素子61lとにより構成されている。そして、基板61のX軸の左側端部から右側端部に向かう略2/3部と右側端部との中間部で、Y軸中央部上方に第1Z軸GMR素子61iが配置され、その下方に第2Z軸GMR素子61jが配置されている。また、基板61のX軸の左側端部から右側端部に向かう略1/3部と2/3部との中間部で、Y軸中央部上方に第3Z軸GMR素子61kが配置され、その下方に第4Z軸GMR素子61lが配置されている。
Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-
各GMR素子61a〜61d、61e〜61hおよび61i〜61lは、それぞれ互いに平行で帯状に隣接配置された4個のGMRバーを備えており、これらの4個のGMRバーがマグネット膜(バイアス磁石膜)により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜が接続されて形成されている。
この場合、X軸GMR素子61a〜61dの各GMRバーは、基板61の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸に対して45°の角度になるように配列されている。また、Y軸GMR素子61e〜61hの各GMRバーは、基板61の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸GMR素子61a〜61dの各GMRバーと直交するように配列されている。
Each of the
In this case, each GMR bar of the
さらに、Z軸GMR素子61i〜61lの各GMRバーは、図17(b)および図18(b)(c)に示すように、基板61の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部(堤部)65の各斜面上に、1つの斜面(傾斜角度が略45°に形成されている)に1つのGMRバー(61i−1,61i−2,61i−3,61i−4(61j−1,61j−2,61j−3,61j−4)、あるいは61k−1,61k−2,61k−3,61k−4(61l−1,61l−2,61l−3,61l−4))が形成されるように配置され、その長手方向がX軸に対して平行でY軸と垂直な方向になるように配列されている。
Further, each of the GMR bars of the Z-
本実施例2の三軸磁気センサ60においては、基板61は実施例1の基板11の2/3の大きさである点と、Z軸GMR素子61i〜61lの配置位置が異なる点で、実施例1の三軸磁気センサ10と相違するが、その他は実施例1の三軸磁気センサ10と同様な構成となる。
In the triaxial
この場合、X軸GMR素子61a,61bにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸正方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸正方向(図18(a)の実線矢印a1,b1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。また、第3X軸GMR素子61cおよび第4X軸GMR素子61dにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸負方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸負方向(図18(a)の実線矢印c1,d1方向で、第1X軸GMR素子61aおよび第2X軸GMR素子61bの磁化の向きと180°反対の方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In this case, in the
したがって、第1X軸GMR素子61aおよび第2X軸GMR素子61bにおいては、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸正方向に対して−45°の方向(図18(a)の点線矢印a2,b2方向)になる。一方、第3X軸GMR素子61cおよび第4X軸GMR素子61dにおいては、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸負方向に対して−45°の方向(図18(a)の点線矢印c2,d2方向で、第1X軸GMR素子61aおよび第2X軸GMR素子61bの感度方向と180°反対の方向)になる。
Therefore, in the first
また、第1Y軸GMR素子61eおよび第2Y軸GMR素子61fにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(Y軸正方向に対して45°の方向、即ち、X軸GMR素子61a〜61bのバイアス磁界が反時計方向に90°回転した方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、Y軸正方向(図18(a)の実線矢印e1,f1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。一方、第3Y軸GMR素子61gおよび第4Y軸GMR素子61hにおいては、バイアス磁石膜は、第1Y軸GMR素子61eおよび第2Y軸GMR素子61fと180°反対方向で、各GMRバーの長手方向に平行な方向(Y軸負方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、Y軸負方向(図18(a)の実線矢印g1,h1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In the first Y-
したがって、磁界の感度方向は、第1Y軸GMR素子61eおよび第2Y軸GMR素子61fにおいては、各GMRバーの長手方向に垂直な方向、即ち、Y軸正方向に対して−45°の方向(図18(a)の点線矢印e2,f2方向)になる。一方、第3Y軸GMR素子61gおよび第4Y軸GMR素子61hにおいては、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Y軸負方向に対して−45°の方向(図18(a)の点線矢印g2,h2方向で、第1Y軸GMR素子61eおよび第2Y軸GMR素子61fの磁化の向きと180°反対の方向)になる。
Therefore, in the first Y-
また、第1Z軸GMR素子61iおよび第2Z軸GMR素子61jにおいては、図18(b)に模式的に示すように、バイアス磁石膜61i−5,61i−6,61i−7(61j−5,61j−6,61j−7)は、各GMRバー61i−1,61i−2,61i−3,61i−4(61j−1,61j−2,61j−3,61j−4)の長手方向に平行な方向、即ち、突部(堤部)65の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向がX軸に対して平行でY軸と垂直な方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが突部(堤部)65の各斜面内でX軸正方向に向けてZ軸正方向から45°傾斜した方向(図18(b)の実線矢印i1(j1)方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In the first Z-
そして、これらの各GMRバー61i−1,61i−2,61i−3,61i−4(61j−1,61j−2,61j−3,61j−4)がバイアス磁石膜61i−5,61i−6,61i−7(61j−5,61j−6,61j−7)で直列に接続されている。これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向で、Z軸正方向の成分を持つ、図18(b)の点線矢印i2(j2)方向(紙面の裏から表に向かう方向)になり、図18(b)の点線矢印i2(j2)方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子61iおよび第2Z軸GMR素子61jの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図18(b)の点線矢印i2(j2)と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子61iおよび第2Z軸GMR素子61jの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
The GMR bars 61i-1, 61i-2, 61i-3, 61i-4 (61j-1, 61j-2, 61j-3, 61j-4) are
一方、第3Z軸GMR素子61kおよび第4Z軸GMR素子61lにおいては、図18(c)に模式的に示すように、バイアス磁石膜61k−5,61k−6,61k−7(61l−5,61l−6,61l−7)は、各GMRバー61k−1,61k−2,61k−3,61k−4(61l−1,61l−2,61l−3,61l−4)の長手方向に平行な方向、即ち、突部(堤部)65の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向がX軸に対して平行でY軸と垂直な方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが突部(堤部)65の各斜面内でX軸正方向に向けてZ軸負方向から45°傾斜した方向(図18(c)の実線矢印k1(l1)方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
On the other hand, in the third Z-
そして、これらの各GMRバー61k−1,61k−2,61k−3,61k−4(61l−1,61l−2,61l−3,61l−4)がバイアス磁石膜61k−5,61k−6,61k−7(61l−5,61l−6,61l−7)で直列に接続されている。これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向で、Z軸負方向の成分を持つ、図18(c)の点線矢印のk2(l2)方向(紙面の表から裏に向かう方向)になり、図18(c)の点線矢印k2(l2)方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子61kおよび第4Z軸GMR素子61lの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図18(c)の点線矢印k2(l2)と反対方向に磁界が印加された場合に、第3Z軸GMR素子61kおよび第4Z軸GMR素子61lの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
These GMR bars 61k-1, 61k-2, 61k-3, 61k-4 (61l-1, 61l-2, 61l-3, 61l-4) are
X軸磁気センサは、図19(a)に等価回路を示したように、第1〜第4X軸GMR素子61a〜61dがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。なお、図19(a)において、矢印は各GMR素子61a〜61dの固着層のピンされた磁化の向きを示している。このような構成において、パッド62aおよびパッド62bは定電圧源62eの正極,負極に接続され、電位Vxin+(本例では3V)と電位Vxin-(本例では0(V))が付与される。そして、パッド62cとパッド62dの電位がそれぞれ電位Vxout+と電位Vxout-として取り出され、その電位差(Vxout+ − Vxout-)がセンサ出力Vxoutとして取り出される。
The X-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of first to fourth
Y軸磁気センサは、図19(b)に等価回路を示したように、第1〜第4Y軸GMR素子61e〜61hがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド63aおよびパッド63bは定電圧源63eの正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド63cとパッド63dの電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
The Y-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Y-
Z軸磁気センサは、図19(c)に等価回路を示したように、第1〜第4Z軸GMR素子61i〜61lがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド64aおよびパッド64bは定電圧源64eの正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド64cとパッド64dの電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
The Z-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Z-
なお、本実施例2の三軸磁気センサ60を製造するに際して、上述した実施例1の三軸磁気センサ10の製造方法とほぼ同様であるので、その製造方法についての説明は省略する。ただし、規則化熱処理(ピニング処理)については、以下で簡単に説明する。
In addition, since it is substantially the same as the manufacturing method of the triaxial
本実施例2の三軸磁気センサ60を製造する際の規則化熱処理(ピニング処理)においては、図20に模式的に示すように、隣接する永久棒磁石片の上端(下端)の極性が互いに異なるように格子状に配列された永久棒磁石アレー(マグネットアレー)を用意する。これを用いて、基板61の長辺を図面上基板左端を基準に1/3で分割する線と、基板61の短辺を1/2で分割する線が交差する点を中心にN極が配置され、このN極を中心にして、上下、左右にそれぞれ対称の位置にS極を配置する。上下のS極、および左右のうち一方のS極は基板61の外部に配置されるが、左右のうち一方のS極は、その中心が基板61の短辺上に配置される。これにより、図18に示したように、第1X軸GMR素子61aおよび第2X軸GMR素子61bにおいてはX軸正方向の磁界が加わり、第3X軸GMR素子61cおよび第4X軸GMR素子61dにおいてはX軸負方向の磁界が加わることとなる。
In the regularized heat treatment (pinning process) in manufacturing the triaxial
また、第1Y軸GMR素子61eおよび第2Y軸GMR素子61fにおいてはY軸正方向の磁界が加わり、第3Y軸GMR素子61gおよび第4Y軸GMR素子61hにおいてはY軸負方向の磁界が加わることとなる。さらに、第1Z軸GMR素子61iおよび第2Z軸GMR素子61jにおいては突部(堤部)65の斜面内でX軸正方向からZ軸正方向に45°傾いた方向の磁界が加わり、第4Z軸GMR素子61kおよび第4Z軸GMR素子61lにおいては突部(堤部)65の斜面内でX軸正方向からZ軸負方向に45°傾いた方向の磁界が加わることとなる。
なお、図20(a),(b),(c)では、S極が基板61の右側短辺上となる一例を示したが、右に隣接する基板では、S極は基板の左側短辺上に配置される。この基板(チップ)は180度回転させれば、図20(a),(b),(c)で得られたものと同一となる。また、上下に隣接する基板では、N極が基板の右側短辺上となる。この基板(チップ)は磁界が逆となるので、図20(a),(b),(c)で説明したチップと出力の符号は逆になる。
In addition, a magnetic field in the Y-axis positive direction is applied to the first Y-
20A, 20B, and 20C show an example in which the S pole is on the right short side of the
3.実施例3
ついで、実施例3の三軸磁気センサを図21〜図24に基づいて以下に説明する。なお、図21は、実施例3の三軸磁気センサを示す概略構成図であり、図21(a)は平面図、図21(b)は図21(a)のA−A断面を示す断面図である。図22は、図21の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図22(a)は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図22(b)は、図22(a)のA部を拡大して模式的に示す斜視図でありる。図23は、ブリッジ結線を示すブロック図であり、図23(a)はX軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図23(b)はY軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図23(c)はZ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。図24は、規則化熱処理(ピニング処理)の状態を模式的に示す図であり、図24(a)は平面図であり、図24(b)は、図24(a)のA−A断面を示す断面図である。
3. Example 3
Next, the triaxial magnetic sensor of Example 3 will be described below with reference to FIGS. FIG. 21 is a schematic configuration diagram illustrating the three-axis magnetic sensor according to the third embodiment. FIG. 21A is a plan view, and FIG. 21B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 22 is a diagram schematically showing the pinning direction and sensitivity direction of the three-axis magnetic sensor of FIG. 21, and FIG. 22 (a) is a plan view schematically showing the entire plane, and FIG. 22 (b). FIG. 22 is a perspective view schematically showing an enlarged A part of FIG. 22 (a). FIG. 23 is a block diagram showing the bridge connection, FIG. 23 (a) is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 23 (b) is a block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 23C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. FIG. 24 is a diagram schematically showing a state of ordered heat treatment (pinning treatment), FIG. 24 (a) is a plan view, and FIG. 24 (b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 24 (a). FIG.
本実施例3の三軸磁気センサ70は、図21に示すように、平面視で互いに直交するX軸、及びY軸に沿った辺を有する正方形状(即ち、上述した実施例1の基板11の半分の大きさ)であって、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に小さな厚みを有する石英基板やシリコン基板からなる基板71を備えている。なお、このような基板71を用いることにより、実施例1の三軸磁気センサ、実施例2の三軸磁気センサよりもさらに小型化を達成することが可能となる。
As shown in FIG. 21, the triaxial
そして、この基板71の上に形成されたそれぞれ4個ずつのX軸GMR素子71a〜71dおよびY軸GMR素子71e〜71hと、2個のZ軸GMR素子71i〜71jからなる合計で10個のGMR素子と、2個の非磁性抵抗体71k〜71lと、この基板71の上に形成された合計で12個のパッド(図示せず)と、各パッドと各素子とを接続する接続線(図示せず)とが作り込まれている。なお、基板71内には、上述した実施例1の基板11と同様に、LSIや配線層が作り込まれており、LSIが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。
A total of ten
ここで、X軸GMR素子は第1X軸GMR素子71aと、第2X軸GMR素子71bと、第3X軸GMR素子71cと、第4X軸GMR素子71dとにより構成されている。そして、X軸の右側端部近傍で、Y軸中央部上方に第1X軸GMR素子71aが配置され、その下方に第2X軸GMR素子71bが配置されている。また、X軸の左側端部近傍で、Y軸中央部上方に第3X軸GMR素子71cが配置され、その下方に第4X軸GMR素子71dが配置されている。
Here, the X-axis GMR element includes a first
また、Y軸GMR素子は第1Y軸GMR素子71eと、第2Y軸GMR素子71fと、第3Y軸GMR素子71gと、第4Y軸GMR素子71hとにより構成されている。そして、Y軸の上側端部近傍でX軸中央部右方に第1Y軸GMR素子71eが配置され、その左方に第2Y軸GMR素子71fが配置されている。また、Y軸の下側端部近傍でX軸中央部右方に第3Y軸GMR素子71gが配置され、その左方に第4Y軸GMR素子71hが配置されている。
The Y-axis GMR element includes a first Y-
さらに、Z軸GMR素子は第1Z軸GMR素子71iと、第2Z軸GMR素子71jとからなるとともに、これらとブリッジ接続するための第1非磁性抵抗体71kと、第2非磁性抵抗体71lとにより構成されている。そして、Y軸中央部からY軸の上側端部までの中間部で、X軸中央部左方に第1Z軸GMR素子71iが配置され、その右方に第2Z軸GMR素子71jが配置されている。また、Y軸中央部からY軸の下側端部までの中間部で、X軸中央部左方に第1非磁性抵抗体71kが配置され、その右方に第2非磁性抵抗体71lが配置されている。
Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-
各GMR素子71a〜71d、71e〜71hおよび71i,71jは、それぞれ互いに平行で帯状に隣接配置された4個のGMRバーを備えており、これらの4個のGMRバーがマグネット膜(バイアス磁石膜)により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜が接続されて形成されている。
この場合、X軸GMR素子71a〜71dの各GMRバーは、基板71の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸に対して45°の角度になるように配列されている。また、Y軸GMR素子71e〜71hの各GMRバーは、基板71の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸GMR素子71a〜71dの各GMRバーと交差するように(この場合は、直交するように)配列されている。
Each of the
In this case, each GMR bar of the
さらに、Z軸GMR素子71i,71jの各GMRバーは、図21(b)および図22(b)に示すように、基板71の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部(堤部)75の各斜面上に、1つの斜面(傾斜角度が略45°に形成されている)に1つのGMRバー71i−1,71i−2,71i−3,71i−4(71j−1,71j−2,71j−3,71j−4)が形成されるように配置され、その長手方向がX軸に対して垂直でY軸と平行な方向になるように配列されている。また、非磁性抵抗体71k〜71lは、基板71の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がX軸に対して垂直で、Y軸と平行な方向になるように配列されている。
Further, each GMR bar of the Z-
本実施例3の三軸磁気センサ70においては、基板71は正方形状で上述した実施例1の基板11の半分の大きさである点と、2個のZ軸GMR素子71i〜71jと、2個の非磁性抵抗体71k〜71lを備えている点で、上述した実施例1の三軸磁気センサ10と相違するが、その他は上述した実施例1の三軸磁気センサ10と同様な構成となる。
In the three-axis
この場合、X軸GMR素子71a,71bにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸正方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸正方向(図17(a)の実線矢印a1,b1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。また、第3X軸GMR素子71cおよび第4X軸GMR素子71dにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(X軸負方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、X軸負方向(図17(a)の実線矢印c1,d1方向で、第1X軸GMR素子71aおよび第2X軸GMR素子71bの磁化の向きと180°反対の方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
In this case, in the
したがって、第1X軸GMR素子71aおよび第2X軸GMR素子71bにおいては、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸正方向に対して−45°の方向(図22(a)の点線矢印a2,b2方向)になる。一方、第3X軸GMR素子71cおよび第4X軸GMR素子71dにおいては、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、X軸負方向に対して−45°の方向(図22(a)の点線矢印c2,d2方向で、第1X軸GMR素子71aおよび第2X軸GMR素子71bの感度方向と180°反対の方向)になる。
Therefore, in the first
また、第1Y軸GMR素子71eおよび第2Y軸GMR素子71fにおいては、バイアス磁石膜は、各GMRバーの長手方向に平行な方向(Y軸正方向に対して45°の方向、即ち、X軸GMR素子71a〜71bのバイアス磁界が反時計方向に90°回転した方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、Y軸正方向(図22(a)の実線矢印e1,f1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。一方、第3Y軸GMR素子71gおよび第4Y軸GMR素子71hにおいては、バイアス磁石膜は、第1Y軸GMR素子71eおよび第2Y軸GMR素子71fと180°反対方向で、各GMRバーの長手方向に平行な方向(Y軸負方向に対して45°の方向)にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが、Y軸負方向(図22(a)の実線矢印g1,h1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
Further, in the first Y-
したがって、磁界の感度方向は、第1Y軸GMR素子71eおよび第2Y軸GMR素子71fにおいては、各GMRバーの長手方向に垂直な方向、即ち、Y軸正方向に対して−45°の方向(図22(a)の点線矢印e2,f2方向)になる。一方、第3Y軸GMR素子71gおよび第4Y軸GMR素子71hにおいては、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Y軸負方向に対して−45°の方向(図22(a)の点線矢印g2,h2方向で、第1Y軸GMR素子71eおよび第2Y軸GMR素子71fの磁化の向きと180°反対の方向)になる。
Therefore, in the first Y-
さらに、第1Z軸GMR素子71iおよび第2Z軸GMR素子71jにおいては、図22(b)に模式的に示すように、バイアス磁石膜71i−5,71i−6,71i−7(71j−5,71j−6,71j−7)は、各GMRバー71i−1,71i−2,71i−3,71i−4(71j−1,71j−2,71j−3,71j−4)の長手方向に平行な方向、即ち、突部(堤部)75の各斜面(傾斜角度は略45°)の平面上で、その長手方向がX軸に対して垂直でY軸と平行な方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化(磁化ベクトル)の向きが突部(堤部)75の各斜面内でY軸正方向に対し、Z軸負方向から45°傾斜した方向(図22(b)の実線矢印i1方向)にピン(固着)されるようにピンド層が形成されている。
Further, in the first Z-
そして、これらの各GMRバー71i−1,71i−2,71i−3,71i−4(71j−1,71j−2,71j−3,71j−4)がバイアス磁石膜71i−5,71i−6,71i−7(71j−5,71j−6,71j−7)で直列に接続されている。これにより、磁界の感度方向は、各GMRバーの長手方向に対して垂直な方向で、Z軸負方向、即ち、図22(b)の点線矢印i2方向(紙面の裏から表に向かう方向)になり、図22(b)の点線矢印i2方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子71iおよび第2Z軸GMR素子71jの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図22(b)の点線矢印i2と反対方向に磁界が印加された場合に、第1Z軸GMR素子71iおよび第2Z軸GMR素子71jの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
These GMR bars 71i-1, 71i-2, 71i-3, 71i-4 (71j-1, 71j-2, 71j-3, 71j-4) are
一方、第1非磁性抵抗体71kおよび第2非磁性抵抗体71lにおいては、ポリシリコンなどの非磁性体により形成されている。なお、本実施例3においては、Y軸正方向略1/4部でX軸略中央部左方に第1非磁性抵抗体71kを配置し、その右方に第2非磁性抵抗体71lを配置するようにしているが、第1非磁性抵抗体71kおよび第2非磁性抵抗体71lは基板71上のどこに配置するようにしてもよい。
On the other hand, the first
X軸磁気センサは、図23(a)に等価回路を示したように、第1〜第4X軸GMR素子71a〜71dがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。なお、図23(a)において、矢印は各GMR素子71a〜71dの固着層のピンされた磁化の向きを示している。このような構成において、パッド72aおよびパッド72bは定電圧源72eの正極,負極に接続され、電位Vxin+(本例では3V)と電位Vxin-(本例では0(V))が付与される。そして、パッド72cとパッド72dの電位がそれぞれ電位Vxout+と電位Vxout-として取り出され、その電位差(Vxout+ − Vxout-)がセンサ出力Vxoutとして取り出される。
As shown in an equivalent circuit in FIG. 23A, the X-axis magnetic sensor is configured by first to fourth
Y軸磁気センサは、図23(b)に等価回路を示したように、第1〜第4Y軸GMR素子71e〜71hがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド73aおよびパッド73bは定電圧源73eの正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド73cとパッド73dの電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
The Y-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Y-
Z軸磁気センサは、図23(c)に等価回路を示したように、第1Z軸GMR素子71iと第2Z軸GMR素子71jおよび第1非磁性抵抗体71kと第2非磁性抵抗体71lがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド74aおよびパッド74bは定電圧源74eの正極,負極に接続され、電位Vyin+(本例では3V)と電位Vyin-(本例では0(V))が付与され、パッド74cとパッド74dの電位差がセンサ出力Vyoutとして取り出される。
As shown in the equivalent circuit of FIG. 23C, the Z-axis magnetic sensor includes a first Z-
なお、本実施例3の三軸磁気センサ70を製造するに際して、第1非磁性抵抗体71kおよび第2非磁性抵抗体71lを作製する以外は上述した実施例1の三軸磁気センサ10の製造方法とほぼ同様であるので、その製造方法についての説明は省略する。ただし、規則化熱処理(ピニング処理)については、以下で簡単に説明する。
In manufacturing the three-axis
本実施例3の三軸磁気センサ70を製造する際の規則化熱処理(ピニング処理)においては、図24に模式的に示すように、隣接する永久棒磁石片の上端(下端)の極性が互いに異なるように格子状に配列された永久棒磁石アレー(マグネットアレー)を用意する。これを用いて、基板71の中心部の上にN極が配置され、このN極を中心にして、これとは上下、左右にそれぞれ対称の位置の基板71の外部の上にS極が配置されるように配置する。
これにより、図22に示したように、第1X軸GMR素子71aおよび第2X軸GMR素子71bにおいてはX軸正方向の磁界が加わり、第3X軸GMR素子71cおよび第4X軸GMR素子71dにおいてはX軸負方向の磁界が加わることとなる。また、第1Y軸GMR素子71eおよび第2Y軸GMR素子71fにおいてはY軸正方向の磁界が加わり、第3Y軸GMR素子71gおよび第4Y軸GMR素子71hにおいてはY軸負方向の磁界が加わることとなる。さらに、第1Z軸GMR素子71iおよび第2Z軸GMR素子71jにおいては突部(堤部)75の斜面内でY軸正方向からZ軸負方向に45°傾いた方向(図22の紙面の裏から表に向かう方向))での磁界が加わることとなる。
In the regularized heat treatment (pinning process) when manufacturing the triaxial
Thereby, as shown in FIG. 22, a magnetic field in the X-axis positive direction is applied to the first
4.実施例4
ついで、実施例4の三軸磁気センサを図25に基づいて以下に説明する。なお、図25は、実施例4の三軸磁気センサを示す概略構成を示す平面図である。本実施例4の三軸磁気センサ80は、図25に示すように、平面視で互いに直交するX軸、及びY軸に沿った辺を有する長方形状(ここでは、短辺(縦)と長辺(横)の比率(アスペクト比)が1:2で、X軸に沿った辺が長辺で、Y軸に沿った辺が短辺となるようになされている)であって、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に小さな厚みを有する石英やシリコンからなる基板81を備えている。
4). Example 4
Next, the triaxial magnetic sensor of Example 4 will be described below with reference to FIG. FIG. 25 is a plan view showing a schematic configuration of the triaxial magnetic sensor of the fourth embodiment. As shown in FIG. 25, the triaxial
そして、この基板81の上に、それぞれ4個ずつのX軸GMR素子81a〜81d、Y軸GMR素子81e〜81h、Z軸GMR素子81i〜81lからなる合計で12個のGMR素子と、合計で12個のパッド(図示せず)及び各パッドと各素子とを接続する接続線(図示せず)とが作り込まれている。なお、基板81内には、上述した実施例1の基板11と同様に、LSIや配線層が作り込まれており、LSIが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。
On the
ここで、X軸GMR素子は第1X軸GMR素子81aと、第2X軸GMR素子81bと、第3X軸GMR素子81cと、第4X軸GMR素子81dとにより構成され、これらの各GMR素子の長手方向がY軸と平行な方向に配置されている。そして、X軸中央部でY軸中央部上方に第1X軸GMR素子81aが、その下方に第2X軸GMR素子81bが配置されている。また、X軸の左側端部近傍でY軸中央部上方に第3X軸GMR素子81cが配置され、その下方に第4X軸GMR素子81dが配置されている。
Here, the X-axis GMR element is composed of a first
また、Y軸GMR素子は第1Y軸GMR素子81eと、第2Y軸GMR素子81fと、第3Y軸GMR素子81gと、第4Y軸GMR素子81hとにより構成され、これらの各GMR素子の長手方向がX軸と平行な方向に配置されている。そして、Y軸の上側端部近傍で、X軸中央部からX軸の左側端部までの中間部右方に第1Y軸GMR素子81eが配置され、その左方に第2Y軸GMR素子81fが配置されている。また、Y軸の下側端部近傍で、X軸中央部からX軸の左側端部までの中間部右方に第3Y軸GMR素子81gが配置され、その左方に第4Y軸GMR素子81hが配置されている。
The Y-axis GMR element includes a first Y-
さらに、Z軸GMR素子は第1Z軸GMR素子81iと、第2Z軸GMR素子81jと、第3Z軸GMR素子81kと、第4Z軸GMR素子81lとにより構成され、これらの各GMR素子の長手方向がY軸と平行な方向に配置されている。そして、Y軸中央部からY軸の下側端部までの中間部で、X軸中央部からX軸の右側端部までの中間部右方に第1Z軸GMR素子81iが配置され、その左方に第2Z軸GMR素子81jが配置されている。また、Y軸中央部からY軸の上側端部までの中間部で、X軸中央部からX軸の左側端部までの中間部右方に第3Z軸GMR素子81kが配置され、その左方に第4Z軸GMR素子81lが配置されている。
このような配置構成としても上述した実施例1、実施例2および実施例3の三軸磁気センサと同様に、三軸磁気センサを構成することができる。
Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-axis GMR element 81i, a second Z-
Even with such an arrangement, a triaxial magnetic sensor can be constructed in the same manner as the triaxial magnetic sensors of the first, second, and third embodiments.
10…実施例1の三軸磁気センサ、11…基板、11a…配線層、11b…層間絶縁膜、11c,11d…開口部、11e…SiO2膜、11f…Si3N4膜、11g,11h…開口部、11i…SiO2膜、11j…レジスト膜、11k…開口、11m…バイアス磁石膜、11n…GMR多層膜、11o…Si3N4膜、11p…ポリイミド膜、15…突部(堤部)、21…第1X軸GMR素子、21a〜21d…GMRバー、21e〜21i…バイアス磁石膜、22…第2X軸GMR素子、23…第3X軸GMR素子、24…第4X軸GMR素子、25〜28…パッド、29…定電圧源、31…第1Y軸GMR素子、32…第2Y軸GMR素子、33…第3Y軸GMR素子、34…第4Y軸GMR素子、35〜38…パッド、39…定電圧源、41…第1Z軸GMR素子、42…第2Z軸GMR素子、43…第3Z軸GMR素子、44…第4Z軸GMR素子、45〜48…パッド、49…定電圧源、50a…変形例1の三軸磁気センサ、51…基板、51a〜51d…第1〜第4X軸GMR素子、51e〜51h…第1〜第4Y軸GMR素子、51i〜51l…第1〜第4Z軸GMR素子、50b…変形例2の三軸磁気センサ、52…基板、52a〜52d…第1〜第4X軸GMR素子、52e〜52h…第1〜第4Y軸GMR素子、52i〜52l…第1〜第4Z軸GMR素子、50c…変形例3の三軸磁気センサ、53…基板、53a〜53d…第1〜第4X軸GMR素子、53e〜53h…第1〜第4Y軸GMR素子、53i〜53l…第1〜第4Z軸GMR素子、50d…変形例4の三軸磁気センサ、54…基板、54a〜54d…第1〜第4X軸GMR素子、54e〜54h…第1〜第4Y軸GMR素子、54i〜54l…第1〜第4Z軸GMR素子、60…実施例2の三軸磁気センサ、61…基板、61a〜61d…第1〜第4X軸GMR素子、61e〜61h…第1〜第4Y軸GMR素子、61i〜61l…第1〜第4Z軸GMR素子、62a〜62d…パッド、62e…定電圧源、63a〜63d…パッド、63e…定電圧源、64a〜64d…パッド、64e…定電圧源、65…突部(堤部)、70…実施例3の三軸磁気センサ、71…基板、71a〜71d…第1〜第4X軸GMR素子、71e〜71h…第1〜第4Y軸GMR素子、71i〜71j…第1〜第2Z軸GMR素子、71k〜71l…第1〜第2非磁性抵抗体、72a〜72d…パッド、72e…定電圧源、73a〜73d…パッド、73e…定電圧源、74a〜74d…パッド、74e…定電圧源、75…突部(堤部)、80…実施例4の三軸磁気センサ、81…基板、81a〜81d…第1〜第4X軸GMR素子、81e〜81h…第1〜第4Y軸GMR素子、81i〜81l…第1〜第4Z軸GMR素子、85…突部(堤部)
10 ... three-axis magnetic sensor of Example 1, 11 ... substrate, 11a ... wiring layer, 11b ... interlayer insulation film, 11c, 11d ... opening, 11e ... SiO 2 film, 11f ... Si 3 N 4 film, 11g, 11h ... opening, 11i ... SiO 2 film, 11j ... resist film, 11k ... opening, 11m ... bias magnet film, 11n ... GMR multilayer film, 11o ... Si 3 N 4 film, 11p ... polyimide film, 15 ... projection (Tsutsumi Part), 21 ... first X-axis GMR element, 21a-21d ... GMR bar, 21e-21i ... bias magnet film, 22 ... second X-axis GMR element, 23 ... third X-axis GMR element, 24 ... fourth X-axis GMR element, 25-28 ... Pad, 29 ... Constant voltage source, 31 ... First Y-axis GMR element, 32 ... Second Y-axis GMR element, 33 ... Third Y-axis GMR element, 34 ... Fourth Y-axis GMR element, 35-38 ... Pad, 39 ... Constant Source: 41 ... first Z-axis GMR element, 42 ... second Z-axis GMR element, 43 ... third Z-axis GMR element, 44 ... fourth Z-axis GMR element, 45-48 ... pad, 49 ... constant voltage source, 50a ...
Claims (3)
前記磁気抵抗効果素子は1つの磁気抵抗効果素子バーもしくは複数の磁気抵抗効果素子バーが直列接続されて形成されたものからなり、
前記X軸センサの磁気抵抗効果素子および前記Y軸センサの磁気抵抗効果素子は前記基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、その感度方向は各磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であって、前記X軸センサの磁気抵抗効果素子と前記Y軸センサの磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の向きが互いに直交するように形成されており、
前記Z軸センサの磁気抵抗効果素子は前記基板の平面に垂直なZ軸に対して同角度で相対向するように突出して設けられた突部の斜面上に形成されていて、当該Z軸センサの磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の向きは該斜面内になるように形成されており、その感度方向は当該磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して交差するように形成されていて、当該磁気抵抗効果素子バーの長手方向は前記基板のX軸方向あるいはY軸方向のいずれかに一致するとともに、前記各斜面にそれぞれ形成された磁気抵抗効果素子バーにより構成される2つの磁気抵抗効果素子同士が隣接して互に平行に配置されており、これらの2つの磁気抵抗効果素子と平面視で正方形状の基板の中心から点対称の位置に形成された2つの非磁性抵抗体とフルブリッジ接続されていることを特徴とする三軸磁気センサ。 An X-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive effect elements having a pinned layer are bridge-connected to a single substrate on which an LSI or a wiring layer is built, and a plurality of magnetoresistive effect elements having a pinned layer are bridge-connected to each other A triaxial magnetic sensor in which an axial sensor and a Z-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer are bridge-connected are formed,
The magnetoresistive effect element is formed by connecting one magnetoresistive effect element bar or a plurality of magnetoresistive effect element bars in series,
The magnetoresistive effect element of the X-axis sensor and the magnetoresistive effect element of the Y-axis sensor are formed on a plane parallel to the plane of the substrate, and the direction of sensitivity thereof is the longitudinal direction of each magnetoresistive element bar. , The magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive effect element of the X-axis sensor and the magnetoresistive effect element of the Y-axis sensor are perpendicular to each other,
The magnetoresistive effect element of the Z-axis sensor is formed on a slope of a protrusion provided so as to face the Z-axis perpendicular to the plane of the substrate at the same angle, and the Z-axis sensor The magnetization direction of the pinned layer of the magnetoresistive effect element is formed so as to be within the inclined surface, and the sensitivity direction is formed so as to intersect the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element bar, The longitudinal direction of the magnetoresistive effect element bar coincides with either the X-axis direction or the Y-axis direction of the substrate, and two magnetoresistive effects each constituted by the magnetoresistive effect bar formed on each of the inclined surfaces. The elements are adjacent and arranged in parallel with each other. These two magnetoresistive elements and the two nonmagnetic resistors formed in a point-symmetrical position from the center of the square substrate in plan view and the full bridge Three-axis magnetic sensor, characterized in that it is continued.
LSIや配線層が作り込まれた1つの基板に、X軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子と、Y軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子と、Z軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子とを形成する磁気抵抗効果素子形成工程と、
前記基板に形成された各磁気抵抗効果素子に磁界を付与しながら加熱して前記磁気抵抗効果素子のそれぞれのピンド層の磁化の向きを同時に固定する固着処理工程とを備えるとともに、前記固着処理工程において、Z軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子を構成する各磁気抵抗効果素子バーが形成された前記基板の垂直方向から45度の方向の磁界を付与しながら加熱して前記磁気抵抗効果素子のそれぞれのピンド層の磁化の向きを固定するようにしたことを特徴とする三軸磁気センサの製造方法。 X-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer are bridge-connected, a Y-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer are bridge-connected, and a plurality of magnetoresistive elements having a pinned layer Is a method of manufacturing a three-axis magnetic sensor comprising a Z-axis sensor bridge-connected in one substrate,
A plurality of magnetoresistive elements serving as an X-axis sensor, a plurality of magnetoresistive elements serving as a Y-axis sensor, and a plurality of magnetoresistive effects serving as a Z-axis sensor on a single substrate on which an LSI or wiring layer is formed A magnetoresistive element forming step of forming an element;
A fixing process step of simultaneously fixing the magnetization directions of the respective pinned layers of the magnetoresistive effect element by heating while applying a magnetic field to each magnetoresistive effect element formed on the substrate, and the fixing process step The magnetoresistive effect element is heated by applying a magnetic field in a direction of 45 degrees from the vertical direction of the substrate on which each magnetoresistive effect element bar constituting the plurality of magnetoresistive effect elements serving as a Z-axis sensor is formed. A method of manufacturing a triaxial magnetic sensor, wherein the magnetization direction of each pinned layer is fixed.
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