(57)【要約】【課題】  外部磁界に対するＧＭＲ素子の磁気異方性を十分に制御でき、外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を確保し、強磁界が印加された後でも、フリー層の磁化の向きを正確に初期状態に復帰させることのできる磁気センサを製造する方法を提供。【解決手段】  基板上に帯状の磁気抵抗効果素子５が配され、該磁気抵抗効果素子５の両端部にはマグネット膜からなるバイアス磁石層６，６・・・がそれぞれ接続されてなる磁気センサ３１を製造する方法において、前記磁気抵抗効果素子５上にレジストを塗布し、パターンを形成する工程Ａと、該レジストをリフローさせ、傾斜形状のレジスト膜を形成する工程Ｂと、イオンビームを基板に対して斜め方向から入射して、前記磁気抵抗効果素子５をミリングする工程Ｃとを少なくとも備え、前記磁気抵抗効果素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・をテーパー加工する。【選択図】        図２
2006032710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に帯状の磁気抵抗効果素子が配され、該磁気抵抗効果素子の両端部にはマグネット膜からなるバイアス磁石層がそれぞれ接続されてなる磁気センサを製造する方法において、
前記磁気抵抗効果素子上にレジストを塗布し、パターンを形成する工程Ａと、
該レジストをリフローさせ、傾斜形状のレジスト膜を形成する工程Ｂと、
イオンビームを基板に対して斜め方向から入射して、前記磁気抵抗効果素子をミリングする工程Ｃとを少なくとも備え、
前記磁気抵抗効果素子の帯状長手方向の側面をテーパー加工することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｃの後、前記イオンビームを基板に対して垂直方向から入射して、前記磁気抵抗効果素子をミリングする工程Ｄを備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子の帯状長手方向の側面をテーパー加工することにより、外部磁界が加わっていないときの前記磁気抵抗効果素子のフリー層における磁化の向きを、前記磁気抵抗効果素子の帯状長手方向に揃えることを特徴とする請求項１又は２に記載の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、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果素子（以下、「ＧＭＲ素子」とも称する。）を用いた磁気センサが提案され、実用に供されている。
このＧＭＲ素子は、磁化の向きが所定の向きにピン止めされたピンド層と、磁化の向きが外部磁界に対応して変化するフリー層とを備え、外部磁界が加わった場合に、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとの相対関係に応じた抵抗値を呈するようになっている。
そして、磁気センサでは、このＧＭＲ素子の抵抗値を測定することで外部磁界を検出し、その強さを測定している。
【０００３】
ＧＭＲ素子のピンド層の磁化の向きは、ピニング層によりＧＭＲ素子の帯状短手方向にピン止めされているため、フリー層の磁化の向きは、外部磁界が加わっていない初期状態にあっては、ピンド層の磁化の向きと９０°の角度をなすＧＭＲ素子の帯状長手方向に揃っている必要がある。この初期状態におけるフリー層の磁化の向きを「フリー層容易軸方向」という。
【０００４】
フリー層容易軸方向をＧＭＲ素子の帯状長手方向とするには、帯状のアスペクト比の素子パターンとすることで、ＧＭＲ素子の磁気異方性を制御し、磁気センサの外部磁界に対する安定性を確保する方法が知られている。
あるいは、ＧＭＲ素子の両端部にマグネット膜からなるバイアス磁石層を配置し、バイアスを印加して、強制的にフリー層容易軸方向をＧＭＲ素子の帯状長手方向に制御する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、バイアス磁石層をフリー層容易軸方向に着磁し、その磁化でフリー層磁化を制御するため、磁気センサの外部磁界に対する安定性を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００４−１６３４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧＭＲ素子を帯状のアスペクト比のパターンとする方法だけでは、外部磁界に対するフリー層磁化の安定性に欠け、比較的弱い磁界にさらされると、センサの出力値が変動してしまうという問題があった。
【０００６】
また、ＧＭＲ素子の両端部に磁石層を配置する方法にあっては、外部磁界が大きくなるにつれて、フリー層磁化を元の初期状態に復元させることが徐々に困難になるという問題があった。図１９は、従来のＧＭＲ素子におけるフリー層の磁化の向きを模式的に示した平面図である。図１９に示すように、帯状長手方向に揃ったフリー層の磁化の両側に、外部磁界によって磁化された磁壁（エッジカーリングウォール）が形成されている。これにより、外部磁界が変化してもフリー層の磁化が動きにくくなり、センサの感度が低下したり、あるいは外部磁界が消滅しても磁壁が残ってしまうため、初期状態における帯状長手方向より若干ずれた方向にフリー層の磁化の向きが揃ってしまい、磁気センサの出力が不安定になったり、上述したフリー層磁化を元の初期状態に復元させることできないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、外部磁界に対するＧＭＲ素子の磁気異方性を十分に制御でき、外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を確保し、強磁界が印加された後でも、フリー層の磁化の向きを正確に初期状態に復帰させることのできる磁気センサを製造する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】
【０００８】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、基板上に帯状の磁気抵抗効果素子が配され、該磁気抵抗効果素子の両端部にはマグネット膜からなるバイアス磁石層がそれぞれ接続されてなる磁気センサを製造する方法において、前記磁気抵抗効果素子上にレジストを塗布し、パターンを形成する工程Ａと、該レジストをリフローさせ、傾斜形状のレジスト膜を形成する工程Ｂと、イオンビームを基板に対して斜め方向から入射して、前記磁気抵抗効果素子をミリングする工程Ｃとを少なくとも備え、前記磁気抵抗効果素子の帯状長手方向の側面をテーパー加工することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、前記工程Ｃの後、前記イオンビームを基板に対して垂直方向から入射して、前記磁気抵抗効果素子をミリングする工程Ｄを備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサの製造方法である。
【００１０】
請求項３にかかる発明は、前記磁気抵抗効果素子の帯状長手方向の側面をテーパー加工することにより、外部磁界が加わっていないときの前記磁気抵抗効果素子のフリー層における磁化の向きを、前記磁気抵抗効果素子の帯状長手方向に揃えることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサの製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＧＭＲ素子の帯状長手方向の側面をテーパー加工することにより、磁壁が形成されないため、外部磁界に対するＧＭＲ素子の磁気異方性を十分に制御でき、フリー層の磁化の均一性を向上させて外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を確保し、強磁界が印加された後でも、フリー層の磁化の向きを正確に初期状態に復帰させることのできる磁気センサを製造することができる。
【００１２】
また、本発明の磁気センサの製造方法によれば、ＧＭＲ素子の膜構造や、磁気センサのパターンを従来のものから変更することなしに、外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の磁気センサの製造方法では、イオンビームを基板に対して斜め方向から入射して、ＧＭＲ素子をミリングしているため、ミリングで削られた材料のＧＭＲ素子への再付着を防止でき、スループットの向上した精度の高い加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明で製造した磁気センサについて、図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。本実施形態の磁気センサ１は、所定の厚みを有する石英又はシリコンウエハからなる基板２と、この基板２上に配されたＸ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気センサ３１，３２と、Ｙ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気センサ４１，４２とから概略構成されている。
【００１６】
本実施形態の磁気センサ１にあっては、基板２は正方形状の石英又はシリコンウエハから構成されている。この基板２上には、基板２の正方形の四辺に沿って、各辺の中央にそれぞれ１つづつ磁気センサ３１，３２，４１，４２が設けられている。磁気センサ３１，３２，４１，４２は、その帯状長手方向を基板２の正方形各辺と平行となるように配されている。図１では、基板２の正方形の横の辺と平行な方向をＸ軸方向、縦の辺と平行な方向をＹ軸方向と規定する。また、図１における磁気センサ３１，３２，４１，４２に描かれた矢印方向は、各磁気センサにおけるピンド層の磁化の向きを表している。基板２の正方形の縦の辺（Ｙ軸方向）と平行に配されている磁気センサをＸ軸磁気センサ３１，３２と、正方形の横の辺（Ｘ軸方向）と平行に配されている磁気センサをＹ軸磁気センサ４１，４２とする。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係るＸ軸磁気センサ３１の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。残りの磁気センサは、ピンド層の磁化の向きのピン止め（固着）方向が異なる以外は同様の構造であるため、それらの説明は省略する。このＸ軸磁気センサ３１（以下、「磁気センサ」という）は、基板２（図示せず）上に積層された配線取り出し部７，７と、その上に積層された下地膜１０，１０・・・と、下地膜１０，１０・・・上に積層されたバイアス磁石層６，６・・・と、バイアス磁石層６，６・・・上に積層された帯状のＧＭＲ素子５とから概略構成されている。
【００１８】
本実施形態に係るＧＭＲ素子５は、４個の幅狭帯状部５１，５１・・・が、その帯状長手方向を平行に揃えて、所定の間隔を持って配置されている。そして、隣り合った上段２個の幅狭帯状部５１，５１の左端部は、長方形をした第１連結部５２と接合している。また、上段から２番目の幅狭帯状部５１の右端部と、その下段に位置する３番目の幅狭帯状部５１の右端部は、長方形をした第２連結部５３と接合しており、さらに、上段から３番目の幅狭帯状部５１の左端部と、最下段に位置する幅狭帯状部５１の左端部は、長方形をした第３連結部５４と接合している。そして、４個の幅狭帯状部５１，５１・・・は、第１連結部５２、第２連結部５３、第３連結部５４を介して接合することで、全体でつづら折り形状をなすように配されて、ＧＭＲ素子５を形成している。
【００１９】
また、最上段と最下段の幅狭帯状部５１，５１の右端部は、それぞれ１個のバイアス磁石層６，６上に積層されている。また、第１連結部５２、第２連結部５３、第３連結部５４の下には、バイアス磁石層６，６・・・が設けられている。
そして、バイアス磁石層６，６・・・の下には、膜厚４０ｎｍ程度のクロムからなる下地膜１０，１０・・が設けられている。
また、最上段と最下段の幅狭帯状部５１，５１の右端部に接続されたバイアス磁石層６，６と下地膜１０，１０・・・は、帯状形状の配線取り出し部７，７の各左端部上に形成されている。
【００２０】
ＧＭＲ素子５、バイアス磁石層６，６・・・、下地膜１０，１０・・・、配線取り出し部７，７は、各端部が接続していて全体でつづら折り形状をなすように配されており、ＧＭＲ素子５は、バイアス磁石層６，６・・・、下地膜１０，１０・・・を介して配線取り出し部７，７と電気的に接続されている。これら全体が直列に電気的に接続した構造となっているため、全体で抵抗回路として機能することができ、回路に外部から電流を流して電圧を測定することによって、ＧＭＲ素子５の抵抗値を求め、この抵抗値から外部磁界の強さを算出できるようになっている。
【００２１】
次に、ＧＭＲ素子５について説明する。図３は、第１の実施形態に係るＧＭＲ素子５の構造を示す概略断面図である。このＧＭＲ素子５は、図２における幅狭帯状部５１，５１・・・の部分であり、基板２上に、フリー層Ｆ、銅（Ｃｕ）からなる導電性のスペーサ層Ｓ、コバルト−鉄（ＣｏＦｅ）合金からなるピンド層ＰＤ、白金−マンガン（ＰｔＭｎ）合金からなるピニング層ＰＮ、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等の金属薄膜からなるキャッピング層Ｃが順次積層されてなるものである。
【００２２】
このフリー層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、例えば、コバルト−ジルコニウム−ニオブ（ＣｏＺｒＮｂ）アモルファス磁性層と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層上に積層されたニッケル−鉄（ＮｉＦｅ）磁性層と、ＮｉＦｅ磁性層上に積層されたコバルト−鉄（ＣｏＦｅ）層とから構成されている。
このフリー層Ｆには、その磁化の一軸異方性（フリー層容易軸方向）を維持するために、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向にバイアス磁石層６，６・・・によりバイアス磁界が付与されている。
なお、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向とは、図２における幅狭帯状部５１，５１・・・の帯状長手方向と一致する方向のことであり、ＧＭＲ素子５の帯状短手方向とは、図２における幅狭帯状部５１，５１・・・の帯状短手方向と一致する方向のことをいう。
【００２３】
フリー層Ｆを構成するＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層とＮｉＦｅ磁性層は、軟質の強磁性体であり、それらの上に形成されたＣｏＦｅ層は、ＮｉＦｅ磁性層のニッケルおよびスペーサ層Ｓの銅の拡散を防止するものである。
【００２４】
スペーサ層Ｓは、銅もしくは銅合金からなる導電性の金属薄膜である。
また、ピンド層ＰＤは、コバルト−鉄（ＣｏＦｅ）磁性層により構成されている。このＣｏＦｅ磁性層は、後述するピニング層ＰＮの反強磁性膜に交換結合的に裏打されることにより、磁化の向きが図１に示す矢印方向に相当するＧＭＲ素子５の帯状短手方向にピン止め（固着）されている。
【００２５】
ピニング層ＰＮは、ＣｏＦｅ磁性層上に積層され、白金を４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる反強磁性膜により構成されている。この反強磁性膜は、所定の方向に磁界が印加された状態で規則化熱処理されて形成されたものである。
これらピンド層ＰＤとピニング層ＰＮを併せてピン層と称する。
【００２６】
キャッピング層Ｃは、チタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）等からなる金属薄膜であり、ピニング層ＰＮの酸化防止と保護を目的とするものである。
【００２７】
また、図４は、第１の実施形態に係るＧＭＲ素子５の概略斜視図である。図４では、右方向を短手方向とし、それと直交する奥行き方向を長手方向としている。短手方向に沿った側面が、ＧＭＲ素子５の帯状短手方向の側面９であり、長手方向に沿った側面が、帯状長手方向の側面８である。
本実施形態に係るＧＭＲ素子５は、その帯状長手方向の側面８が、基板２に対して角度θをなすようにテーパー加工されており、すそ広がりの形状となっている。ＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８をテーパー加工することにより、外部磁界が加わっていないときのＧＭＲ素子５のフリー層における磁化の向きを、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向に揃えることができる。
【００２８】
この角度θは５０〜８５°であるのが好ましい。この角度θを前記範囲内とすることで、角度が９０°である場合と比較して磁区（ドメイン）の形成が変化するため、図１９に示した磁壁（エッジカーリングウォール）の形成を防止し、フリー層の磁化の均一性を向上させて外部磁界に対する磁気センサの出力を安定させることができる。さらに、強磁界が印加された後でも、フリー層の磁化の向きを正確に初期状態の帯状長手方向に復帰させることができる。
【００２９】
また、ＧＭＲ素子５と接続したバイアス磁石層６，６・・・は、膜厚９０ｎｍ程度の高保磁力、高角型比を有するコバルト−白金−クロム（ＣｏＣｒＰｔ）合金のマグネット膜からなる金属薄膜である。このバイアス磁石層６，６・・・は、成膜後に外部磁界によりその磁化の向きがＧＭＲ素子５の帯状長手方向に沿う方向となるように着磁されている。
【００３０】
ピンド層ＰＤの磁化の向きは、上述したように図１に示す矢印方向に相当するＧＭＲ素子５の帯状短手方向であり、バイアス磁石層６，６・・・の磁化の向きは、帯状長手方向であるため、ＧＭＲ素子５のピンド層ＰＤの磁化の向きとバイアス磁石層６，６・・・の磁化の向きとは９０°の角度をなすことになる。
このバイアス磁石層６，６・・・の磁化によって、ＧＭＲ素子５のフリー層の磁化の向きが、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向に磁化されるため、フリー層の一軸異方性（フリー層容易軸方向）を維持することができる。
【００３１】
本実施形態の磁気センサは、ＧＭＲ素子５の形状がつづら折りした帯状であり、その両端部と連結部にバイアス磁石層６，６・・・を接続し、さらにＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・をテーパー加工することにより、外部磁界に対するＧＭＲ素子の磁気異方性を十分に制御でき、フリー層の磁化の均一性を向上させて外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を確保し、強磁界が印加された後でも、フリー層の磁化の向きを正確に初期状態に復帰させることができる。
【００３２】
また、本実施形態の磁気センサは、ＧＭＲ素子の膜構造や、磁気センサのパターンを従来のものから変更することなしに、外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を向上させることができる。
【００３３】
次に、本実施形態の磁気センサの製造方法について説明する。
図５は、第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法の手順を示すフローチャートである。図６〜図１１、図１４は、第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【００３４】
本実施形態に係る磁気センサの製造方法では、まず石英又はシリコンウエハからなる基板２を用意する。基板２には、あらかじめ磁気センサ制御用のＬＳＩ部分を形成しておくことができる。その場合には、前工程（工程ア）において、公知の方法にてトランジスタ等の素子、および配線、絶縁膜、コンタクト等を形成し、さらに保護膜を形成して、この保護膜に接続用の開口部を形成しておく。
【００３５】
次いで、マグネット膜成膜（工程イ）として、図６に示すように、石英又はシリコンウエハからなる基板２の上面にスパッタリング法により、膜厚４０ｎｍ程度のクロムからなる下地膜１０を形成する。続いて、下地膜１０の上面にスパッタリング法により、膜厚９０ｎｍ程度のコバルト−白金−クロム（ＣｏＣｒＰｔ）合金からなるバイアス磁石層６を形成する。
【００３６】
次いで、マグネットカット（工程ウ）として、図７に示すように、バイアス磁石層６の上面に、スピンコート法、ディップコート法等により任意の厚み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のパターンのマスクを配置して露光した後、現像処理を行って不必要なフォトレジストを除去し、レジスト膜１１を形成する。続いて、フォトレジストを加熱してリフローさせ、両端部が曲面をなすようにリフロー後のレジスト膜１１’を形成する。
【００３７】
次いで、マグネットミリング（工程エ）として、図８に示すように、イオンミリング（図中の矢印）により、リフロー後のレジスト膜１１’で覆われていない部分の下地膜１０およびバイアス磁石層６を除去すると同時に、下地膜１０およびバイアス磁石層６を所定の形状に形成する。この工程エにおいて、リフロー後のレジスト膜１１’の両端部の曲面形状に応じて、イオンミリングにより、下地膜１０およびバイアス磁石層６の側面が基板２に対して傾斜するように形成される。
【００３８】
次いで、レジスト除去（工程オ）として、図９に示すように、アセトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の洗浄液でレジスト膜１１’を除去し、バイアス磁石層６の表面を洗浄し、レジスト膜１１’を除去する。
【００３９】
次いで、ＧＭＲ成膜（工程カ）として、図１０に示すように、基板２の上面、下地膜１０の側面、バイアス磁石層６の上面および側面に、イオンビームスパッタ法、マグネトロンスパッタ法等により、ＧＭＲ素子５を形成する。
【００４０】
次いで、マグネットアレイセット（工程キ）として、外部空間に設けたマグネットアレイを、バイアス磁石層６に対して所定の位置に配置し、ＧＭＲ素子５のピン層に対して所定の方向に磁場を印加する。
【００４１】
次いで、規則化熱処理（工程ク）として、マグネットアレイと、バイアス磁石層６との配置を固定したまま、真空中にて、２８０℃で４時間熱処理する。これにより、ＧＭＲ素子５のピン層のうち、ピニング層の規則化熱処理を行い、ピンド層の磁化の向きをＧＭＲ素子５の帯状短手方向にピン止め（固着）する。
【００４２】
次いで、マグネットアレイを所定の位置から取り外す（工程ケ）。
【００４３】
次いで、ＧＭＲパターン形成（工程Ａ）として、図１１に示すように、ＧＭＲ素子５の上面に、スピンコート法、ディップコート法等により、厚さ０．３〜５μｍ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のパターンのマスクを配置して露光した後、現像処理を行って不必要なフォトレジストを除去し、レジスト膜２０を形成する。なお、図１１及び図１４中のＡ−Ａ’方向は、図１２（ａ）のＡ−Ａ’方向に相当し、その一部分の断面図である。塗布するレジストの厚さを上記範囲とすることにより、レジストリフロー後のレジスト膜２０’の帯状長手方向の傾斜角度βを小さくすることができる。
【００４４】
続いて、レジストリフロー（工程Ｂ）として、レジスト膜２０を１２０〜１８０℃で、１〜３０分加熱してリフローさせ、レジスト膜２０の帯状長手方向、短手方向の各両端部が曲面をなすようにし、傾斜形状のリフロー後のレジスト膜２０’を形成する。従来の加熱温度である１００℃よりも高い温度でリフローし、さらに、加熱時間を上記範囲とすることにより、リフロー後のレジスト膜２０’の帯状長手方向の傾斜角度βを小さくすることができる。
【００４５】
図１２は、第１の実施形態に係るＧＭＲパターン形成（工程Ａ）後及びレジストリフロー（工程Ｂ）後のＧＭＲ素子５とレジスト膜２０、リフロー後のレジスト膜２０’の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は全体の概略断面図、（ｃ）はＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図、（ｄ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【００４６】
工程Ａ後のレジスト膜２０は、図１２（ｃ）、（ｄ）の点線で示すように直方体の形状であり、帯状短手方向、長手方向のレジスト端面がＧＭＲ素子５上面となす傾斜角度α、βはすべて９０°である。
このレジスト膜２０を加熱し、リフローを行う。リフローは基板全体で行うので、帯状短手方向、長手方向のどちらも同じ条件で加熱されるが、リフロー後のレジスト端面の形状はレジストのパターンに依存する。図１２（ｃ）、（ｄ）の断面図に、リフロー後のレジスト膜２０’の形状を実線で示す。図１２（ｃ）のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図に示したように、リフロー後のレジスト膜２０’の帯状短手方向の端面がＧＭＲ素子５上面となす傾斜角度αは３０〜８０°と小さくなり、一方、図１２（ｄ）のＢ−Ｂ’断面図に示したように、リフロー後のレジスト膜２０’の帯状長手方向の端面がＧＭＲ素子５上面となす傾斜角度βは５０〜８５°とそれよりも大きくなる。
【００４７】
次いで、ＧＭＲミリング（工程Ｃ）として、イオンビームを基板に対して斜め方向から入射して、ＧＭＲ素子５をミリングすることにより、リフロー後のレジスト膜２０’で覆われていない部分のＧＭＲ素子５を除去すると同時に、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・をテーパー加工する。
【００４８】
この工程Ｃにおいて、リフロー後のレジスト膜２０’の帯状短手方向、長手方向の両端部の曲面形状に応じて、イオンミリングにより、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・と短手方向の側面９，９・・・はそれぞれ異なるテーパー角度で基板２に対して傾斜するように形成される。
【００４９】
イオンミリングに用いるビームには、アルゴン、酸素、ＣＦ４等のガスを使用することができる。そのなかでもアルゴンが好ましい。また、ビームの入射角度は、基板に対して斜め方向であり、その角度は基板２面の法線に対して５〜３０°であるのが好ましい。また、ミリング条件は、圧力０．０１〜０．１Ｐａ、加速電圧０．３〜０．８ｋＶ、ミリング時間１〜３分で行うのが好ましい。
【００５０】
図１３は、第１の実施形態に係るＧＭＲミリング（工程Ｃ）のイオンビームの入射方向とＧＭＲ素子５のテーパー加工との関係を示す概略断面図であり、（ａ）は垂直ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図、（ｂ）は左方向斜め入射ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図、（ｃ）は右方向斜め入射ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図、（ｄ）は垂直ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図、（ｅ）は左方向斜め入射ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図、（ｆ）は右方向斜め入射ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図である。
【００５１】
イオンビームを基板に対して垂直方向（９０°）から入射してミリングする垂直ミリングを行うと、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向では、図１３（ａ）の垂直ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図に示したように、リフロー後のレジスト膜２０’の帯状長手方向の傾斜角度βは大きいため、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８はレジスト膜２０’の幅にならった形状となり、側面８，８のテーパー角度θがほぼ９０°になる。
【００５２】
一方、イオンビームを基板に対して左斜め上方向又は右斜め上方向から、基板２面の法線に対して５〜３０°の角度で入射してミリングする斜め入射ミリング（左方向斜め入射ミリング又は右方向斜め入射ミリング）を行うと、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向では、図１３（ｂ）の左方向斜め入射ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図又は図１３（ｃ）の右方向斜め入射ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図に示したように、左右方向から入射されることとなり、最終的には側面８，８のテーパー角度θがほぼ５０〜８５°になる。
このようにして、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８をテーパー加工することにより、外部磁界が加わっていないときのＧＭＲ素子５のフリー層における磁化の向きを、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向に揃えることができる。
【００５３】
次に、このＧＭＲ素子５をＡ−Ａ’断面図からみると、イオンビームを基板に対して垂直方向（９０°）から入射してミリングする垂直ミリングを行うと、ＧＭＲ素子５の帯状短手方向では、図１３（ｄ）の垂直ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図に示したように、リフロー後のレジスト膜２０’の帯状短手方向の傾斜角度αは、帯状長手方向の傾斜角度βより小さいにもかかわらず、レジスト膜２０’の厚さによっては肩部が削られる程度であって、帯状短手方向のテーパーはつきにくい。
【００５４】
一方、イオンビームを基板に対して左斜め上方向又は右斜め上方向から、基板２面の法線に対して５〜３０°の角度で入射してミリングする斜め入射ミリング（左方向斜め入射ミリング又は右方向斜め入射ミリング）を行うと、ＧＭＲ素子５の帯状短手方向では、図１３（ｅ）の左方向斜め入射ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図又は図１３（ｆ）の右方向斜め入射ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図に示したように、左右方向から入射されることとなり、最終的には側面９のテーパー角度がほぼ３０〜８０°になる。
【００５５】
なお、このＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・は、リフロー前のレジスト膜２０に対して斜め入射ミリングを行っても、上記範囲５０〜８５°のテーパー角度θを有するように加工することはできない。リフロー前のレジスト膜２０では、その長手方向のレジスト端面がＧＭＲ素子５上面となす傾斜角度βが９０°であるため、斜め入射ミリングをしても、側面８，８・・・のテーパー角度θはほぼ９０°になってしまうからである。つまり、レジスト膜２０をリフローして、その傾斜角度βが上記範囲５０〜８５°内となるリフロー後のレジスト膜２０’に形状を変化させた後に、斜め入射ミリングを行うことにより、初めてθが５０〜８５°の角度を持ったＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・を形成することができる。
また、ＧＭＲ素子５の帯状短手方向の側面９，９・・・も、レジストリフロー（工程Ｂ）と斜め入射ミリング（工程Ｃ）により、テーパー加工され、その傾斜角度は３０〜８０°である。
【００５６】
また、ミリングを垂直ミリングで行うと、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・に、ミリングで削られた材料が再付着しやすいという問題がある。本発明では、斜め入射ミリングを行う際に基板２を回転させて、図１３に示すように全方位から斜め入射ミリングを行うと、この再付着を防止し、加工精度を向上させることができる。
【００５７】
また、ＧＭＲ素子５は金属又は磁性体であるため、リフロー後のレジスト膜２０’よりもミリング速度は速い。斜め入射ミリングを行うことにより、垂直ミリングと比べてＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・を速くテーパー加工できるため、スループットを向上させることができる。
【００５８】
リフロー後のレジスト膜２０’の端面のＧＭＲ素子５上面となす傾斜角度が大きい場合、斜め入射ミリングを行うと、イオンの照射されない影の部分のＧＭＲ素子５の側面は、すそを曳いた形状になる。また、この部分にミリングで削られた材料が再付着しやすい。上述したように基板２を回転させながら斜め入射ミリングを行うと、この再付着物を除去することができる。
また、ＧＭＲ素子５の側面のすそ曳き形状を改善するには、工程Ｃの斜め入射ミリングの後、イオンビームを基板に対して垂直方向から入射して、ＧＭＲ素子５をミリングする工程Ｄを行うとよい。工程Ｃの後、工程Ｄの垂直ミリングを行っても、ＧＭＲ素子５の帯状長手方向の側面８，８・・・は、すでにテーパー加工が施されているので、ミリングで削られた材料の再付着は起こらない。
【００５９】
次いで、レジスト除去（工程コ）として、アセトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の洗浄液でリフロー後のレジスト膜２０’を除去し、ＧＭＲ素子５の表面を洗浄し、リフロー後のレジスト膜２０’を除去する。
【００６０】
次いで、ＳｉＯｘ成膜（工程サ）として、図１４に示すように、ＧＭＲ素子５の上面に、プラズマＣＶＤ法により、膜厚１５０ｎｍ程度の酸化ケイ素膜からなる第一保護膜１５を形成する。
【００６１】
次いで、ＳｉＮ成膜（工程シ）として、図１４に示すように、第一保護膜１５の上面に、プラズマＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍ程度の窒化ケイ素膜からなる第二保護膜１６を形成する。
ここで、第一保護膜１５と第二保護膜１６を併せて保護膜１７と言うこともある。また、ここで、第一保護膜１５および第二保護膜１６の上に、さらにポリイミド樹脂からなる第三保護膜を設けてもよい。
【００６２】
次いで、後工程（工程ス）として、第一保護膜１５および第二保護膜１６の所定の箇所において開口し、パッドを形成した後、基板をダイシングして個々のチップに切断する。そして、個々のチップは樹脂により封止される。
【００６３】
本発明で製造した磁気センサは、外部磁界に対するＧＭＲ素子の磁気異方性を十分に制御でき、フリー層の磁化の均一性を向上させて外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を確保し、強磁界が印加された後でも、フリー層の磁化の向きを正確に初期状態に復帰させることができる。
【００６４】
また、本発明の磁気センサの製造方法によれば、ＧＭＲ素子の膜構造や、磁気センサのパターンを従来のものから変更することなしに、外部磁界に対する磁気センサの出力安定性を向上させることができる。
【００６５】
［第２の実施形態］
図１５は、第２の実施形態に係る磁気センサ３１の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。本実施形態に係る磁気センサ３１は、（ｂ）のＡ−Ａ’断面図に示したように、ＧＭＲ素子５の底面が、バイアス磁石層６，６・・・の上平面よりもやや小さめに形成されていて、段差が設けられている以外は、第１の実施形態と同じであるので、それらの説明は省略する。ＧＭＲ素子５とバイアス磁石層６，６・・・との間に段差を設けることで、バイアス磁石層６，６・・・上にＧＭＲ素子５を形成する際の位置精度にマージンを持たせることができる。
【００６６】
［第３の実施形態］
図１６は、第３の実施形態に係る磁気センサ３１の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。第１連結部５２、第２連結部５３、第３連結部５４の大きさを第１の実施形態の場合よりも小さくし、幅狭帯状部５１，５１・・・の接合する部分に切欠き部１００，１００・・・を設けた以外は、第１の実施形態と同じであるので、それらの説明は省略する。切欠き部１００，１００・・・を設けることで、フリー層磁化の均一性をより向上させることができる。
【００６７】
［第４の実施形態］
図１７は、第４の実施形態に係る磁気センサ３１の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。第１連結部５２、第２連結部５３、第３連結部５４と幅狭帯状部５１，５１・・・とが接合する部分に切欠き部１００，１００・・・を設け、さらに第１連結部５２、第２連結部５３、第３連結部５４がバイアス磁石層６，６・・・の上面及び側面を覆うように形成されている以外は、第１の実施形態と同じであるので、それらの説明は省略する。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。本発明は、下記実施例に何ら制限されるものではない。
【００６９】
［実施例］
上述の本発明の磁気センサの製造方法に従って、膜厚４０ｎｍのＧＭＲ素子を有する磁気センサを作製した。この磁気センサは、アスペクト比が１６の帯状のＧＭＲ素子からなり、その両端部にバイアス磁石層が配されており、ＧＭＲ素子の帯状長手方向の側面にはθが７５°のテーパー加工がなされている。
得られた磁気センサに外部磁界を印加した後、それを取り除き、次いでフリー層容易軸方向（ＧＭＲ素子の帯状長手方向）に４０Ｏｅの初期化磁界を印加した後、磁気センサの出力値を測定し、初期状態での磁気センサの出力値との差（出力変動）（デジタルカウント値、単位なし）を測定した。この初期状態からの出力変動が小さいほど、フリー層の磁化の向きが初期状態の帯状長手方向に正確に復帰していることになる。
外部印加磁界と測定したセンサの初期状態からの出力変動の関係を、図１８のグラフに示す。
【００７０】
［比較例１］
上述の本発明の磁気センサの製造方法に準じて、膜厚４０ｎｍのＧＭＲ素子を有する磁気センサを作製した。この磁気センサは、アスペクト比が１６の帯状のＧＭＲ素子からなるものである。
実施例と同様にして、センサの初期状態からの出力変動を測定した。
比較例１のセンサの外部印加磁界と測定したセンサの初期状態からの出力変動の関係を、図１８のグラフに示す。
【００７１】
［比較例２］
上述の本発明の磁気センサの製造方法に準じて、膜厚４０ｎｍのＧＭＲ素子を有する磁気センサを作製した。この磁気センサは、アスペクト比が１６の帯状のＧＭＲ素子からなり、その両端部にバイアス磁石層が配されているものである。
実施例と同様にして、センサの初期状態からの出力変動を測定した。
比較例２のセンサの外部印加磁界と測定したセンサの初期状態からの出力変動の関係を、図１８のグラフに示す。
【００７２】
図１８の結果から、比較例１の帯状形状のみのセンサと比較例２の帯状形状とバイアス磁石層を有するセンサでは、強磁界印加後のフリー層の磁化の向きは、初期状態の帯状長手方向からずれていることがわかった。それに対し、実施例の帯状形状でバイアス磁石層を有し、帯状長手方向の側面にテーパー加工がなされたセンサでは、強磁界印加後もフリー層の磁化が、初期状態の帯状長手方向に正確に復帰していることがわかった。
【００７３】
以上の結果から、本発明の製造方法によれば、強磁界が印加された後でも、フリー層の磁化の向きを正確に初期状態に復帰させることのできる磁気センサが得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１の実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。
【図２】第１の実施形態に係るＸ軸磁気センサの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るＧＭＲ素子の構造を示す概略断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るＧＭＲ素子の概略斜視図である。
【図５】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図１１】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係るＧＭＲパターン形成（工程Ａ）後及びレジストリフロー（工程Ｂ）後のＧＭＲ素子とレジスト膜、リフロー後のレジスト膜の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は全体の概略断面図、（ｃ）はＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図、（ｄ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係るＧＭＲミリング（工程Ｃ）のイオンビームの入射方向とＧＭＲ素子５のテーパー加工との関係を示す概略断面図であり、（ａ）は垂直ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図、（ｂ）は左方向斜め入射ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図、（ｃ）は右方向斜め入射ミリングした場合のＢ−Ｂ’断面図、（ｄ）は垂直ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図、（ｅ）は左方向斜め入射ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図、（ｆ）は右方向斜め入射ミリングした場合のＡ−Ａ’断面の一部拡大断面図である。
【図１４】第１の実施形態に係る磁気センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る磁気センサの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図１６】第３の実施形態に係る磁気センサの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図１７】第４の実施形態に係る磁気センサの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【図１８】実施例と比較例１、２の磁気センサの外部印加磁界と測定したセンサの初期状態からの出力変動の関係を示したグラフである。
【図１９】従来のＧＭＲ素子におけるフリー層の磁化の向きを模式的に示した平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・磁気センサ、２・・・基板、５・・・磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、６・・・バイアス磁石層、８・・・帯状長手方向の側面、１１，２０・・・レジスト膜、１１’，２０’ ・・・リフロー後のレジスト膜、３１・・・磁気センサ
【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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【図１９】
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