【手続補正書】
【提出日】平成16年9月27日(2004.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる感度方向をもつ同一の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、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が、互いに三次元方向に交差するように形成されたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記単一基板は少なくとも１つの斜面を有し、前記斜面上に少なくとも１個の磁気抵抗効果素子が配置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】
前記磁気抵抗効果素子はピンド層とフリー層を含んでなる磁気抵抗効果素子であって、前記ピンド層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ことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
請求項１記載の磁気センサにおいて、
前記単一の基板は少なくとも１の斜面を有する溝を備え、当該溝の内部に、前記３個以上の磁気抵抗効果素子のうち、少なくとも１個が配置されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項５】
複数の帯状部と該複数の帯状部のうち隣接する２つを接続するバイアス磁石とからなる３個以上の磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子が配設される単一基板とを備えた磁気センサであって、
前記３個以上の磁気抵抗効果素子のうち少なくとも１個は、前記複数の帯状部が前記単一基板に互いに隣り合って平行に形成された複数の楔型溝の斜面上に配置されたものであることを特徴とする磁気センサ。
【請求項６】
請求項４記載の磁気センサにおいて、
前記複数の帯状部のうち隣接する２つの帯状部は、前記楔型溝の対向する２つの斜面上にそれぞれ配置されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気センサにおいて、
前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の出力結果を加減演算することにより、三次元方向の出力結果を得ることを特徴とする磁気センサ。
【請求項８】
基板上に複数の楔型溝を形成する工程と、該複数の楔型溝の斜面上に、磁気抵抗効果素子のうち少なくとも１個の素子のピンド層となる磁性層を含む層を所定の形状に形成する工程と、該ピンド層となる磁性層を含む層を磁化して、該ピンド層の磁化の向きを固定する工程とを含むことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、異なる感度方向をもつ同一の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、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が、互いに三次元方向に交差するように形成された磁気センサによって解決できる。
上記磁気センサにおいて、前記単一基板は少なくとも１つの斜面を有し、前記斜面上に少なくとも１個の磁気抵抗効果素子が配置されていることが好ましい。
上記磁気センサにおいて、前記磁気抵抗効果素子はピンド層とフリー層を含んでなる磁気抵抗効果素子であって、前記ピンド層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ことが好ましい。
上記磁気センサにおいて、前記単一の基板は少なくとも１の斜面を有する溝を備え、当該溝の内部に、前記３個以上の磁気抵抗効果素子のうち、少なくとも１個が配置されていることが好ましい。
前記課題は、複数の帯状部と該複数の帯状部のうち隣接する２つを接続するバイアス磁石とからなる３個以上の磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子が配設される単一基板とを備えた磁気センサであって、前記３個以上の磁気抵抗効果素子のうち少なくとも１個は、前記複数の帯状部が前記単一基板に互いに隣り合って平行に形成された複数の楔型溝の斜面上に配置されたものである磁気センサによって解決できる。
上記磁気センサにおいて、前記複数の帯状部のうち隣接する２つの帯状部は、前記楔型溝の対向する２つの斜面上にそれぞれ配置されたことが好ましい。
上記磁気センサにおいて、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の出力結果を加減演算することにより、三次元方向の出力結果を得ることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
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１６に示す。図１６（ａ）は、ＸＹ平面内において測定した測定結果を、図１６（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図１６（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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
図１６（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１６（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１６（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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
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１７に示す。図１７（ａ）はＸＹ平面内において測定した測定結果を、図１７（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図１７（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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
図１７（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１７（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１７（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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の磁気センサの第１の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。
【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、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。
【図３】  第１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。
【図４】  第１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。
【図５】  第１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。
【図６】  第１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。
【図７】  第１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。
【図８】  本発明の磁気センサの第２の実施形態を示す概略構成図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ―Ａで切断した断面図である。
【図９】  本発明の磁気センサの第３の実施形態を示す概略構成図で、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ―Ａで切断した断面図である。
【図１０】  本発明の磁気センサの第４の実施形態を示す概略構成図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ―Ａで切断した断面図である。
【図１１】  本発明の磁気センサで用いられる斜面型の磁気抵抗効果素子の一例を示す概略構成図で、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ―Ｂで切断した断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＣ―Ｃで切断した断面図である。
【図１２】  図１１に示した斜面型の磁気抵抗効果素子が設けられた磁気センサに対し、磁場を磁気センサのＸ軸の回りに回転させ、斜面型の磁気抵抗効果素子で検出され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１３】  第２の実施形態の磁気センサの製造方法を示す断面模式図である。
【図１４】  第２の実施形態の磁気センサの製造方法を示す断面模式図である。
【図１５】  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１６】  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、図１６（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、図１６（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、図１６（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１７】  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、図１７（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、図１７（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、図１７（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１８】  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。
【符号の説明】
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、４,２４・・・Ｚ軸磁気抵抗効果素子、５,２５ａ・・・楔型溝、５ａ,２５ｂ・・・斜面、２４ａ・・・帯状部、２４ｂ・・・バイアス磁石。