(57)【要約】【課題】単一の基板上に三次元方向に交差するように配置された磁気抵抗効果素子を有する磁気センサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の磁気センサは、表面に酸化膜が形成された基板と、前記基板上に形成された楔型溝と、前記楔型溝および前記酸化膜表面の一部に形成された下地膜と、前記酸化膜、前記下地膜の表面上に形成された磁気抵抗効果素子と、を備え、前記楔型溝に形成された下地膜は、前記基板表面に形成された前記酸化膜の表面にまで延在し、前記磁気抵抗効果素子は、前記酸化膜の表面と前記下地膜の表面とに形成され、それぞれの感度方向が直交する２方向を形成する第１および第２の磁気抵抗効果素子と、前記斜面に形成された前記下地膜上に形成され、感度方向が前記第１の磁気抵抗効果素子と交差する第３の磁気抵抗効果素子とからなることを特徴とする。【選択図】図１
2010256366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酸化膜が形成された基板と、
前記基板上に形成された楔型溝と、
前記楔型溝および前記酸化膜表面の一部に形成された下地膜と、
前記酸化膜、前記下地膜の表面上に形成された磁気抵抗効果素子と、
を備え、
前記楔型溝に形成された下地膜は、前記基板表面に形成された前記酸化膜の表面にまで延在し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記酸化膜の表面と前記下地膜の表面とに形成され、
それぞれの感度方向が直交する２方向を形成する第１および第２の磁気抵抗効果素子と、
前記斜面に形成された前記下地膜上に形成され、感度方向が前記第１の磁気抵抗効果素子と交差する第３の磁気抵抗効果素子とからなることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記楔型溝は、長手方向が略正方形の基板の一辺に平行で、この一辺の近傍、かつこの一辺の中央部近傍に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記下地膜は、チタンまたはクロム、もしくはコバルト−白金−クロム合金からなることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
基板上に酸化膜を形成する工程と、
楔型溝を形成する部分のみが開口するように前記酸化膜にレジスト膜を形成する工程と、
前記基板を水酸化カリウム溶液でエッチングし、前記基板上に楔型溝を形成する工程と、
前記酸化膜および前記楔型溝にスパッタリング法により下地膜を形成する工程と、
前記下地膜の表面にレジスト膜を形成し、イオンミリングにより前記楔型溝および前記酸化膜の表面の一部に下地膜を形成する工程と、
前記酸化膜、前記下地膜の表面上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
からなり、
前記楔型溝に形成された下地膜は、前記基板表面に形成された前記酸化膜の表面にまで延在し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記酸化膜の表面と前記下地膜の表面とに形成され、
それぞれの感度方向が直交する２方向を形成する第１および第２の磁気抵抗効果素子と、
前記斜面に形成された前記下地膜上に形成され、感度方向が前記第１の磁気抵抗効果素子と交差する第３の磁気抵抗効果素子とからなることを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項５】
基板上に酸化膜を形成する工程と、
楔型溝を形成する部分のみが開口するように前記酸化膜に開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をリフローさせて前記開口部をテーパ状に形成する工程と、
イオンミリングにより前記レジスト膜で保護されていない前記酸化膜および前記基板を削り、前記開口部のテーパ形状をトレースして楔型溝を形成する工程と、
前記酸化膜および前記楔型溝にスパッタリング法により下地膜を形成する工程と、
前記下地膜の表面にレジスト膜を形成し、イオンミリングにより前記楔型溝および前記酸化膜の表面の一部に下地膜を形成する工程と、
前記酸化膜、前記下地膜の表面上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
からなり、
前記楔型溝に形成された下地膜は、前記基板表面に形成された前記酸化膜の表面にまで延在し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記酸化膜の表面と前記下地膜の表面とに形成され、
それぞれの感度方向が直交する２方向を形成する第１および第２の磁気抵抗効果素子と、
前記斜面に形成された前記下地膜上に形成され、感度方向が前記第１の磁気抵抗効果素子と交差する第３の磁気抵抗効果素子とからなることを特徴とする磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピンド層とフリー層とを含んでなる磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサおよびその製造方法に関し、特に磁気センサの表面に垂直な方向の磁場を測定する高感度の磁気センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁気センサに使用される素子として、磁気抵抗効果素子が用いられている。これには、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、および磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）がある。ＡＭＲ素子は、ＭＲ膜からなり、外部磁界により、この膜の磁化が回転することにより、ＭＲ膜の抵抗値が変化するので、この出力により外部磁界の向きを検出することができる。
一方、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子は、磁界の変化をより感度よく検出することができることで知られている。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おり、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。
このような素子を、直交する２方向（ここでは、以下「直交する２方向」を「Ｘ軸方向、Ｙ軸方向」とする。）の磁界の変化をそれぞれ検出するように、それぞれ１個ずつ直交するように配置する。その際、それぞれを数個ずつの素子群としてブリッジ接続するのが一般的である。そして、それぞれの素子の出力（抵抗値の変化）を得ることにより、外部磁界の向きを検出することができる。
その結果、図１１に示すように、一方向への一様な磁界中で、その磁界方向を含む面内で磁気センサを回転させたとき、Ｘ軸センサ出力とＹ軸センサ出力が９０°位相のずれた形の正弦波出力となる、いわゆる二次元（二軸）磁気センサとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、二次元での方位を求めるには、Ｘ軸方向の出力を検出するＸセンサと、Ｙ軸方向の出力を検出するＹセンサを一対にして、図１１に示すように、２方向の磁界に対して感応する二次元磁気センサを形成して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の出力をそれぞれ測定し、ｓｉｎθとｃｏｓθから方位を検出する。これにより、二次元平面において、どの方位を指しているかを求めることができる。
一方、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。例えば、医療用途において、体内における治療対象部位の位置を特定するために、体内に内視鏡やカテーテルなどを挿入した際に、これら医療機器の先端の位置や、姿勢を検出する必要がある。このような用途では、磁気の方位を三次元的（Ｘ方向、Ｙ方向だけでなくＺ方向）に精度良く求める必要がある。従来、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、薄型の三次元磁気センサが得られていなかった。したがって、携帯電話などの小型の機器には、三次元磁気センサを搭載することができなかった。
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、単一の基板上に三次元方向に交差するように配置された磁気抵抗効果素子を有する磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の磁気センサは、表面に酸化膜が形成された基板と、前記基板上に形成された楔型溝と、前記楔型溝および前記酸化膜表面の一部に形成された下地膜と、前記酸化膜、前記下地膜の表面上に形成された磁気抵抗効果素子と、を備え、前記楔型溝に形成された下地膜は、前記基板表面に形成された前記酸化膜の表面にまで延在し、前記磁気抵抗効果素子は、前記酸化膜の表面と前記下地膜の表面とに形成され、それぞれの感度方向が直交する２方向を形成する第１および第２の磁気抵抗効果素子と、前記斜面に形成された前記下地膜上に形成され、感度方向が前記第１の磁気抵抗効果素子と交差する第３の磁気抵抗効果素子とからなることを特徴とする。
【０００６】
本発明の磁気センサにおいて、前記楔型溝は、長手方向が略正方形の基板の一辺に平行で、この一辺の近傍、かつこの一辺の中央部近傍に形成されていることが好ましい。
【０００７】
本発明の磁気センサにおいて、前記下地膜は、チタンまたはクロム、もしくはコバルト−白金−クロム合金からなることが好ましい。
【０００８】
本発明の磁気センサの製造方法は、基板上に酸化膜を形成する工程と、楔型溝を形成する部分のみが開口するように前記酸化膜にレジスト膜を形成する工程と、前記基板を水酸化カリウム溶液でエッチングし、前記基板上に楔型溝を形成する工程と、前記酸化膜および前記楔型溝にスパッタリング法により下地膜を形成する工程と、前記下地膜の表面にレジスト膜を形成し、イオンミリングにより前記楔型溝および前記酸化膜の表面の一部に下地膜を形成する工程と、前記酸化膜、前記下地膜の表面上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、からなり、前記楔型溝に形成された下地膜は、前記基板表面に形成された前記酸化膜の表面にまで延在し、前記磁気抵抗効果素子は、前記酸化膜の表面と前記下地膜の表面とに形成され、それぞれの感度方向が直交する２方向を形成する第１および第２の磁気抵抗効果素子と、前記斜面に形成された前記下地膜上に形成され、感度方向が前記第１の磁気抵抗効果素子と交差する第３の磁気抵抗効果素子とからなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の磁気センサの製造方法は、基板上に酸化膜を形成する工程と、楔型溝を形成する部分のみが開口するように前記酸化膜に開口部を有するレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をリフローさせて前記開口部をテーパ状に形成する工程と、イオンミリングにより前記レジスト膜で保護されていない前記酸化膜および前記基板を削り、前記開口部のテーパ形状をトレースして楔型溝を形成する工程と、前記酸化膜および前記楔型溝にスパッタリング法により下地膜を形成する工程と、前記下地膜の表面にレジスト膜を形成し、イオンミリングにより前記楔型溝および前記酸化膜の表面の一部に下地膜を形成する工程と、前記酸化膜、前記下地膜の表面上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、からなり、前記楔型溝に形成された下地膜は、前記基板表面に形成された前記酸化膜の表面にまで延在し、前記磁気抵抗効果素子は、前記酸化膜の表面と前記下地膜の表面とに形成され、それぞれの感度方向が直交する２方向を形成する第１および第２の磁気抵抗効果素子と、前記斜面に形成された前記下地膜上に形成され、感度方向が前記第１の磁気抵抗効果素子と交差する第３の磁気抵抗効果素子とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の磁気センサは、同一の３個以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子が配設される単一基板とを有し、前記磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗効果膜の磁化の向きとが、互いに三次元方向に交差するように形成されたものであるから、別個のセンサが単一基板ではなく別に組み付けられた磁気センサの場合に生じる角度ずれや、センサの大型化を防止することができる。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向、すなわち３個の各素子の感度が持つ方向の地磁気レベルの正確な磁界測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の磁気センサの一実施形態を示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の磁気センサで用いられる磁気抵抗効果素子を示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。
【図４】磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。
【図５】磁気センサの製造方法の第２の例を示す断面模式図である。
【図６】磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。
【図７】磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。
【図８】本発明の磁気センサの製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図９】本発明の磁気センサの製造方法の第１の例で製造された磁気センサの回りに所定強度の磁場を回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子で検出された磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｂ）はＹＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｃ）はＸＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の磁気センサの製造方法の第２の例で製造された磁気センサの回りに所定強度の磁場を回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子で検出された磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｂ）はＹＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｃ）はＸＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１１】従来の二次元磁気センサの磁場の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の磁気センサの一実施形態を示す概略構成図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。また、図２は、本発明の磁気センサで用いられる磁気抵抗効果素子を示す概略構成図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。
この実施形態の磁気センサは、例えば、ＳｉＯ２／Ｓｉ、ガラスまたは石英からなる略正方形状の基板１と、Ｘ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸方向の磁界を検出するＺ軸磁気抵抗効果素子４と、バイアス磁界用のコイル（図示略）と、複数の電極パッド（図示略）とから概略構成されている。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２とＹ軸磁気抵抗効果素子３は基板１の同一表面１ａ上に形成されており、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きは、基板１の表面１ａと平行な一方向となっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きは、基板１の表面１ａと平行な一方向となっている。さらに、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きと、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きとが直交している。
また、この実施形態の磁気センサには、楔型溝５が、基板１の一辺に平行で、この一辺の近傍、かつこの一辺の中央部近傍に形成されている。
このように、楔型溝５の斜面５ａ上に、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４が配されていることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の地磁気レベルの磁界測定が可能となる。
【００１３】
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４は、図２に示すように、互いに隣り合って平行に配置された複数の帯状部２ａ、３ａ、４ａが、バイアス磁石２ｂ、３ｂ、４ｂを介して接続されている。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４は、これらの磁気抵抗効果素子が巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）の場合、膜厚２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）、膜厚２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、膜厚２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）、膜厚１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）、膜厚８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）などの金属薄膜がこの順に積層された積層体で形成されている。
【００１４】
以下、この実施形態の磁気センサの製造方法について説明する。
図３および図４は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、厚さ数ｍｍ程度のシリコン基板１１を、９００〜１１００℃で熱酸化し、表面に厚さ５００ｎｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層１２を形成する。
【００１５】
次に、図３（ｂ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、楔型溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、楔型溝を形成するための開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。
第１のレジスト膜１３として用いられるフォトレジストは、光や紫外線照射により感度よく架橋反応を起こして硬化し、未露光部が溶媒に可溶化（ネガ型）する樹脂であり、高解像度の任意形状を形成することができる樹脂である。また、現像液としては、専用の剥離液、アセトンなどの有機溶剤、アルカリ水溶液などが用いられる。なお、ネガレジストの代わりに、ポジレジストを用いてもよい。
【００１６】
次に、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、バッファドフッ酸に浸漬し、図３（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分の二酸化ケイ素層１２を除去する。
【００１７】
次に、図３（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。レジスト膜１３を除去するには、Ｎ−メチル−２−ピロリドンで、第１のレジスト膜１３と二酸化ケイ素層１２の界面を洗浄する。このとき、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に浸漬し、８５℃で、超音波洗浄すれば、第１のレジスト膜１３の除去を効率的に行なうことができる。
【００１８】
次に、図３（ｅ）に示すように、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２からなる積層体を、水酸化カリウムの５０％水溶液に浸漬し、９０℃でエッチングする。これにより、シリコン基板１１の二酸化ケイ素層１２が形成されていない部分が、（１１１）面が出るようにエッチングされ、楔型溝１４が形成される。
【００１９】
次に、図４（ａ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上および楔型溝１４内に、スパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。
下地膜１５としては、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）３００μｍ／コバルト（Ｃｏ）−白金（Ｐｔ）−Ｃｒ１０００μｍを用いることができる。
【００２０】
次に、下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第２のレジスト膜１６を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、第２のレジスト膜１６で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。
【００２１】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２のレジスト膜１６を除去する。第２のレジスト膜１６を除去するには、第１のレジスト膜１３を除去するのと同様な方法が用いられる。
【００２２】
次に、ＧＭＲ素子をなすＧＭＲ多層膜１７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、二酸化ケイ素層１２および下地膜１５の表面上に形成する。
ＧＭＲ多層膜１７は、シリコン基板１１上に、順に積層されたフリー層と、膜厚が２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）からなる導電性のスペーサ層と、ピンド層と、膜厚が２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層とからなっている。
【００２３】
フリー層は、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、シリコン基板１１の直上に形成された膜厚が８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）アモルファス磁性層と、この上に形成された膜厚が３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）磁性層と、さらに、この上に形成された膜厚が１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）層とからなっている。
Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂアモルファス磁性層とＮｉ−Ｆｅ磁性層は、軟質強磁性体薄膜層を構成している。Ｃｏ−Ｆｅ層は、ＭＲ比を高めるものである。
【００２４】
ピンド層は、膜厚が２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）磁性層と、白金を４５〜５５ｍｏｌ％含む白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）合金から形成した膜厚が２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）反強磁性層とが積層されたものである。
Ｃｏ−Ｆｅ磁性層は、着磁（磁化）されたＰｔ−Ｍｎ反強磁性層に交換結合的に裏打ちされることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがピン（固着）されるピンド層を構成している。
【００２５】
次に、ＧＭＲ多層膜１７の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意のＧＭＲ多層膜１７のパターンを有する第３のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第３のレジスト膜で保護されていない部分のＧＭＲ多層膜１７を、イオンミリングにより除去し、ＧＭＲ多層膜１７を任意形状に形成する。
次に、図４（ｄ）に示すように、第３のレジスト膜を除去する。第３のレジスト膜を除去するには、第１のレジスト膜１３を除去するのと同様な方法が用いられる。
得られた積層体を、永久磁石上に載置して熱処理し、ピンド層の磁化の向きを固定し、磁気センサを得る。
【００２６】
図５は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第２の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、前記第１の例において、図３（ｂ）〜（ｅ）に示した工程を以下のようにする。
図５（ａ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、テーパ状の溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、テーパ状の開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。次いで、イオンミリングにより、第１のレジスト膜１３の開口部の端部に斜面を一旦、形成する。次いで、第１のレジスト膜１３の開口部のレジストを加熱し、リフローさせて、開口部端部をテーパ状に形成する。
【００２７】
次に、図５（ｂ）に示すように、イオンミリングにより、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分のシリコン基板１１および二酸化ケイ素層１２を削る。このとき、第１のレジスト膜１３の開口部のテーパ形状をトレースすれば、図５（ｂ）に示すような、向い合う斜面と、この斜面に挟まれた底面とからなる断面台形状の溝１４が形成される。
次いで、図５（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。
【００２８】
図６および図７は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、まず、図６（ａ）に示すように、厚さ数ｍｍ程度のシリコン基板１１を、９００〜１１００℃で熱酸化し、表面に厚さ５００ｎｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層１２を形成する。
【００２９】
次に、図６（ｂ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、楔型溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、楔型溝を形成するための開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。
第１のレジスト膜１３として用いられるフォトレジストは、光や紫外線照射により感度よく架橋反応を起こして硬化し、未露光部が溶媒に可溶化（ネガ型）する樹脂であり、高解像度の任意形状を形成することができる樹脂である。また、現像液としては、専用の剥離液、アセトンなどの有機溶剤、アルカリ水溶液などが用いられる。なお、ネガレジストの代わりに、ポジレジストを用いてもよい。
【００３０】
次に、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、バッファドフッ酸に浸漬し、図６（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分の二酸化ケイ素層１２を除去する。
【００３１】
次に、図６（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。レジスト膜１３を除去するには、Ｎ−メチル−２−ピロリドンで、第１のレジスト膜１３と二酸化ケイ素層１２の界面を洗浄する。このとき、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に浸漬し、８５℃で、超音波洗浄すれば、第１のレジスト膜１３の除去を効率的に行なうことができる。
【００３２】
次に、図６（ｅ）に示すように、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２からなる積層体を、水酸化カリウムの５０％水溶液に浸漬し、９０℃でエッチングする。これにより、シリコン基板１１の二酸化ケイ素層１２が形成されていない部分が、（１１１）面が出るようにエッチングされ、楔型溝１４が形成される。
【００３３】
次に、図６（ｆ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上および楔型溝１４内に、スパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。
下地膜１５としては、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）３００μｍ／コバルト（Ｃｏ）−白金（Ｐｔ）−Ｃｒ１０００μｍを用いることができる。
【００３４】
次に、下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第２のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、図７（ａ）に示すように、第２のレジスト膜で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。これにより、楔型溝１４内の一方の斜面と、二酸化ケイ素層１２の表面の一部にのみ、下地膜１５が存在するようにする。
【００３５】
次に、ＧＭＲ素子をなす第１のＧＭＲ多層膜１８を、斜めスパッタリング法などによって、二酸化ケイ素層１２および下地膜１５の表面全面に形成する。
次に、第１のＧＭＲ多層膜１８の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の第１のＧＭＲ多層膜１８のパターンを有する第３のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第３のレジスト膜で保護されていない部分の第１のＧＭＲ多層膜１８を、イオンミリングにより除去し、第１のＧＭＲ多層膜１８を任意形状に形成する。これにより、図７（ｂ）に示すように、楔型溝１４内に形成された下地膜１５の表面上にのみ、第１のＧＭＲ多層膜１８が存在するようにする。
【００３６】
次に、図７（ｃ）に示すように、二酸化ケイ素層１２、下地膜１５および第１のＧＭＲ多層膜１８の表面全面に、スパッタリング法により、厚さ３００ｎｍ程度の酸化ケイ素（ＳｉＯ）層１９を形成する。
次に、図７（ｄ）に示すように、イオンミリングなどにより、酸化ケイ素層１９を貫通して、内層の下地膜１５が露出するように、円形状のコンタクトホール２０を形成する。
【００３７】
次に、再び、酸化ケイ素層１９の表面全面にスパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。このとき、コンタクトホール２０内にも、下地膜１５を形成し、酸化ケイ素層１９の下層の下地膜１５と接合するようにする。
次に、この下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第４のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、図７（ｅ）に示すように、第４のレジスト膜で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。
【００３８】
次に、第２のＧＭＲ多層膜２１を、スパッタリング法などによって、下地膜１５および酸化ケイ素層１９の表面全面に形成する。
次に、第２のＧＭＲ多層膜２１の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の第２のＧＭＲ多層膜２１のパターンを有する第５のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第５のレジスト膜で保護されていない部分の第２のＧＭＲ多層膜２１を、イオンミリングにより除去し、第２のＧＭＲ多層膜２１を任意形状に形成する。
次に、第５のレジスト膜を除去し、図７（ｆ）に示すような磁気センサを得る。
【００３９】
なお、上記の磁気センサの製造方法では、磁気抵抗効果素子を形成する金属積層体をＧＭＲ多層膜としたが、本発明の磁気センサの製造方法にあっては、ＡＭＲ膜であってもよい。
ＡＭＲ膜を形成する場合、上記下地膜を、膜厚が３０ｎｍのクロム（Ｃｒ）層と、膜厚が９０ｎｍのコバルト−クロム−白金（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ）層と、膜厚が２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層からなるものとする。
また、ＡＭＲ多層膜を、膜厚が２０ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）層と、膜厚が１０ｎｍのタンタル（Ｔａ）層と、膜厚が３０．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、モル比が、Ｃｏ：Ｚｒ：Ｎｂ＝７９ｍｏｌ：９ｍｏｌ：１２ｍｏｌ）層と、膜厚が１．５ｎｍのチタン（Ｔｉ）層とからなるものとする。
【００４０】
図８は、本発明の磁気センサの製造方法のさらにもう１つの例を示す断面模式図である。
上述の磁気センサの製造方法において、磁気抵抗効果素子をＧＭＲ素子で形成したが、この磁気センサの製造方法では、ＴＭＲ素子で形成する。
以下にＴＭＲ素子の形成方法を示す。
まず、図８（ａ）に示すように、シリコンなどからなる基板４１の表面上に、下部電極を構成するＴｉからなる膜を、膜厚３０ｎｍ程度にスパッタリングにより形成し、次いで固定磁化層の反磁化層の反強磁性膜（ピンド層）を構成するためのＰｔ−Ｍｎからなる膜およびＮｉ−Ｆｅからなる膜を、それぞれ膜厚が３０ｎｍおよび５ｎｍとなるようにスパッタリングにより形成する。ここでは、これらのＴａ膜、Ｐｔ−Ｍｎ膜、Ｎｉ−Ｆｅ膜からなる磁性層を下磁性層４２とする。
【００４１】
次に、下磁性層４２の表面上に、アルミニウムを１ｎｍ積層し、プラズマ酸化させて、絶縁層４３となるＡｌ２Ｏ３からなる膜を形成する。
次に、フリー層の強磁性膜を構成するＮｉ−Ｆｅからなる膜を、例えば、スパッタリングにより膜厚が８０ｎｍとなるように形成し、その上にキャッピング層を構成するＴｉからなる膜を膜厚が３０ｎｍとなるように形成する。ここでは、これらのＮｉ−Ｆｅ膜、Ｔｉ膜からなる磁性層を上磁性層４４とする。
【００４２】
次に、図８（ｂ）に示すように、上磁性層４４を、イオンミリングなどにより分離する。
次に、図８（ｃ）に示すように、下磁性層４２を、イオンミリングなどにより分離する。
【００４３】
次に、図８（ｄ）に示すように、層間絶縁層４５を構成するＳｉＯ２からなる膜を膜厚が基板４１上で３００ｎｍとなるようにスパッタリングによって形成する。
次に、図８（ｅ）に示すように、層間絶縁層４５に、イオンミリングなどによりコンタクトホール４６を形成する。
【００４４】
次に、図８（ｆ）に示すように、層間絶縁層４５の表面全面およびコンタクトホール４６内にアルミニウム膜を、その膜厚が３００ｎｍとなるようにスパッタリングにより形成し、これを配線形状に加工して、上部電極４７を形成し、ＴＭＲ素子を備えた磁気センサを得る。
【００４５】
このように、本発明の磁気センサの製造方法によれば、ピンド層の磁化の向きが互いに３次元方向に交差するように、複数の磁気抵抗効果素子が微小な単一基板に配された磁気センサを高精度に、容易に製造することができる。また、この製造方法によれば、このような同一の磁気センサを一度に大量に製造することができるので、製造コストを低減することができる。
【００４６】
図３および図４に示した製造方法の第１の例によって製造された、図１に示したような第１の実施形態の磁気センサに対し、磁化の向きを確認するために、１Ｏｅ（エルステッド）の磁場を磁気センサの回りに回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４で検出される磁場の強さの変化を測定した。ここで用いた磁気センサに備えられたＸ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４はＧＭＲ素子である。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４それぞれの結果を図９に示す。図９（ａ）は、ＸＹ平面内において測定した測定結果を、図９（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図９（ｃ）はＸＺ平面内において測定した測定結果をそれぞれ示す。
【００４７】
図９（ａ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＹ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＹ平面内において磁場の変化が正弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＹ平面内において余弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図９（ｂ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＹＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＹＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＹＺ平面内において正弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図９（ｃ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＺ平面内において余弦波状に測定されるものの、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２より５５°位相が遅れて測定されることが確認された。
以上より、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＸ軸と平行になっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＹ軸と平行になっており、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きはＸ軸と５５°の角度で交差していることが分かる。
【００４８】
また、図５に示した製造方法の第２の例によって製造された、図１に示したような第１の実施形態の磁気センサに対し、磁化の向きを確認するために、１Ｏｅ（エルステッド）の磁場を磁気センサの回りに回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４で検出される磁場の強さの変化を測定した。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４それぞれの結果を図１０に示す。図１０（ａ）はＸＹ平面内において測定した測定結果を、図１０（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図１０（ｃ）はＸＺ平面内において測定した測定結果をそれぞれ示す。
【００４９】
図１０（ａ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＹ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＹ平面内において磁場の変化が正弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＹ平面内において余弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１０（ｂ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＹＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＹＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＹＺ平面内において正弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１０（ｃ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＺ平面内において余弦波状に測定されるものの、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２より１５°位相が遅れて測定されることが確認された。
以上より、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＸ軸と平行になっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＹ軸と平行になっており、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きはＸ軸と１５°の角度で交差していることが分かる。
【００５０】
このように、本発明の磁気センサによれば、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子のそれぞれにおいて、磁場の変化を測定する感度方向が異なるから、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の地磁気レベルの磁界測定が可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・基板、２・・・Ｘ軸磁気抵抗効果素子、３・・・Ｙ軸磁気抵抗効果素子、４・・・Ｚ軸磁気抵抗効果素子、５・・・楔型溝、５ａ・・・斜面。
【図１】
2010256366.tif 000003
【図２】
2010256366.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010256366.tif 000009
【図８】
2010256366.tif 000010
【図９】
2010256366.tif 000011
【図１０】
2010256366.tif 000012
【図１１】
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