(57)【要約】【課題】高い磁界感度を有し、かつその直線性が良好な薄膜磁気抵抗素子を提供すること、かかる薄膜磁気抵抗素子を安価且つ容易に製造する方法を提供すること、前記薄膜磁気抵抗素子を用いた実用的な磁気センサを提供すること。【解決手段】薄膜磁気抵抗素子１Ａを、絶縁基板２と、絶縁基板２上に形成され、一端が所要のギャップｇを介して対向に配置された帯状の第１軟磁性膜３及び第２軟磁性膜４と、第１軟磁性膜３の上面のギャップｇ寄りの部分及び第２軟磁性膜４の上面のギャップｇ寄りの部分にそれぞれ形成された非磁性絶縁膜５と、ギャップｇ内の絶縁基板２上、ギャップｇを臨む第１及び第２の軟磁性膜３，４の端面、並びにこれに続く非磁性絶縁膜５の端面と上面の一部に形成された巨大磁気抵抗薄膜６とから構成する。【選択図】図２
2006156661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巨大磁気抵抗薄膜と、当該巨大磁気抵抗薄膜を介して一端が電気的及び磁気的に接続された第１及び第２の軟磁性膜と、前記第１軟磁性膜及び前記第２軟磁性膜のうちの少なくとも一方と前記巨大磁気抵抗薄膜との間に介在する非磁性絶縁膜とを有し、前記非磁性絶縁膜は、前記巨大磁気抵抗薄膜と対面する前記軟磁性膜との接触面積を狭める位置にあって、前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を一方向に規制しており、前記第１及び第２の軟磁性膜に信号検出用の端子部を有することを特徴とする薄膜磁気抵抗素子。
【請求項２】
前記第１及び第２の軟磁性膜の端面を所要のギャップを介して対向に配置し、かつ前記第１及び第２の軟磁性膜の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜を形成すると共に、前記ギャップ内及びその周辺部分に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記第１軟磁性膜と前記第２軟磁性膜の配列方向にのみ規制したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記巨大磁気抵抗薄膜上に前記非磁性絶縁膜が端面を揃えて積層され、前記第１軟磁性膜が一方の前記端面と前記非磁性絶縁膜の一部を覆って形成され、前記第２軟磁性膜が他方の前記端面と前記非磁性絶縁膜の一部を覆って形成され、前記非磁性絶縁膜により、前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を、前記巨大磁気抵抗薄膜の積層面方向にのみ規制したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記第１軟磁性膜の上面に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面及び端面並びに前記第１軟磁性膜の端面に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成すると共に、一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第１軟磁性膜の端面に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接するように前記第２軟磁性膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記第１軟磁性膜と前記第２軟磁性膜の配列方向にのみ規制したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記第２軟磁性膜が、一端が前記巨大磁気抵抗薄膜に接するように形成された前記非磁性絶縁膜の上に積層されていることを特徴とする請求項４に記載の薄膜磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記第１軟磁性膜の上面の一部に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成し、前記第１軟磁性膜の上面及び端面並びに前記巨大磁気抵抗薄膜の上面の外周部分及び端面に前記非磁性絶縁膜を形成すると共に、一端部の下面が前記非磁性絶縁膜より露出された前記巨大磁気抵抗薄膜と接するように前記第２軟磁性膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記巨大磁気抵抗薄膜の膜厚方向にのみ規制したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気抵抗素子。
【請求項７】
前記巨大磁気抵抗薄膜が、絶縁体マトリクス中に強磁性微粒子を分散してなるグラニュラー磁性膜をもって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子。
【請求項８】
前記第１軟磁性膜と前記第２軟磁性膜との間に形成される前記巨大磁気抵抗薄膜の膜厚が０．０５μｍ以上１．０μｍ未満であることを特徴とする薄膜磁気抵抗素子。
【請求項９】
絶縁基板上に第１軟磁性膜と第２軟磁性膜とを所要のギャップを介して対向に形成する工程と、
前記第１軟磁性膜の上面及び前記第２軟磁性膜の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜を形成する工程と、
前記ギャップ内並びに前記非磁性絶縁膜の上面及び端面に巨大磁気抵抗薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする薄膜磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１０】
絶縁基板上に第１軟磁性膜を形成する工程と、
前記第１軟磁性膜の上面に非磁性絶縁膜を形成する工程と、
前記第１軟磁性膜の一端面並びにこれに続く前記非磁性絶縁膜の一端面及び上面並びに前記第１軟磁性膜の一端面に続く前記絶縁基板上に巨大磁気抵抗薄膜を形成する工程と、
前記絶縁基板上に、一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第１軟磁性膜の端面並びに前記絶縁基板上に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接する第２軟磁性膜を形成する工程とを含むことを特徴とする薄膜磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１１】
絶縁基板上に第１軟磁性膜を形成する工程と、
前記第１軟磁性膜の上面の一端寄りに巨大磁気抵抗薄膜を形成する工程と、
前記第１軟磁性膜の上面並びにこれに続く前記巨大磁気抵抗薄膜の端面及び上面の一部並びに前記第１軟磁性膜の一端面に非磁性絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁基板上に、一端が前記非磁性絶縁膜より露出された前記巨大磁気抵抗薄膜と接する第２軟磁性膜を形成する工程とを含むことを特徴とする薄膜磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１２】
巨大磁気抵抗薄膜と、当該巨大磁気抵抗薄膜を介して一端が電気的及び磁気的に接続された第１及び第２の軟磁性膜と、少なくとも前記第１軟磁性膜の表面及び前記第２軟磁性膜の表面のいずれか一方に形成され、前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を一方向に規制する非磁性絶縁膜とを備え、前記第１及び第２の軟磁性膜に信号検出用の端子部を有する２個の薄膜磁気抵抗素子を対向する２辺に備え、他の対向する２辺に固定抵抗素子を備えたブリッジ回路からなることを特徴とする薄膜磁気抵抗素子を用いた磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性膜のギャップ部に巨大磁気抵抗薄膜を備えてなる薄膜磁気抵抗素子及びその製造方法並びに薄膜磁気抵抗素子を用いた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パーマロイ合金等を用いたものよりも格段に大きな磁気抵抗効果を有し且つ磁界感度が高い薄膜磁気抵抗素子として、図１８に示すように、同一平面内に第１及び第２の軟磁性膜１０１，１０２が所要のギャップ１０３を介して対向に配置され、当該ギャップ１０３内及びこれに続く軟磁性膜１０１，１０２の上面の一部に例えばナノグラニュラー合金薄膜等の巨大磁気抵抗薄膜１０４を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この薄膜磁気抵抗素子は、ギャップ長Ｌｇを軟磁性膜１０１，１０２の膜厚の２０倍以下にすることにより、軟磁性膜１０１，１０２が磁化したときにギャップ１０３内に配置された巨大磁気抵抗薄膜１０４に軟磁性膜１０１，１０２の磁化に相当する磁界を作用させることができるので、巨大磁気抵抗薄膜１０４の磁気抵抗効果（ＭＲ比）を小さな外部磁界で飽和させることができ、磁界感度を著しく大きくすることができる。
【０００４】
かように、この薄膜磁気抵抗素子は、ＭＲ比のみならず磁界感度を非常に大きくすることができるので、高速・高密度記録の磁気記録を可能にする磁気ヘッド（ＭＲヘッド）や、高分解能の信号検出を可能にするサーボモータ又はロータリエンコーダ等における磁気センサ（ＭＲセンサ）に応用することができる。
【特許文献１】特許第３４６６４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような効果を得るには、軟磁性膜１０１，１０２から流れる磁界を、巨大磁気抵抗薄膜１０４に有効に作用させる必要がある。即ち、この巨大磁気抵抗薄膜１０４の電気抵抗は、軟磁性膜１０１，１０２の電気抵抗と比較して十分に大きい（１×１０４μΩ・ｃｍ〜１×１０９μΩ・ｃｍ）ため、この素子の電流は、ギャップ１０３間の巨大磁気抵抗薄膜１０４を流れる。したがって、ギャップ１０３間の巨大磁気抵抗薄膜１０４に、有効に磁界を作用させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、前記構成の薄膜磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗薄膜１０４が、ギャップ１０３内のみならず、軟磁性膜１０１，１０２の上面の一部にまで形成されているので、巨大磁気抵抗薄膜１０４を介して軟磁性膜１０１から軟磁性膜１０２に至る電路及び磁路が、図１２に示すように、軟磁性膜１０１の端面からギャップ１０３内に形成された巨大磁気抵抗薄膜１０４を通って軟磁性膜１０２の端面に至る経路と、軟磁性膜１０１の上面からギャップ１０３外に形成された巨大磁気抵抗薄膜１０４を通って軟磁性膜１０２の上面に至る経路とに分散される。
【０００７】
このため、前記構成の薄膜磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗薄膜１０４を通る磁束の磁束密度が低下すると共にその経路長が不均一になり、単一の磁束経路を有する薄膜磁気抵抗素子に比べて磁界感度が低下する。また、薄膜磁気抵抗素子の磁界感度が、各経路における局部的な磁界感度の合成値になるので、単一の磁束経路を有する薄膜磁気抵抗素子に比べて磁界感度の直線性が劣化する。したがって、電流の大部分が流れるギャップ１０３に有効に磁界が掛からないため、特に弱い磁界の時のＭＲ効果の度合いが低下する。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高い磁界感度を有し、かつその直線性が良好な薄膜磁気抵抗素子を提供すること、及びかかる薄膜磁気抵抗素子を安価且つ容易に製造する方法を提供すること、並びに前記薄膜磁気抵抗素子を用いた実用的な磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するため、巨大磁気抵抗薄膜と、当該巨大磁気抵抗薄膜を介して一端が電気的及び磁気的に接続された第１及び第２の軟磁性膜と、前記第１軟磁性膜及び前記第２軟磁性膜のうちの少なくとも一方と前記巨大磁気抵抗薄膜との間に介在する非磁性絶縁膜とを有し、前記非磁性絶縁膜は、前記巨大磁気抵抗薄膜と対面する前記軟磁性膜との接触面積を狭める位置にあって、前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を一方向に規制しており、前記第１及び第２の軟磁性膜に信号検出用の端子部を有するという構成にした。
【００１０】
このように、第１及び第２の軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜との間の所要の部分に非磁性絶縁膜を介在させ、巨大磁気抵抗薄膜を介して第１軟磁性膜から第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を一方向に規制すると、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができるので、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、磁束の経路と電流の経路が一致するため、弱い磁界においてもＭＲ効果を有効に発現させることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記第１及び第２の軟磁性膜の端面を所要のギャップを介して対向に配置し、かつ前記第１及び第２の軟磁性膜の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜を形成すると共に、前記ギャップ内及びその周辺部分に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記第１軟磁性膜と前記第２軟磁性膜の配列方向にのみ規制するという構成にした。
【００１２】
かかる構成によると、第１及び第２の軟磁性膜の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜を形成することにより、第１軟磁性膜の上面から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜の上面に至る電路及び磁路を遮断することができるので、第１軟磁性膜から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を第１軟磁性膜と第２軟磁性膜の配列方向にのみ規制することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記巨大磁気抵抗薄膜上に前記非磁性絶縁膜が端面を揃えて積層され、前記第１軟磁性膜が一方の前記端面と前記非磁性絶縁膜の一部を覆って形成され、前記第２軟磁性膜が他方の前記端面と前記非磁性絶縁膜の一部を覆って形成され、前記非磁性絶縁膜により、前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を、前記巨大磁気抵抗薄膜の積層面方向にのみ規制するという構成にした。
【００１４】
かかる構成によっても、巨大磁気抵抗薄膜上に積層された非磁性絶縁膜により、第１軟磁性膜から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を巨大磁気抵抗薄膜の端面方向にのみ規制することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記第１軟磁性膜の上面に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面及び端面並びに前記第１軟磁性膜の端面に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成すると共に、一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第１軟磁性膜の端面に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接するように前記第２軟磁性膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記第１軟磁性膜と前記第２軟磁性膜の配列方向にのみ規制するという構成にした。
【００１６】
かかる構成によると、第１軟磁性膜の上面に非磁性絶縁膜を形成し、かつ巨大磁気抵抗薄膜を介して第１軟磁性膜の端面側に第２軟磁性膜を形成することにより、第１軟磁性膜の上面から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を遮断することができるので、第１軟磁性膜から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を第１軟磁性膜と第２軟磁性膜の配列方向にのみ規制することができる。
【００１７】
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記第２軟磁性膜が、一端が前記巨大磁気抵抗薄膜に接するように形成された前記非磁性絶縁膜の上に積層されているという構成にした。
【００１８】
かかる構成によると、第２軟磁性膜を非磁性絶縁膜の上に積層することにより、第１軟磁性膜の端面と第２軟磁性膜の端面とを巨大磁気抵抗薄膜を介して対向に配置することができるので、第１軟磁性膜から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を巨大磁気抵抗薄膜の膜厚方向にのみ規制することができる。
【００１９】
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記第１軟磁性膜の上面の一部に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成し、前記第１軟磁性膜の上面及び端面並びに前記巨大磁気抵抗薄膜の上面の外周部分及び端面に前記非磁性絶縁膜を形成すると共に、一端部の下面が前記非磁性絶縁膜より露出された前記巨大磁気抵抗薄膜と接するように前記第２軟磁性膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記巨大磁気抵抗薄膜の膜厚方向にのみ規制するという構成にした。
【００２０】
かかる構成によると、第１軟磁性膜の上面に巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜の一端部を積層し、かつ第１軟磁性膜の端面と第２軟磁性膜の端面との間及び巨大磁気抵抗薄膜の端面と第２軟磁性膜の端面との間に非磁性絶縁膜を介在させることにより、第１軟磁性膜の端面から第２軟磁性膜の端面に至る電路及び磁路並びに第１軟磁性膜の上面から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜の端面に至る電路及び磁路を遮断することができるので、第１軟磁性膜から巨大磁気抵抗薄膜を介して第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を巨大磁気抵抗薄膜の膜厚方向にのみ規制することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記巨大磁気抵抗薄膜が、絶縁体マトリクス中に強磁性微粒子を分散してなるグラニュラー磁性膜をもって形成されているという構成にした。
【００２２】
グラニュラー磁性膜は、パーマロイ合金等の合金系の巨大磁気抵抗薄膜に比べて格段に大きなＭＲ比を有するので、巨大磁気抵抗薄膜としてグラニュラー磁性膜を用いることによって、磁気ヘッド及び磁気センサの出力信号強度を高めることができる。また、グラニュラー磁性膜は、１層で大きなＭＲ比が得られるので、多層構造の巨大磁気抵抗薄膜を用いる場合に比べて、薄膜磁気抵抗素子の製造を容易化することができる。
【００２３】
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記第１軟磁性膜と前記第２軟磁性膜との間に形成される前記巨大磁気抵抗薄膜の膜厚が０．０５μｍ以上１．０μｍ未満であるという構成にした。
【００２４】
本願発明者等の研究によると、基板上に形成された軟磁性膜にイオンビームエッチング等によってギャップを形成し、しかる後に、形成されたギャップ内に巨大磁気抵抗薄膜をスパッタリングする場合、ギャップ長が１μｍ以下になると、ギャップ内への巨大磁気抵抗薄膜の回り込みが不十分になって、均一な巨大磁気抵抗薄膜の成膜が困難になる。これに対して、薄膜磁気抵抗素子を、第１及び第２の軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜と非磁性絶縁膜との積層体をもって構成する場合には、ギャップ長に製造上の制限がなく、第１軟磁性膜と第２軟磁性膜との間に形成される巨大磁気抵抗薄膜の膜厚を０．０５μｍ以上１．０μｍ未満に形成することができる。したがって、薄膜磁気抵抗素子のギャップ長を実質的に小さくすることができ、薄膜磁気抵抗素子の磁界感度を高めることができる。
【００２５】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、薄膜磁気抵抗素子の製造方法については、以下の各構成にした。
【００２６】
（１）絶縁基板上に第１軟磁性膜と第２軟磁性膜とを所要のギャップを介して対向に形成する工程と、前記第１軟磁性膜の上面及び前記第２軟磁性膜の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜を形成する工程と、前記ギャップ内並びに前記非磁性絶縁膜の上面及び端面に巨大磁気抵抗薄膜を形成する工程とを含んで薄膜磁気抵抗素子を製造する。これにより、請求項２に係る薄膜磁気抵抗素子が得られる。
【００２７】
（２）絶縁基板上に第１軟磁性膜を形成する工程と、前記第１軟磁性膜の上面に非磁性絶縁膜を形成する工程と、前記第１軟磁性膜の一端面並びにこれに続く前記非磁性絶縁膜の一端面及び上面並びに前記第１軟磁性膜の一端面に続く前記絶縁基板上に巨大磁気抵抗薄膜を形成する工程と、前記絶縁基板上に一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第１軟磁性膜の端面並びに前記絶縁基板上に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接する第２軟磁性膜を形成する工程とを含んで薄膜磁気抵抗素子を製造する。これにより、請求項３に係る薄膜磁気抵抗素子が得られる。
【００２８】
（３）絶縁基板上に第１軟磁性膜を形成する工程と、前記第１軟磁性膜の上面の一端寄りに巨大磁気抵抗薄膜を形成する工程と、前記第１軟磁性膜の上面並びにこれに続く前記巨大磁気抵抗薄膜の端面及び上面の一部並びに前記第１軟磁性膜の一端面に非磁性絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁基板上に一端が前記非磁性絶縁膜より露出された前記巨大磁気抵抗薄膜と接する第２軟磁性膜を形成する工程とを含んで薄膜磁気抵抗素子を製造する。これにより、請求項４に係る薄膜磁気抵抗素子が得られる。
【００２９】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、磁気センサについては、巨大磁気抵抗薄膜と、当該巨大磁気抵抗薄膜を介して一端が電気的及び磁気的に接続された第１及び第２の軟磁性膜と、少なくとも前記第１軟磁性膜の表面及び前記第２軟磁性膜の表面のいずれか一方に形成され、前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第１軟磁性膜から前記第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を一方向に規制する非磁性絶縁膜とを備え、前記第１及び第２の軟磁性膜に信号検出用の端子部を有する２個の薄膜磁気抵抗素子を対向する２辺に備え、他の対向する２辺に固定抵抗素子を備えたブリッジ回路からなるという構成にした。
【００３０】
このように、非磁性絶縁膜により巨大磁気抵抗薄膜を介して第１軟磁性膜から第２軟磁性膜に至る電路及び磁路が一方向に規制された薄膜磁気抵抗素子を備えると、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができるので、磁界感度が高く、かつその直線性に優れた磁気センサが得られる。また、２個の薄膜磁気抵抗素子を対向する２辺に備え、他の対向する２辺に固定抵抗素子を備えたブリッジ回路をもって磁気センサを構成すると、零位法によって薄膜磁気抵抗素子に作用する磁界の変動を検出することができ、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などの影響を除去できるので、高精度の磁界検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の薄膜磁気抵抗素子は、第１及び第２の軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜との間の所要の部分に非磁性絶縁膜を介在させ、巨大磁気抵抗薄膜を介して第１軟磁性膜から第２軟磁性膜に至る電路及び磁路を一方向に規制するので、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度及びその直線性を高めることができる。また、磁束の経路と電流の経路が一致するため、弱い磁界においてもＭＲ効果を有効に発現させることができる。
【００３２】
本発明の薄膜磁気抵抗素子の製造方法は、第１軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜との間、第２軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜との間、及び第１軟磁性膜と第２軟磁性膜との間の所要の部分に非磁性絶縁膜を形成する工程を含むので、巨大磁気抵抗薄膜を介して第１軟磁性膜から第２軟磁性膜に至る電路及び磁路が一方向に規制された薄膜磁気抵抗素子を製造することができる。
【００３３】
本発明の磁気センサは、非磁性絶縁膜により巨大磁気抵抗薄膜を介して第１軟磁性膜から第２軟磁性膜に至る電路及び磁路が一方向に規制された薄膜磁気抵抗素子を備えるので、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度が高く、かつその直線性に優れた磁気センサが得られる。また、２個の薄膜磁気抵抗素子を対向する２辺に備え、他の対向する２辺に固定抵抗素子を備えたブリッジ回路をもって磁気センサを構成すると、零位法によって薄膜磁気抵抗素子に作用する磁界の変動を検出することができ、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などの影響を除去できるので、高精度の磁界検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明に係る薄膜磁気抵抗素子の第１実施形態例を図１及び図２に基づいて説明する。図１は第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００３５】
図１及び図２（ａ）に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ａは、絶縁基板２と、絶縁基板２上に形成され、一端が所要のギャップｇを介して対向に配置された帯状の第１軟磁性膜３及び第２軟磁性膜４と、第１軟磁性膜３の上面のギャップｇ寄りの部分及び第２軟磁性膜４の上面のギャップｇ寄りの部分にそれぞれ形成された非磁性絶縁膜５と、ギャップｇ内の絶縁基板２上、ギャップｇを臨む第１及び第２の軟磁性膜３，４の端面、並びにこれに続く非磁性絶縁膜５の端面と上面の一部に形成された巨大磁気抵抗薄膜６とから構成されている。
【００３６】
絶縁基板２は、無機誘電体、プラスチックス又は非磁性セラミクスなどの高剛性非磁性絶縁体をもって所要の形状及びサイズに形成される。
【００３７】
第１軟磁性膜３は、図１に示すように、所要のギャップ幅Ｗｇを有する細幅部３ａと、当該ギャップ幅Ｗｇよりも幅広の幅広部３ｂと、これらの両部３ａ，３ｂをつなぐテーパ部３ｃとからなる。また、第２軟磁性膜４は、図１に示すように、所要のギャップ幅Ｗｇを有する細幅部４ａと、当該ギャップ幅Ｗｇよりも幅広の幅広部４ｂと、これらの両部４ａ，４ｂをつなぐテーパ部４ｃとからなる。これら第１及び第２の軟磁性膜３，４は、Ｃｏ７７Ｆｅ５Ｓｉ９Ｂ８合金やパーマロイ合金（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）などの飽和磁束密度が高い軟磁性体を絶縁基板２上にスパッタリングすることによって形成され、これら第１及び第２の軟磁性膜３，４の間には、ギャップ長がＬｇのギャップｇが設けられる。なお、前記細幅部３ａ，４ａの端面は、絶縁基板２に対して垂直に形成することもできるが、当該端面に対する均一厚みの巨大磁気抵抗薄膜６の形成を容易にし、かつ当該端面に形成される巨大磁気抵抗薄膜６の特性変化を抑制するため、絶縁基板２に立てられた垂線Ｍに対して２０度乃至４５度の傾斜角θｔで傾斜させることが望ましい。
【００３８】
非磁性絶縁膜５は、第１軟磁性膜３の上面と巨大磁気抵抗薄膜６との間及び第２軟磁性膜４と巨大磁気抵抗薄膜６との間を電気的に絶縁するものであって、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの無機誘電体を第１軟磁性膜３上にスパッタリングすることにより形成される。
【００３９】
巨大磁気抵抗薄膜６としては、パーマロイ合金等の合金系の巨大磁気抵抗薄膜に比べて格段に大きなＭＲ比を有し、かつ１層で大きなＭＲ比が得られることから、絶縁体マトリクス中に強磁性微粒子を分散してなるグラニュラー磁性膜が形成される。グラニュラー磁性膜としては、３２ｖｏｌ％のＣｏＦｅ−ＭｇＦ２やＣｏ３８．６Ｙ１４．０Ｏ４７．４などを挙げることができる。なお、図２（ａ）の例では、巨大磁気抵抗薄膜６が、ギャップｇ内の絶縁基板２上、ギャップｇを臨む第１及び第２の軟磁性膜３，４の端面、並びにこれに続く非磁性絶縁膜５の端面と上面の一部に形成されているが、少なくとも第１軟磁性膜３及び第２軟磁性膜４の端面に形成されていれば足りる。また、巨大磁気抵抗薄膜６を最初に形成し、ギャップｇを開け、しかる後に非磁性絶縁膜５と第１及び第２の軟磁性膜３，４を形成しても良い。
【００４０】
本例の薄膜磁気抵抗素子１Ａは、図１に示すように、第１軟磁性膜３の幅広部３ｂ及び第２軟磁性膜４の幅広部４ｂの非磁性絶縁膜５を有しない端部が信号検出用の端子部となっており、巨大磁気抵抗薄膜６を介して第１軟磁性膜３から第２軟磁性膜４に至る方向、又はその逆方向の磁気信号を検出する。
【００４１】
本例の薄膜磁気抵抗素子１Ａは、第１及び第２の軟磁性膜３，４の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜５を形成したので、第１軟磁性膜３の上面から巨大磁気抵抗薄膜６を介して第２軟磁性膜４の上面に至る電路及び磁路を遮断することができ、図２（ａ）に矢印で示すように、第１軟磁性膜３から巨大磁気抵抗薄膜６を介して第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路を第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４の配列方向にのみ規制することができる。よって、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、図２（ｂ）の形態は、巨大磁気抵抗薄膜６上に非磁性絶縁膜５を形成したものである。この場合も、図中に矢印で示すように、電路及び磁路が規制され、同様の効果を得ることができる。
【００４２】
以下、第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａの製造方法を図３に基づいて説明する。図３は薄膜磁気抵抗素子１Ａの製造手順を示すフロー図である。
【００４３】
まず、絶縁基板２の片面に、第１軟磁性膜３及び第２軟磁性膜４の元になる軟磁性膜をめっきやスパッタリングなどによって均一な厚さに形成する（手順Ｓ１）。次いで、軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第１軟磁性膜及び第２軟磁性膜形成用のマスクを形成する（手順Ｓ２）。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ３）。これにより、絶縁基板２の片面に所要のギャップｇを介して一端が対向に配置された第１軟磁性膜３及び第２軟磁性膜４が形成される。次いで、非磁性絶縁膜５をスパッタリングにより形成し（手順Ｓ４）、第１軟磁性膜３及び第２軟磁性膜４の上面を含む絶縁基板２の上面全体に再度フォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、非磁性絶縁膜形成用のマスクを形成する（手順Ｓ５）。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ６）。これにより、第１軟磁性膜３の上面及び第２軟磁性膜４の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜５が積層される。次いで、巨大磁気抵抗薄膜６をスパッタリングにより成膜し（手順Ｓ７）、次いで当該巨大磁気抵抗薄膜６上にフォトレジスト層を均一に形成した後、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜６のマスクを形成する（手順Ｓ８）。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ９）。これにより、ギャップｇに巨大磁気抵抗薄膜６を有する図１及び図２に示した第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａが得られる。
【００４４】
本例の製造方法によると、第１軟磁性膜３の上面と巨大磁気抵抗薄膜６との間及び第２軟磁性膜４の上面と巨大磁気抵抗薄膜６との間に非磁性絶縁膜５を形成する工程を含むので、第１軟磁性膜３の上面と巨大磁気抵抗薄膜６との間の電路及び磁路並びに第２軟磁性膜４の上面と巨大磁気抵抗薄膜６との間の電路及び磁路が遮断され、巨大磁気抵抗薄膜６を介して第１軟磁性膜３から第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路が第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４の配列方向にのみ規制された薄膜磁気抵抗素子１Ａを製造することができる。
【００４５】
次に、本発明に係る薄膜磁気抵抗素子の第２実施形態例を図４乃至図８に基づいて説明する。図４は第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図、図５（ａ）は図４のＢ−Ｂ断面図、図６は比較例に係る薄膜磁気抵抗素子の断面図、図７は第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子と比較例に係る薄膜磁気抵抗素子の諸元を示す表図、図８は第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の効果を比較例との比較で示すグラフ図である。
【００４６】
図４及び図５（ａ）に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｂは、絶縁基板２と、絶縁基板２上に形成された帯状の第１軟磁性膜３と、第１軟磁性膜３の一端寄りの上面に形成された非磁性絶縁膜５と、非磁性絶縁膜５の上面の一部から非磁性絶縁膜５の一端面及び第１軟磁性膜３の一端面を通って絶縁基板１の上面の一部にわたる部分に形成された巨大磁気抵抗薄膜６と、長さ方向の一端が第１軟磁性膜３の一端面に形成された巨大磁気抵抗薄膜６と接するように形成された帯状の第２軟磁性膜４とから構成されている。
【００４７】
巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚ｔｇは、第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａのギャップ長Ｌｇと等価であり、必要に応じて任意の大きさにすることができるが、特に、０．０５μｍ以上１．０μｍ未満とすることにより、ギャップ長Ｌｇが０．０５μｍ以上１．０μｍ未満の薄膜磁気抵抗素子１Ｂを実現することができる。なお、図５の例では、巨大磁気抵抗薄膜６が、非磁性絶縁膜５の上面の一部から非磁性絶縁膜５及び第１軟磁性膜３の一端面を通って絶縁基板２の上面の一部にわたる部分に形成されているが、少なくとも第１軟磁性膜３の端面に形成されていれば足りる。
【００４８】
第２軟磁性膜４は、第１軟磁性膜３と同質の軟磁性体をスパッタリングすることによって形成される。
【００４９】
その他については、第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｂは、第１軟磁性膜３の上面に非磁性絶縁膜５を形成すると共に、巨大磁気抵抗薄膜６を介して第１軟磁性膜３の端面側に第２軟磁性膜４を形成したので、第１軟磁性膜３の上面から巨大磁気抵抗薄膜６を介して第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路を遮断することができ、第１軟磁性膜３から巨大磁気抵抗薄膜６を介して第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路を第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４の配列方向にのみ規制することができる。したがって、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、巨大磁気抵抗薄膜が軟磁性膜に比べて十分に薄い場合、例えば１／５以下である場合、図５（ｂ）に示すように、第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４の端面の高さが一致していなくても、同様の効果が得られる。
【００５１】
また、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｂは、図５に示すように、第１軟磁性膜３に形成された幅広部３ｂの一端及び第２軟磁性膜４に形成された幅広部６ｂの一端に信号検出用の端子部を有しており、巨大磁気抵抗薄膜６を厚み方向に横断する方向の磁気信号を検出する。したがって、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｂは、巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚ｔｇをもって第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４との間のギャップ長Ｌｇを規制することができるので、軟磁性膜に形成されたスリット状のギャップ部内に巨大磁気抵抗薄膜を成膜する場合のようにギャップ長に製造上の制限がなく、ギャップ長の減少による磁界感度の向上を図ることができる。
【００５２】
即ち、図６に示すように、基板２０１上に形成された軟磁性膜２０２の中央部にイオンビームエッチングなどの微細加工技術を応用してスリット状のギャップ部２０３を形成した後、当該ギャップ部２０３内に巨大磁気抵抗薄膜２０４がスパッタリングにより形成される薄膜磁気抵抗素子２００（比較例に係る薄膜磁気抵抗素子）は、スパッタリング条件を最適化した場合にも、ギャップ部２０２内への均質な巨大磁気抵抗薄膜２０３の形成が困難になるため、ギャップ長を０．５μｍ以下にすることが困難である。これに対して、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｂは、巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚ｔｇをもって第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４との間のギャップ長Ｌｇを規制することができるので、巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚ｔｇを制御することによって、０．５μｍ以下のギャップ長を有する薄膜磁気抵抗素子を製造することができる。
【００５３】
そこで、本願発明者等は、図７に示すように、巨大磁気抵抗薄膜２０３の膜厚ｔｇが０．２５μｍでギャップ長Ｌｇが０．５μｍの比較例に係る薄膜磁気抵抗素子２００と、巨大磁気抵抗薄膜５の膜厚ｔｇが０．２５μｍでギャップ長Ｌｇが０．１μｍの第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｂとを作製し、それぞれの磁界感度を比較した。なお、図７から明らかなように、他の諸元については同一とした。
【００５４】
外部磁界Ｈｅｘの大きさを種々変更しつつギャップ中心部における磁場の強度を測定したところ、図８に示すように、第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｂの外部磁界Ｈｅｘの変化に対するギャップ中心部における磁場の強度の変化率は、比較例に係る薄膜磁気抵抗素子２００の２倍近くになっており、第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｂの磁界感度が上昇していることが実証された。
【００５５】
また、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｂは、前述のように巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚ｔｇをもってギャップ長Ｌｇが規制されるので、ギャップ部の形成手段として微細加工技術を適用する必要がなく、薄膜磁気抵抗素子の製造工程を簡略化できて、薄膜磁気抵抗素子の低コスト化を図ることができる。
【００５６】
以下、第２実施形態例中の図５（ａ）に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｂの製造方法を図９に基づいて説明する。図９は薄膜磁気抵抗素子１Ｂの製造手順を示すフロー図である。
【００５７】
まず、絶縁基板２の片面に、第１軟磁性膜３の元になる軟磁性膜をめっきやスパッタリングなどによって均一な厚さに形成する（手順Ｓ１１）。次いで、軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第１軟磁性膜形成用のマスクを形成する（手順Ｓ１２）。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ１３）。これにより、絶縁基板２の片面に所要の第１軟磁性膜３が形成される。次いで、非磁性絶縁膜５をスパッタリングにより形成し（手順Ｓ１４）、第１軟磁性膜３の上面を含む絶縁基板２の上面全体に再度フォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、非磁性絶縁膜形成用のマスクを形成する（手順Ｓ１５）。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ１６）。これにより、第１軟磁性膜３の上面に非磁性絶縁膜５が積層される。次いで、巨大磁気抵抗薄膜６をスパッタリングにより成膜し（手順Ｓ１７）、次いで当該巨大磁気抵抗薄膜６上にフォトレジスト層を均一に形成した後、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜６のマスクを形成する（手順Ｓ１８）。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ１９）。これにより、第１軟磁性膜３の端面及び非磁性絶縁膜５の端面に巨大磁気抵抗薄膜６が形成される。次いで、絶縁基板２上に非磁性絶縁膜７をスパッタリングにより形成し（手順Ｓ２０）、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ２１）。これにより、絶縁基板２上の巨大磁気抵抗薄膜６の端面と接する部分に非磁性絶縁膜７が積層される。次いで、非磁性絶縁膜７上に第２軟磁性膜３の元になる軟磁性膜をめっきやスパッタリングなどによって均一な厚さに形成し（手順Ｓ２２）、当該軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第２軟磁性膜形成用のマスクを形成する（手順Ｓ２３）。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ２４）。これにより、図４及び図５に示した第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｂが得られる。
【００５８】
本例の製造方法によると、第１軟磁性膜３の上面と巨大磁気抵抗薄膜６との間に非磁性絶縁膜５を形成する工程を含むので、第１軟磁性膜３の上面から巨大磁気抵抗薄膜６を介して第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路が遮断され、巨大磁気抵抗薄膜６を介して第１軟磁性膜３から第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路が第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４の配列方向にのみ規制された薄膜磁気抵抗素子１Ｂを製造することができる。
【００５９】
次に、本発明に係る薄膜磁気抵抗素子の第３実施形態例を図１０乃至図１１に基づいて説明する。図１０は第３実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図、図１１は図１０のＣ−Ｃ断面図である。
【００６０】
図１０及び図１１に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｃは、絶縁基板２と、絶縁基板２上に形成された帯状の第１軟磁性膜３と、第１軟磁性膜３の一端寄りの上面に形成された巨大磁気抵抗薄膜６と、第１軟磁性膜３の上面及び端面並びに巨大磁気抵抗薄膜６の上面の外周部分及び端面に形成された非磁性絶縁膜５と、一端部の下面が非磁性絶縁膜５より露出された巨大磁気抵抗薄膜６と接するように形成された帯状の第２軟磁性膜４とから構成されている。
【００６１】
各部の構成については、各膜３〜６の積層構造を除いて第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｂと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｃは、第１軟磁性膜３の上面に巨大磁気抵抗薄膜６を形成すると共に、第１軟磁性膜３の端面と第２軟磁性膜４の端面との間に非磁性絶縁膜５を介在させたので、第１軟磁性膜３の端面から第２軟磁性膜４の端面に至る電路及び磁路を遮断することができ、第１軟磁性膜３から巨大磁気抵抗薄膜６を介して第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路を巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚方向にのみ規制することができる。したがって、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｃは、第１軟磁性膜３の上面に巨大磁気抵抗薄膜６を形成するので、第１軟磁性膜３の端面に巨大磁気抵抗薄膜６を形成する場合に比べて巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚の制御が容易になり、この点からも磁界感度の向上を図ることができる。さらに、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｃは、巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚ｔｇをもって第１軟磁性膜３と第２軟磁性膜４との間のギャップ長Ｌｇを規制することができるので、軟磁性膜に形成されたスリット状のギャップ部内に巨大磁気抵抗薄膜を成膜する場合のようにギャップ長に製造上の制限がなく、ギャップ長の減少による磁界感度の向上を図ることができる。
【００６３】
以下、第３実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｃの製造方法を図１２に基づいて説明する。図１２は薄膜磁気抵抗素子１Ｃの製造手順を示すフロー図である。
【００６４】
まず、片面に第１軟磁性膜３の元になる軟磁性膜がめっきなどによって均一な厚さに形成された絶縁基板２を用意する（手順Ｓ２１）。次いで、軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第１軟磁性膜形成用のマスクを形成する（手順Ｓ２２）。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ２３）。これにより、絶縁基板２の片面に所要の第１軟磁性膜３が形成される。次いで、巨大磁気抵抗薄膜６をスパッタリングにより成膜し（手順Ｓ２４）、次いで当該巨大磁気抵抗薄膜６上にフォトレジスト層を均一に形成した後、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜６のマスクを形成する（手順Ｓ２５）。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ２６）。これにより、第１軟磁性膜３の上面に巨大磁気抵抗薄膜６が積層される。次いで、第１軟磁性膜３の上面及び巨大磁気抵抗薄膜６の上面を含む絶縁基板２の上面全体にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜６の上面の外周部分からこれに続く巨大磁気抵抗薄膜６の端面及び第１軟磁性膜３の上面の一部並びに第１軟磁性膜３の端面部分と対向する部分にのみ開口部が形成された非磁性絶縁膜形成用のマスクを形成する（手順Ｓ２７）。次いで、フォトレジスト層の開口部に非磁性絶縁膜５をスパッタリングにより成膜し（手順Ｓ２８）、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ２９）。これにより、第１軟磁性膜３及び巨大磁気抵抗薄膜６並びに絶縁基板２の所要の部分に非磁性絶縁膜５が形成される。次いで、第２軟磁性膜４をスパッタリングにより成膜し（手順Ｓ３０）、しかる後に、イオンミリングやエッチング等で軟磁性膜を除去し、残存フォトレジスト層を除去する（手順Ｓ３１）。次いで、フォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第２軟磁性膜用のマスクを形成する（手順Ｓ３２）。これにより、図１０及び図１１に示した第３実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｃが得られる。
【００６５】
本例の製造方法によると、巨大磁気抵抗薄膜６の上面と第２軟磁性膜４の下面との間及び第１軟磁性膜３の端面と第２軟磁性膜４の端面の間に非磁性絶縁膜５を形成する工程を含むので、第１軟磁性膜３の上面から巨大磁気抵抗薄膜６を介して第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路並びに第１軟磁性膜３の端面から直接第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路が遮断され、巨大磁気抵抗薄膜６を介して第１軟磁性膜３から第２軟磁性膜４に至る電路及び磁路が巨大磁気抵抗薄膜６の膜厚方向にのみ規制された薄膜磁気抵抗素子１Ｃを製造することができる。
【００６６】
図１３に本発明の第４実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｄを示す。図１３は第４実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｄの要部断面図である。
【００６７】
図１３に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｄは、第１及び第２の軟磁性膜３，４を所要のギャップｇを隔てて絶縁基板２上に形成すると共に、第１及び第２の軟磁性膜３，４の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜５を積層し、これら第１及び第２の軟磁性膜３，４の端面及び非磁性絶縁膜５の端面に巨大磁気抵抗薄膜６を介して第３の軟磁性膜１１を形成したことを特徴とする。
【００６８】
かかる構成によっても、第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａと同様の効果を発揮することができる。また、第３の軟磁性膜１１に代えて硬磁性膜を形成すれば、バイアス効果を期待することもできる。
【００６９】
図１４に本発明の第５実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｅを示す。図１４は第５実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｅの要部平面図である。
【００７０】
図１４に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｅは、第２軟磁性膜５を十文字状に形成し、当該第２軟磁性膜５を中心として互いに直交する方向に巨大磁気抵抗薄膜６（図示省略）と非磁性絶縁膜５と第１軟磁性膜３（図示省略）とを形成したことを特徴とする。なお、第１軟磁性膜３、非磁性絶縁膜５、巨大磁気抵抗薄膜６及び第２軟磁性膜４の積層構造については、第１乃至第３実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃのいずれかと同じである。
【００７１】
本例の薄膜磁気抵抗素子１Ｅは、直交する２方向の磁場を同時に検出することができるので、一般的な磁気センサとして利用できるほか、コンパスなどの特殊用途の磁気センサとしても利用することができる。
【００７２】
以下、本発明に係る磁気センサの一実施形態例を図１５乃至図１７に基づいて説明する。図１５は実施形態例に係る磁気センサの平面図、図１６は実施形態例に係る磁気センサに適用される固定抵抗素子の要部断面図、図１７は実施形態例に係る磁気センサの等価回路図である。
【００７３】
図１５に示すように、本例の磁気センサ２１は、２つの第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａを対向する２辺に備え、他の対向する２辺に固定抵抗素子２２を備えたブリッジ回路からなり、薄膜磁気抵抗素子１Ａを構成する各軟磁性膜３，４の端部に端子２３を形成したことを特徴とする。
【００７４】
固定抵抗素子２２は、図１６に示すように、絶縁基板２４と、絶縁基板２４上に形成された帯状の第１非磁性金属膜２５と、第１非磁性金属膜２５の一端寄りの上面に形成された非磁性絶縁膜２６と、非磁性絶縁膜２６の上面の一部から第１非磁性金属膜２５及び非磁性絶縁膜２６の一端面を通って基板２４の上面の一部にわたる部分に形成された巨大磁気抵抗薄膜２７と、長さ方向の一端が巨大磁気抵抗薄膜２７を覆い且つ第１非磁性金属膜２５と接触しないように形成された帯状の第２非磁性金属膜２８とからなる。
【００７５】
本例の磁気センサ２１は、薄膜磁気抵抗素子として第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａを用いたので、磁界感度が高く、かつその直線性に優れる。また、本例の磁気センサ２１は、対向する２辺に備えられた２個の薄膜磁気抵抗素子１Ａと他の対向する２辺に備えられた固定抵抗素子２２とをもってブリッジ回路を構成してなるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない零位法による高精度の磁界検出を行うことができる。
【００７６】
即ち、図１７に示すように、２つの薄膜磁気抵抗素子１Ａの抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ３とし、２つの固定抵抗素子２２の抵抗値をそれぞれＲ２，Ｒ４とした場合、入力電圧Ｖｉｎに対する出力電圧Ｖｏｕｔは、下式で表される。
【数１】
2006156661.tif 000003
【００７７】
この式から明らかなように、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、各素子の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と入力電圧Ｖｉｎとによってのみ定まり、且つ平衡状態においては出力電圧Ｖｏｕｔが零になるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない高精度の磁界検出が可能になり、実用性の高い磁気センサとすることができる。
【００７８】
なお、前記実施例においては、薄膜磁気抵抗素子として第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ａを用いたが、これに代えて、第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｂ又は第３実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子１Ｃを用いることもできる。また、前記実施形態例においては、固定抵抗素子２１として第１非磁性金属膜２５、非磁性絶縁膜２６、巨大磁気抵抗薄膜２７及び第２非磁性金属膜２８とを有するものを用いたが、他の構成の固定抵抗素子を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の製造方法を示すフロー図である。
【図４】第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図である。
【図５】第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の断面図である。
【図６】比較例に係る薄膜磁気抵抗素子の断面図である。
【図７】第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子と比較例に係る薄膜磁気抵抗素子の諸元を示す表図である。
【図８】第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の効果を比較例との比較で示すグラフ図である。
【図９】第２実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の製造方法を示すフロー図である。
【図１０】第３実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】第３実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の製造方法を示すフロー図である。
【図１３】第４実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の要部断面図である。
【図１４】第５実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の要部断面図である。
【図１５】実施形態例に係る磁気センサの平面図である。
【図１６】実施形態例に係る磁気センサに適用される固定抵抗素子の要部断面図である。
【図１７】実施形態例に係る磁気センサの等価回路図である。
【図１８】従来例に係る薄膜磁気抵抗素子の要部断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１Ａ〜１Ｅ    薄膜磁気抵抗素子
２    絶縁基板
３    第１軟磁性膜
４    第１軟磁性膜
５    非磁性絶縁膜
６    巨大磁気抵抗薄膜
１１    第３の軟磁性膜
２１    磁気センサ
２２    固定抵抗素子
２３    端子
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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