(57)【要約】【課題】  同一基板上で、複数の磁気検出素子を、弱磁場を用いて異なる方向に高精度に磁化固定できる磁気センサの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  （ａ）工程では、第２磁性層１３ｃを第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔよりも大きく形成する。（ｂ）工程では、積層膜２０に対して磁場中熱処理を行う。このとき導電部６に流れる電流方向が異なり、積層膜２０の各領域Ａ〜Ｄには異なる方向の外部磁場が印加される。外部磁場を弱磁場とすることでＭｓ・ｔが大きい第２磁性層１３ｃの磁化は印加磁場方向を向き、ＲＫＫＹ結合磁界により第１磁性層１３ａは第２磁性層１３ｃに対し反平行に磁化固定される。（ｃ）工程では、第２磁性層１３ｃの一部を削って、Ｍｓ・ｔを第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとで同等に合わせる。（ｄ）工程では、非磁性材料層、フリー磁性層及び保護層を成膜し、各領域ごとに磁気検出素子をパターン形成する。【選択図】図１
2011033981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出磁界を生じる磁界発生手段と非接触に設けられ、前記検出磁界を検知する複数の磁気検出素子を備えた磁気センサの製造方法において、
同一基板上に、各磁気検出素子を、下から反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層し、前記固定磁性層を下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の積層フェリ構造で形成するとき、
（ａ）  前記第１磁性層と前記第２磁性層とを、異なるＭｓ・ｔ（Ｍｓは飽和磁化、ｔは膜厚）で形成して、磁場中熱処理を施す工程、
（ｂ）  前記第１磁性層と前記第２磁性層のＭｓ・ｔをほぼ同等に調整する工程、
を有し、
前記（ａ）工程での磁場印加方向を調整して、２以上の各磁気検出素子の磁化固定方向を異なる方向に制御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（ａ）工程にて、前記第２磁性層のＭｓ・ｔを前記第１磁性層のＭｓ・ｔよりも大きく形成し、
前記（ｂ）工程にて、前記第２磁性層を一部削って、前記第１磁性層と前記第２磁性層のＭｓ・ｔをほぼ同等に合わせる請求項１記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３】
前記（ａ）工程にて、Ｍｓ・ｔが前記第１磁性層のＭｓ・ｔよりも小さくなるように前記第２磁性層の一部を形成し、
前記（ｂ）工程にて、残りの前記第２磁性層を形成して、前記第１磁性層と前記第２磁性層のＭｓ・ｔをほぼ同等に合わせる請求項１記載の磁気センサの製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）工程にて、Ｍｓ・ｔが前記第１磁性層よりも小さい下側第２磁性層を形成し、前記下側第２磁性層の上に保護層を形成し、前記（ｂ）工程にて、前記保護層の上に上側第２磁性層を形成する工程を有し、
前記保護層を、前記下側第２磁性層と、前記上側第２磁性層とが同一方向に磁化固定される膜厚で形成し、
前記下側第２磁性層と前記上側第２磁性層とを足したＭｓ・ｔを、前記第１磁性層のＭｓ・ｔとほぼ同等に合わせる請求項３記載の磁気センサの製造方法。
【請求項５】
前記保護層をＣｒ層で形成する請求項４記載の磁気センサの製造方法。
【請求項６】
前記第１磁性層と前記第２磁性層を同じ磁性材料で形成し、前記（ａ）工程では、前記第１磁性層と前記第２磁性層を異なる膜厚で形成し、前記（ｂ）工程では、前記第１磁性層と前記第２磁性層をほぼ同等の膜厚に調整する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項７】
検出磁界を生じる磁界発生手段と非接触に設けられ、前記検出磁界を検知する複数の磁気検出素子を備えた磁気センサの製造方法において、
同一基板上に、各磁気検出素子を、下から反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層し、前記固定磁性層を下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の積層フェリ構造で形成するとき、
（ｃ）  前記第１磁性層及び前記非磁性中間層を成膜して、磁場中熱処理を施す工程、
（ｄ）  前記非磁性中間層上に前記第１磁性層とほぼ同等のＭｓ・ｔを有する第２磁性層を形成する工程、
を有し、
前記（ｃ）工程での磁場印加方向を調整して、２以上の各磁気検出素子の磁化固定方向を異なる方向に制御することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項８】
前記（ｃ）工程と前記（ｄ）工程の間に、前記非磁性中間層の表面層を削る工程を備える請求項７記載の磁気センサの製造方法。
【請求項９】
前記（ａ）工程、あるいは前記（ｃ）工程までに形成された積層膜に対して、通電方向が異なる導電部を対向配置し、前記導電部への通電により生じる、異なる方向の外部磁場を夫々、前記積層膜の異なる素子形成領域に印加して、前記磁場中熱処理を行う請求項１ないし８のいずれか１項に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１０】
前記（ａ）工程、あるいは前記（ｃ）工程までに形成された積層膜を異なる素子形成領域に形成するごとに、磁場印加方向が異なる磁場中熱処理を施す請求項１ないし８のいずれか１項に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１１】
前記（ａ）工程、あるいは前記（ｃ）工程までに形成された積層膜の異なる素子形成領域に対して、磁場印加方向が異なる磁場中熱処理を施した後、各素子形成領域上に同時に、前記非磁性材料層、前記フリー磁性層及び前記保護層を成膜し、各素子形成領域ごとに各磁気検出素子をパターン形成する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１２】
同一基板上に、複数の磁気検出素子を、磁化固定方向が９０度ずつ異なる方向を向くように形成する請求項１ないし１１のいずれか１項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、磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子を備える磁気センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポテンショメータ等に使用される磁気センサは、支持板上に、磁化固定方向（ＰＩＮ方向；感度軸方向）が異なる磁気検出素子を備える複数のチップが搭載された構成となっていた。【０００３】
検出磁界が作用すると、磁気検出素子を構成するフリー磁性層の磁化方向が変動し、固定磁性層の前記磁化固定方向との関係で抵抗値が変化し、その抵抗変化に基づく出力により回転角度等の検知を行うことが可能となっている。【０００４】
従来では、まず、ウエハ状の大基板上に多数の磁気検出素子を成膜した。図９に示すように、前記磁気検出素子１００を、下から反強磁性層１０１、固定磁性層１０２、非磁性材料層１０３、フリー磁性層１０４及び保護層１０５の順に積層した。【０００５】
図９に示すように固定磁性層１０２を下から第１磁性層１０６、非磁性中間層１０７及び第２磁性層１０８の順に積層してなる積層フェリ構造で形成した。図９に示すように、第１磁性層１０６と第２磁性層１０８の膜厚をほぼ同じとし、第１磁性層１０６と第２磁性層１０８を同じ磁性材料で形成することで、第１磁性層１０６と第２磁性層１０８のＭｓ・ｔ（Ｍｓは飽和磁化、ｔは膜厚）をほぼ同じに調整した。続いて、多数の前記磁気検出素子に対して同一の磁場中熱処理を施した。第１磁性層１０６及び第２磁性層１０８を、反強磁性層１０１との間で生じる交換結合磁界及び、非磁性中間層を介したＲＫＫＹ結合磁界により、反平行に磁化固定できる。【０００６】
上記のように、従来では、多数の磁気検出素子に対して同一の磁場中熱処理を施すことで、各磁気検出素子の磁化固定方向は全て同一方向となった。【０００７】
続いて、各磁気検出素子ごとに前記大基板を切り出して多数のチップを形成した。続いて、複数のチップを共通の支持板上に搭載するが、このとき、機械的に、各チップの支持板に対するマウント角度を変えることで、支持板上に搭載される各磁気検出素子の磁化固定方向を異なる方向に調整していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表平１１−５０５９３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、積層フェリ構造で形成された固定磁性層１０２を構成する第１磁性層１０６及び第２磁性層１０８のＭｓ・ｔをほぼ同等に調整したことで、耐熱、耐外部磁場耐性に優れ、リニアリティ精度に優れた磁気センサを製造できる。【００１０】
しかしながら、第１磁性層１０６と第２磁性層１０８のＭｓ・ｔをほぼ同等にした場合、磁化固定のために、数ｋＯｅ以上の強磁場を必要とした。強磁場により、第１磁性層１０６及び第２磁性層１０８は一旦、同じ方向に磁化されるが、強磁場を取り除くと、第１磁性層１０６及び第２磁性層１０８は、反強磁性層との間で生じる交換結合磁界及びＲＫＫＹ結合磁界に基づいて反平行に磁化固定される。【００１１】
このように、従来では数ｋＯｅ以上という強磁場を用いたため、同一基板上に、磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子を成膜することは出来なかった。【００１２】
そこで従来では、強磁場の磁場中熱処理により磁化固定方向が全て同一とされた多数の磁気検出素子をチップ化し、複数のチップを共通の支持板上に搭載する際、マウント角度を異ならせることで、共通の支持板上に搭載する各磁気検出素子の磁化固定方向を異ならせていた。【００１３】
しかしながら、各磁気検出素子の磁化固定方向を機械的なマウント角度の調整により制御する従来の制御方法では、マウント角度のばらつきにより、各磁気検出素子の磁化固定方向が所定方向からずれやすく、磁気センサの角度検出精度が低下する問題があった。また従来では、ダイボンダーを用いて機械的なマウント角度の調整及びダイボンド工程を必要とし、生産コストが上昇しまた煩雑な製造工程が必要となった。【００１４】
特許文献１には、磁気検出素子の上方に導体経路を位置させたセンサ素子の発明が開示されている。特許文献１では、前記導体経路に電流を流し、そのときに生じる磁界によりバイアス層部を磁化する。【００１５】
しかしながら特許文献１に記載された発明では、上記した従来課題に関する認識はなく、従来課題を解決するための手段は開示されていない。また特許文献１に記載された発明では、バイアス層部を積層フェリ構造としているのか不明であり、バイアス層部を安定して磁化固定できるか定かでない。【００１６】
特許文献２に記載された発明は、反強磁性層と接する単層構造の固定磁性層を備えた構成であり、固定磁性層を積層フェリ構造としたものでなく、上記した従来課題に関する認識はない。更に、特許文献２に記載された発明では、磁場印加用磁性層の残留磁化を用いて複数のトンネル型磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化を異なる方向に固定するものであるが、残留磁化を用いる方法では、各磁化固定方向を高精度に制御することが困難であり、ばらつきが生じやすい。【００１７】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、同一基板上で、複数の磁気検出素子を、弱磁場を用いて異なる方向に高精度に磁化固定できる磁気センサ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】
【００１８】
本発明は、検出磁界を生じる磁界発生手段と非接触に設けられ、前記検出磁界を検知する複数の磁気検出素子を備えた磁気センサの製造方法において、
同一基板上に、各磁気検出素子を、下から反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層し、前記固定磁性層を下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の積層フェリ構造で形成するとき、
（ａ）  前記第１磁性層と前記第２磁性層とを、異なるＭｓ・ｔ（Ｍｓは飽和磁化、ｔは膜厚）で形成して、磁場中熱処理を施す工程、
（ｂ）  前記第１磁性層と前記第２磁性層のＭｓ・ｔをほぼ同等に調整する工程、
を有し、
前記（ａ）工程での磁場印加方向を調整して、２以上の各磁気検出素子の磁化固定方向を異なる方向に制御することを特徴とするものである。【００１９】
本発明では、（ａ）工程に示すように、第１磁性層と第２磁性層とのＭｓ・ｔを異ならせているから、弱磁場を用いたとき、Ｍｓ・ｔの大きい磁性層を、弱磁場の磁場印加方向に優先的に磁化固定できる。一方、Ｍｓ・ｔの小さい磁性層は、ＲＫＫＹ結合磁界により反平行に磁化される。このように最初、第１磁性層と第２磁性層のＭｓ・ｔをアンバランスな状態に調整すれば、弱磁場で磁化固定制御を行うことができる。本発明では、その後、（ｂ）工程のように、第１磁性層と前記第２磁性層のＭｓ・ｔをほぼ同等に調整している。第１磁性層と第２磁性層のＭｓ・ｔをアンバランスな状態として磁場中熱処理を行う（ａ）工程を経て、Ｍｓ・ｔを揃える（ｂ）工程に至ることで、強磁場を用いずとも、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の第１磁性層と前記第２磁性層を、反平行に安定して磁化固定することができる。【００２０】
本発明における磁気センサには、磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子が設けられる。本発明では、弱磁場により磁化固定できるから、磁場印加方向を調整して、同一基板上に、磁化固定方向が異なる２以上の磁気検出素子を容易に且つ高精度に形成することができる。【００２１】
このように本発明では、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の積層フェリ構造を備え、且つ磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子を同一基板上に弱磁場の磁場中熱処理を用いて高精度に形成でき、耐熱、耐外部磁場性に優れ、リニアリティ精度の高い１チップ構成の磁気センサを製造できる。【００２２】
本発明では、前記（ａ）工程にて、前記第２磁性層のＭｓ・ｔを前記第１磁性層のＭｓ・ｔよりも大きく形成し、
前記（ｂ）工程にて、前記第２磁性層を一部削って、前記第１磁性層と前記第２磁性層のＭｓ・ｔをほぼ同等に合わせることが出来る。【００２３】
あるいは本発明では、前記（ａ）工程にて、Ｍｓ・ｔが前記第１磁性層のＭｓ・ｔよりも小さくなるように前記第２磁性層の一部を形成し、
前記（ｂ）工程にて、残りの前記第２磁性層を形成して、前記第１磁性層と前記第２磁性層のＭｓ・ｔをほぼ同等に合わせることが出来る。【００２４】
かかる場合、前記（ａ）工程にて、Ｍｓ・ｔが前記第１磁性層よりも小さい下側第２磁性層を形成し、前記下側第２磁性層の上に保護層を形成し、前記（ｂ）工程にて、前記保護層の上に上側第２磁性層を形成する工程を有し、
前記保護層を、前記下側第２磁性層と、前記上側第２磁性層とが同一方向に磁化固定される膜厚で形成し、
前記下側第２磁性層と前記上側第２磁性層とを足したＭｓ・ｔを、前記第１磁性層のＭｓ・ｔとほぼ同等に合わせることが好ましい。本発明では、前記保護層をＣｒ層で形成することが好ましい。【００２５】
また本発明では、前記第１磁性層と前記第２磁性層を同じ磁性材料で形成し、前記（ａ）工程では、前記第１磁性層と前記第２磁性層を異なる膜厚で形成し、前記（ｂ）工程では、前記第１磁性層と前記第２磁性層をほぼ同等の膜厚に調整することが、Ｍｓ・ｔの調整を簡単に行うことが出来、好適である。【００２６】
また本発明は、検出磁界を生じる磁界発生手段と非接触に設けられ、前記検出磁界を検知する複数の磁気検出素子を備えた磁気センサの製造方法において、
同一基板上に、各磁気検出素子を、下から反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層し、前記固定磁性層を下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の積層フェリ構造で形成するとき、
（ｃ）  前記第１磁性層及び前記非磁性中間層を成膜して、磁場中熱処理を施す工程、
（ｄ）  前記非磁性中間層上に前記第１磁性層とほぼ同等のＭｓ・ｔを有する第２磁性層を形成する工程、
を有し、
前記（ｃ）工程での磁場印加方向を調整して、２以上の各磁気検出素子の磁化固定方向を異なる方向に制御することを特徴とするものである。【００２７】
本発明では、（ｃ）工程に示すように、第１磁性層／非磁性中間層まで成膜し、第２磁性層を成膜する前に、磁場中熱処理を施すことで、弱磁場を用いて、第１磁性層を、印加磁場方向に磁化固定できる。その後、第２磁性層を成膜すると、ＲＫＫＹ結合磁界により、前記第２磁性層を第１磁性層の固定磁化方向に対して反平行に磁化固定できる。このように最初、非磁性中間層まで成膜し第２磁性層を成膜しない状態で磁場中熱処理を施せば、弱磁場で磁化固定制御を行うことができる。本発明では、その後、（ｄ）工程のように、第２磁性層を第１磁性層のＭｓ・ｔとほぼ同等となるように成膜している。第１磁性層／非磁性中間層まで成膜して磁場中熱処理を行う（ｃ）工程を経て、第１磁性層と同等のＭｓ・ｔを有する第２磁性層を成膜する（ｄ）工程に至ることで、強磁場を用いずとも、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の第１磁性層と前記第２磁性層を、反平行に安定して磁化固定することができる。【００２８】
本発明における磁気センサには、磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子が設けられる。本発明では、弱磁場により磁化固定できるから、磁場印加方向を調して、同一基板上に、磁化固定方向が異なる２以上の磁気検出素子を容易に且つ高精度に形成することができる。【００２９】
このように本発明では、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の積層フェリ構造を備え、且つ磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子を同一基板上に弱磁場の磁場中熱処理を用いて高精度に形成でき、耐熱、耐外部磁場性に優れ、リニアリティ精度の高い１チップ構成の磁気センサを製造できる。【００３０】
本発明では、前記（ｃ）工程と前記（ｄ）工程の間に、前記非磁性中間層の表面層を削る工程を備えることが好ましい。【００３１】
また本発明では、前記（ａ）工程、あるいは前記（ｃ）工程までに形成された積層膜に対して、通電方向が異なる導電部を対向配置し、前記導電部への通電により生じる、異なる方向の外部磁場を夫々、前記積層膜の異なる素子形成領域に印加して、前記磁場中熱処理を行うことが好ましい。【００３２】
上記では各素子形成領域に対して、一度に、磁化固定制御を行うことができ、製造工程が容易化し、且つ各磁気検出素子を高精度に形成することができる。【００３３】
あるいは、前記（ａ）工程、あるいは前記（ｃ）工程までに形成された積層膜を異なる素子形成領域に形成するごとに、磁場印加方向が異なる磁場中熱処理を施すことも出来る。【００３４】
また本発明では、前記（ａ）工程、あるいは前記（ｃ）工程までに形成された積層膜の異なる素子形成領域に対して、磁場印加方向が異なる磁場中熱処理を施した後、各素子形成領域上に同時に、前記非磁性材料層、前記フリー磁性層及び前記保護層を成膜し、各素子形成領域ごとに各磁気検出素子をパターン形成することで、各磁気検出素子の磁気、電気、温度の各特性を高精度に合わせ込むことが出来る。【００３５】
本発明では、同一基板上に、複数の磁気検出素子を、磁化固定方向が９０度ずつ異なる方向を向くように形成することができ、検出精度に優れたポテンショメータ用磁気センサを製造できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の積層フェリ構造を備え、且つ磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子を同一基板上に弱磁場の磁場中熱処理を用いて高精度に形成でき、耐熱、耐外部磁場性に優れ、リニアリティ精度の高い１チップ構成の磁気センサを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】磁気センサの第１の製造方法を模式的に示した工程図、
【図２】磁気センサの第２の製造方法を模式的に示した工程図、
【図３】磁気センサの第３の製造方法を模式的に示した工程図、
【図４】磁気センサの第４の製造方法を模式的に示した工程図、
【図５】図４に続く製造方法を模式的に示した工程図、
【図６】磁場印加装置の平面図、
【図７】別の磁場印加方法を示す模式図、
【図８】多数の磁気センサを製造するためのウエハ状の大基板と磁場印加装置とを示す平面図。
【図９】従来の磁気検出素子の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明における磁気センサの第１の製造方法を模式的に示したものである。各工程図は、膜厚方向に沿って切断した縦断面の模式図である。
【００３９】
図１（ａ）に示す工程では、基板１０上の全面に下からシード層１１、反強磁性層１２、固定磁性層１３の順に、同一真空中で連続してスパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。なお基板１０は例えば、シリコンで形成され、基板１０の表面は熱酸化シリコン層となっている。
【００４０】
シード層１１を、Ｎｉ−Ｆｅ−ＣｒまたはＣｒ、あるいはＲｕ等によって形成する。またシード層１１と基板１０との間にＴａ等の非磁性元素で形成された下地層（図示しない）を形成してもよい。
【００４１】
反強磁性層１２を、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成する。反強磁性層１２をＰｔ−ＭｎやＩｒ−Ｍｎで形成することが好適である。前記反強磁性層１２の膜厚を８０Å〜３００Å程度で形成する。
【００４２】
図１（ａ）に示すように固定磁性層１３を下から第１磁性層１３ａ、非磁性中間層１３ｂ及び第２磁性層１３ｃの順に積層する。
【００４３】
第１磁性層１３ａ及び第２磁性層１３ｃを、共に、Ｃｏ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ，Ｃｏなどの磁性材料で形成るが、Ｃｏを含む磁性材料（Ｃｏ−Ｆｅ等）であることが好適である。また非磁性中間層１３ｂを、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成するが特にＲｕで形成することが好適である。一例を示すと固定磁性層１３は、第１磁性層１３ａ；Ｃｏ−Ｆｅ／非磁性中間層１３ｂ；Ｒｕ／第２磁性層１３ｃ；Ｃｏ−Ｆｅの積層フェリ構造である。
【００４４】
図１（ａ）では、第１磁性層１３ａの膜厚より第２磁性層１３ｃの膜厚を厚く形成している。本実施形態では、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃを同じ磁性材料で形成し、第２磁性層１３ｃの膜厚を、第１磁性層１３ａの膜厚より厚くすることで、第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔ（Ｍｓは飽和磁化、ｔは膜厚）を第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔより大きくしている。
【００４５】
第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとで磁性材料を異ならせ、Ｍｓを第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとで異ならせることで、Ｍｓ・ｔを第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとでアンバランスな状態にすることも出来るが、使用する磁性材料は第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとで同じとして膜厚を変えるほうが、Ｍｓ・ｔの調整を容易化できて好ましい。
【００４６】
図１（ａ）では、第１磁性層１３ａを、１０Å〜２０Å程度の膜厚で形成し、第２磁性層１３ｃを、１２Å〜３６Å程度の膜厚で形成する。第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとの膜厚差は、２Å〜１６Å程度とする。また、非磁性中間層１３ｂを８Å〜１０Å程度の膜厚で形成する。また、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとでは、０．４（Ｔ・ｎｍ）〜３．０（Ｔ・ｎｍ）程度のＭｓ・ｔの差があることが好適である。
【００４７】
次に、図１（ｂ）の工程では、シード層１１から固定磁性層１３までの積層膜２０の上方に、支持板７の表面に導電部（コイル層）６が形成された磁場印加装置８を対向配置させる。
【００４８】
前記導電部６は、例えば、図６に示すパターン形状で薄膜形成されている。Ｃｕ等の良導体から成る導電部６を支持板７の表面７ａにフォトリソグラフィ技術を用いて高精度にパターン形成する。
【００４９】
図６に示すように、導電部６は、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向に延びる複数のパターン部が連結した形状となっている。ここで、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向は平面（基板１０の表面と平行な面）にて直交する２方向を指す。
【００５０】
図６に示すように導電部６には、Ｙ１−Ｙ２方向に延びる第１パターン部６ａ及び第３パターン部６ｃと、Ｘ１−Ｘ２方向に延びる第２パターン部６ｂ及び第４パターン部６ｄが形成されている。
【００５１】
そして、導電部６内に電流Ｉを図６に示す矢印方向（幅広）から流したとすると、導電部６の第１パターン部６ａには電流ＩがＹ１方向に流れ、導電部６の第２パターン部６ｂには電流ＩがＸ１方向に流れ、導電部６の第３パターン部６ｃには電流ＩがＹ２方向に流れ、導電部６の第４パターン部６ｄには電流ＩがＸ２方向に流れる。
【００５２】
このとき、右ねじの法則により、各パターン部６ａ〜６ｄから積層膜２０に外部磁場が印加されるが、前記外部磁場は、電流方向の違いにより、各パターン部６ａ〜６ｄから積層膜２０に対して９０度ずつ異なる方向に印加される。
【００５３】
図１（ｂ）の工程では、加熱しながら導電部６に通電して前記外部磁場を積層膜２０に印加する（磁場中熱処理）。加熱温度は、２７０℃〜３１０℃程度である。
【００５４】
図１（ａ）で説明したようにＭｓ・ｔは第２磁性層１３ｃのほうが第１磁性層１３ａより大きくなっているため、前記第２磁性層１３ｃが外部磁場の方向に優先的に磁化される。
【００５５】
図１（ｂ）に示すように、例えば、積層膜２０の素子形成領域Ａでは、第２磁性層１３ｃが紙面右方向に磁化固定され、素子形成領域Ｂでは、第２磁性層１３ｃが紙面左方向に磁化固定され、素子形成領域Ｃでは、第２磁性層１３ｃが紙面垂直上方向に磁化固定され、素子形成領域Ｄでは、第２磁性層１３ｃが紙面垂直下方向に磁化固定されている（矢印で磁化固定方向を示す。図２、図３、図４、図５、図７においても同じ）。一方、各素子形成領域Ａ〜Ｄの第１磁性層１３ａは、非磁性中間層１３ｂを介して生じるＲＫＫＹ結合磁界により第２磁性層１３ｃの磁化固定方向に対して反平行に磁化される。また、第１磁性層１３ａと反強磁性層１２との間では交換結合磁界が生じており、導電部６への通電を停止しても、ＲＫＫＹ結合磁界及び交換結合磁界に基づいて、各素子形成領域Ａ〜Ｄにて、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとを反平行状態に安定して磁化固定できる。
【００５６】
次に、図１（ｃ）の工程では、第２磁性層１３ｃの表面層をエッチング等で除去し、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔをほぼ同等に合わせている。
【００５７】
図１の実施形態では、第１磁性層１３ａ及び第２磁性層１３ｃに使用する磁性材料を同じとしており、Ｍｓ・ｔをほぼ同等に合わせるために、図１（ｃ）では、第２磁性層１３ｃの膜厚を第１磁性層１３ａの膜厚とほぼ同じとなるように第２磁性層１３ｃの膜厚を調整している。
【００５８】
次に、図１（ｄ）の工程では、固定磁性層１３上の全面に下から非磁性材料層１４、フリー磁性層１５及び保護層１６の順に、連続して同一真空中で、スパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。
【００５９】
非磁性材料層１４を、例えば、Ｃｕで形成する。非磁性材料層１４の膜厚は、１８Å〜２６Å程度である。なお、図１に示す実施形態では磁気検出素子４をＣＩＰ（current  in  the  plane）型の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）で形成するが、トンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）とする場合、非磁性材料層１４を、Ｍｇ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ等から成る絶縁障壁層で形成する。トンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ（current  perpendicular  to  the  plane）型の巨大磁気抵抗効果素子の場合、図１に示す固定磁性層１３の下側と、フリー磁性層１５の上側に夫々電極層を設けておく。
【００６０】
フリー磁性層１５は磁性層の単層構造でもよいが、下からエンハンス層，軟磁性層の順に積層した構成が好適である。エンハンス層を、例えばＣｏ−Ｆｅで形成する。また、軟磁性層を、エンハンス層よりも低保磁力、低異方性磁界である等、軟磁気特性に優れた材質で形成する。フリー磁性層１５の膜厚を、エンハンス層は５Å〜２０Å程度、軟磁性層は１０Å〜４０Å程度で形成することが好適である。
【００６１】
また、保護層１６をＴａ等の非磁性材料で形成し、３０Å〜１００Å程度の膜厚で形成する。
【００６２】
次に、シード層１１から保護層１６までの積層膜２１を、各素子形成領域Ａ〜Ｄごとに所定形状（例えばミアンダ形状）にパターンニングし、各素子形成領域Ａ〜Ｄに夫々、磁化固定方向が異なる磁気検出素子をパターン形成する。なお、図１（ｄ）の積層膜２１を備える磁気検出素子において、抵抗変化に寄与する層は、固定磁性層を構成する第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃのうち非磁性材料層１４に接する第２磁性層１３ｃであるため、特に断らない限り磁気検出素子の「磁化固定方向」とは第２磁性層１３ｃの磁化固定方向を指すものとする。
【００６３】
図１に示す磁気センサの製造方法では、図１（ａ）に示す工程で、第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔを第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔより大きくしている。したがって図１（ｂ）の工程で、固定磁性層１３に印加される外部磁場を弱磁場としたとき、Ｍｓ・ｔが大きい第２磁性層１３ｃを優先的に外部磁場の磁場印加方向を向けて磁化固定でき、一方、Ｍｓ・ｔが小さい第１磁性層１３ａをＲＫＫＹ結合磁界により第２磁性層１３ｃに対して反平行を向けて磁化固定出来る。
【００６４】
このように最初、Ｍｓ・ｔを第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとでアンバランスな状態にすれば、弱磁場で磁化固定制御を行うことができる。本実施形態では、図１（ｂ）の弱磁場での磁場中熱処理の次に、図１（ｃ）工程のように、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔをほぼ同等となるように調整している。第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとでＭｓ・ｔをアンバランスな状態に調整して弱磁場での磁場中熱処理を行う図１（ｂ）の工程を経て、Ｍｓ・ｔを合わせる図１（ｃ）の工程に至ることで、強磁場を用いずとも、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の第１磁性層と前記第２磁性層を、安定して反平行状態に磁化固定することができる。
【００６５】
図２は、本発明における磁気センサの第２の製造方法を模式的に示したものである。各工程図は、膜厚方向に沿って切断した縦断面の模式図である。なお図１と同じ層には同じ符号を付した。
【００６６】
図２（ａ）では、基板１０上に下からシード層１１、反強磁性層１２、第１磁性層１３ａ、非磁性中間層１３ｂ、第２磁性層１３ｃ１、及びＣｒ層（保護層）１３ｄの順に、連続して同一真空中でスパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。
【００６７】
図２（ａ）に示す工程では、図１（ａ）と異なって、第２磁性層１３ｃ１のＭｓ・ｔを第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔよりも小さく形成する。図２（ａ）に示す実施形態では、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃ１を同じ磁性材料で形成しているので、第２磁性層１３ｃ１の膜厚を第１磁性層１３ａの膜厚より薄く形成している。なお以下では、第２磁性層１３ｃ１を、「下側第２磁性層」と称することとする。
【００６８】
Ｃｒ層１３ｄは、下側第２磁性層１３ｃ１を酸化等から保護するための層であり、Ｃｒ以外の非磁性材料であってもよいがＣｒ層１３ｄが好ましく使用される。
【００６９】
続いて、図２（ｂ）の工程では、シード層１１からＣｒ層１３ｄまでの積層膜２３の上方に、通電方向が異なる導電部６を備える磁場印加装置８を対向配置する。
【００７０】
そして、加熱しながら、前記導電部６に電流を流して前記導電部６から積層膜２３の各素子形成領域Ａ〜Ｄに９０度ずつ異なる方向の外部磁場を印加する（磁場中熱処理）。
【００７１】
図２（ｂ）に示す工程では、弱磁場の外部磁場を積層膜２３に印加して、各素子形成領域Ａ〜Ｄの第１磁性層１３ａを９０度ずつ異なる方向に磁化する。本実施形態では、Ｍｓ・ｔが大きい第１磁性層１３ａを外部磁場の方向に磁化できる。また、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとの間で生じるＲＫＫＹ結合磁界により下側第２磁性層１３ｃ１は第１磁性層１３ａの磁化方向に対して反平行に磁化される。図２（ｂ）の工程では磁場中熱処理により反強磁性層１２と第１磁性層１３ａとの間に生じる交換結合磁界、及びＲＫＫＹ結合磁界により、導電部６への通電を停止しても、第１磁性層１３ａと下側第２磁性層１３ｃ１とを反平行状態に安定して磁化固定できる。
【００７２】
次に図２（ｃ）の工程では、Ｃｒ層１３ｄ上に上側第２磁性層１３ｃ２をスパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。このとき、下側第２磁性層１３ｃ１と上側第２磁性層１３ｃ２とを合わせたＭｓ・ｔが第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔとほぼ同等となるように、上側第２磁性層１３ｃ２の膜厚を調整する。
【００７３】
また、図２（ａ）で形成されるＣｒ層１３ｄを、下側第２磁性層１３ｃ１と上側第２磁性層１３ｃ２とがＣｒ層１３ｄを介して磁気的に結合し同一方向に磁化固定される程度の薄い膜厚で形成する。Ｃｒ層１３ｄの膜厚を、０．５Å〜１．５Å程度の膜厚で形成することが好適である。
【００７４】
Ｃｒ層１３ｄを図２（ｂ）と図２（ｃ）の間の工程で全て除去して、下側第２磁性層１３ｃ１上に直接、上側第２磁性層１３ｃ２を付け足すことも出来るが、Ｃｒ層１３ｄを上記したように薄く形成して、下側第２磁性層１３ｃ１と上側第２磁性層１３ｃ２とを同一方向に磁化固定できればＣｒ層１３ｄを残しておいても問題はなく、むしろ、磁場中熱処理工程により酸化されたＣｒ層１３ｄを、鏡面反射効果を有するＮＯＬ（Nano  Oxide  Layer）として機能させることができ、各磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に向上させることも可能である。
【００７５】
次に、図１（ｄ）の工程では、固定磁性層１３上の全面に、下から非磁性材料層１４、フリー磁性層１５及び保護層１６の順に連続して同一真空中で、スパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。
【００７６】
次に、シード層１１から保護層１６までの積層膜２１を、各素子形成領域Ａ〜Ｄごとに所定形状（例えばミアンダ形状）にパターンニングし、各素子形成領域Ａ〜Ｄに夫々、磁化固定方向が異なる磁気検出素子をパターン形成する。
【００７７】
図２に示す磁気センサの製造方法では、図２（ａ）に示す工程で、第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔを第２磁性層１３ｃ（下側第２磁性層１３ｃ１）のＭｓ・ｔより大きくしている。したがって図２（ｂ）の工程で、固定磁性層１３に印加される外部磁場を弱磁場としたとき、Ｍｓ・ｔが大きい第１磁性層１３ａを優先的に外部磁場の磁場印加方向に向けて磁化固定でき、一方、Ｍｓ・ｔが小さい下側第２磁性層１３ｃ１をＲＫＫＹ結合磁界により第１磁性層１３ａに対して反平行に向けて磁化固定出来る。
【００７８】
このように最初、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとのＭｓ・ｔをアンバランスな状態に調整すれば、弱磁場で磁化固定制御を行うことができる。本実施形態では、図２（ｂ）の弱磁場での磁場中熱処理の次に、図２（ｃ）工程のように、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔをほぼ同等となるように調整している。第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔをアンバランスな状態に調整して弱磁場での磁場中熱処理を行う図２（ｂ）の工程を経て、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔを合わせる図２（ｃ）の工程に至ることで、強磁場を用いずとも、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の第１磁性層と前記第２磁性層を、安定して反平行状態に磁化固定することができる。
【００７９】
図３は、第３実施形態における磁気センサの製造工程を模式的に示したものである。各工程図は、膜厚方向に沿って切断した縦断面の模式図である。なお図１と同じ層には同じ符号を付した。
【００８０】
図３（ａ）に示す工程では、基板１０上の全面に下からシード層１１、反強磁性層１２、第１磁性層１３ａ及び非磁性中間層１３ｂの順に、連続して同一真空中で、スパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。このとき、非磁性中間層１３ｂの膜厚を所定厚よりも厚く形成しておく。
【００８１】
次に、図３（ｂ）に示す工程では、通電方向が異なる導電部６を備える磁場印加装置８を、シード層１１から非磁性中間層１３ｂまでの積層膜２２の上方に対向配置する。そして、加熱しながら前記導電部６に電流を流して前記導電部６から積層膜２２の各素子形成領域Ａ〜Ｄに９０度ずつ異なる方向の外部磁場を印加する（磁場中熱処理）。
【００８２】
図３（ｂ）に示す工程では、弱磁場の外部磁場を積層膜２２に印加して、各素子形成領域Ａ〜Ｄの第１磁性層１３ａを９０度ずつ異なる方向に磁化する。
【００８３】
本実施形態では、第２磁性層１３ｃを成膜する前に、磁場中熱処理を施すため、弱磁場を用いて、第１磁性層１３ａを外部磁場の磁場印加方向に磁化できる。図３（ｂ）の工程では磁場中熱処理により反強磁性層１２と第１磁性層１３ａとの間に交換結合磁界が生じるため、導電部６への通電を停止した後でも第１磁性層１３ａを磁場印加方向に保持できる。
【００８４】
次に、図３（ｃ）の工程では、非磁性中間層１３ｂの表面層をエッチング等で削り、前記非磁性中間層１３ｂを所定厚に制御する。非磁性中間層１３ｂの表面層は、図３（ｂ）の磁場中熱処理により、酸化等されているため、図３（ａ）の工程では非磁性中間層１３ｂを所定厚よりも厚く形成しておき、磁場中熱処理後、図３（ｃ）の工程で、非磁性中間層１３ｂの表面層を削って所定厚に調整することが好適である。
【００８５】
次に、図３（ｄ）の工程では、各素子形成領域Ａ〜Ｄの非磁性中間層１３ｂ上の全面に下から第２磁性層１３ｃ、非磁性材料層１４、フリー磁性層１５及び保護層１６の順に、連続して同一真空中でスパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。
【００８６】
このとき、第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔを第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔとほぼ同等とする。図３（ｄ）では、第２磁性層１３ｃを第１磁性層１３ａと同じ磁性材料で形成しているため、第２磁性層１３ｃの膜厚を第１磁性層１３ａの膜厚とほぼ同じにして、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃのＭｓ・ｔをほぼ同等に合わせている。
【００８７】
第１磁性層１３ａの磁化は磁場印加方向に保持された状態となっているため、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとの間に生じるＲＫＫＹ結合磁界により、第２磁性層１３ｃの磁化は第１磁性層１３ａの磁化方向に対して反平行を向き、ＲＫＫＹ結合磁界、及び反強磁性層１２との間で生じる交換結合磁界に基づいて、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとを反平行状態に安定して磁化固定することが出来る。
【００８８】
続いて、シード層１１から保護層１６までの積層膜２１を、各素子形成領域Ａ〜Ｄごとに所定形状（例えばミアンダ形状）にパターンニングし、各素子形成領域Ａ〜Ｄに夫々、磁化固定方向が異なる磁気検出素子をパターン形成する。
【００８９】
図３に示す磁気センサの製造方法では、図３（ａ）の工程で、非磁性中間層１３ｂまで成膜し、第２磁性層１３ｃを成膜しない状態で磁場中熱処理を施しており、これにより、第１磁性層１３ａに対する磁化制御を、弱磁場で行うことができる。そして本実施形態では、磁場中熱処理後、図３（ｃ）工程のように、第２磁性層１３ｃを第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔとほぼ同等となるように成膜している。このように、非磁性中間層１３ｂまでを成膜して第１磁性層１３ａに対する磁場中熱処理を施し、その後、第２磁性層１３ｃを成膜する工程に至ることで、強磁場を用いずとも、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃを、反平行に安定して磁化固定することができる。
【００９０】
また図１ないし図３に示す磁気センサの製造方法では、通電方向が異なる導電部６を備える磁場印加装置８を用いて、図１（ｂ）の積層膜２０、図２（ｂ）の積層膜２３、及び図３（ｂ）の積層膜２２の各素子形成領域Ａ〜Ｄに異なる方向の外部磁場を印加できる。そして本実施形態では、外部磁場を弱磁場とすればよいから導電部６に流す電流値が小さくて済み、磁場印加装置８にかかる負担が小さく、また、異なる方向の外部磁場間の磁場干渉を小さくでき、適切に各素子形成領域Ａ〜Ｄに異なる方向の外部磁場を印加できる。
【００９１】
外部磁場の大きさがＲＫＫＹ結合磁界より小さくなるように、導電部６への電流値を調整することが好適である。具体的には外部磁場を１００〜８００Ｏｅ程度の範囲内で調整することが好適である。
【００９２】
また磁場印加装置８に形成された導電部６を、支持板７の表面７ａの全面にスパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて図６に示すパターンにて高精度に形成することができる。したがって導電部６の第１パターン部６ａ及び第３パターン部６ｃをＹ１−Ｙ２方向に沿って高精度にパターン形成でき、導電部６の第２パターン部６ｂ及び第４パターン部６ｄをＸ１−Ｘ２方向に沿って高精度にパターン形成できる。よって各パターン部６ａ〜６ｄへの通電により生じた各外部磁場を９０度ずつ異なる方向へ高精度に制御でき、各素子形成領域Ａ〜Ｄでの磁化固定方向を９０度ずつ異なる方向に高精度に制御することが可能である。
【００９３】
このように本実施形態では、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の積層フェリ構造を備え、且つ磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子を同一基板上に弱磁場の磁場中熱処理を用いて高精度に形成でき、耐熱、耐外部磁場性に優れ、リニアリティ精度の高い１チップ構成の磁気センサを製造できる。１チップ構成にできることで、磁気センサの小型化を促進できる。
【００９４】
また図１ないし図３の磁気センサの製造方法では、各素子形成領域Ａ〜Ｄに対して、一度に、磁化固定制御を行うことが出来る。また図１（ｂ）に示す固定磁性層１３までの成膜、図１（ｄ）に示す保護層１６までの成膜、あるいは、図２（ｂ）に示すＣｒ層１３ｄまでの成膜、図２（ｄ）に示す保護層１６までの成膜、又は、図３（ｂ）に示す非磁性中間層１３ｂまでの成膜、図３（ｄ）に示す保護層１６までの成膜を、各素子形成領域Ａ〜Ｄに同時に行なうことができ、図１（ｄ），図２（ｄ）、図３（ｄ）の各工程の次に、各素子形成領域Ａ〜Ｄに対して、磁気検出素子のパターンニング工程を同時に行なうことが出来る。よって製造工程を簡単にでき、更に、各磁気検出素子の磁気、電気、温度の各特性を高精度に合わせ込むことができ、検出精度に優れた磁気センサを製造することができる。
【００９５】
図１ないし図３に示す実施形態では、積層膜２０，２２，２３の上方に、磁場印加装置８を対向配置し、磁場印加後は磁場印加装置８を外部へ排出している（磁気センサ内に磁場印加装置８は組み込まれない）。これにより磁場印加装置８を、磁気センサの製造のたびに繰り返し使用可能である。
【００９６】
ただし図７に示すように、基板１０上に導電部６をフォトリソグラフィ技術を用いて所定パターンに形成し、前記導電部６上にシード層１１から保護層１６までの積層膜２１を成膜することも出来る。かかる場合、例えば図１（ｂ）や図２（ｂ）と同様に、最初、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとのＭｓ・ｔをアンバランスな状態に調整しておき、あるいは図３（ｂ）に示すように非磁性中間層１３ｂまでを成膜した状態で、前記導電部６に通電して、各素子形成領域Ａ〜Ｄに対して９０度ずつ異なる方向への磁化固定制御を行う。その後は、図１（ｃ）→図１（ｄ）→磁気検出素子へのパターンニング、図２（ｃ）→図２（ｄ）→磁気検出素子へのパターンニング、あるいは、図３（ｃ）→図３（ｄ）→磁気検出素子へのパターンニングを行う。
【００９７】
図７に示す実施形態では、導電部６を磁気検出素子と同様に基板１０上に形成し、前記導電部６の基板１０に対する形成位置を、フォトリソグラフィ技術を用いて高精度に制御できるから、各磁気検出素子の磁化固定方向をより高精度に調整できる。
【００９８】
なお図７に示す実施形態では、基板１０上に導電部６が残されるので、磁気センサは導電部６を有して構成される。
【００９９】
図４及び図５は、第４実施形態における磁気センサの製造工程を模式的に示したものである。各工程図は、膜厚方向に沿って切断した縦断面の模式図である。なお図１と同じ層には同じ符号を付した。
【０１００】
図４及び図５に示す磁気センサの製造方法は製造工程中における膜構成が図２と同じとなっている。
【０１０１】
図４（ａ）の工程では、基板１０上の全面に下からシード層１１、反強磁性層１２、第１磁性層１３ａ、非磁性中間層１３ｂ、下側第２磁性層１３ｃ１及びＣｒ層１３ｄの順に連続成膜する。
【０１０２】
図４（ｂ）の工程では、シード層１１からＣｒ層１３ｄまでの積層膜２３に対して磁場中熱処理を施す。この工程での磁場中熱処理は、前記積層膜２３の全体に施される。本実施形態では弱磁場の外部磁場を印加し、このとき、Ｍｓ・ｔが大きい第１磁性層１３ａが外部磁場の磁場印加方向に磁化される。また、第１磁性層１３ａと第２磁性層１３ｃとの間で生じるＲＫＫＹ結合磁界により下側第２磁性層１３ｃ１は第１磁性層１３ａの磁化方向に対して反平行に磁化される。図４（ｂ）の工程では磁場中熱処理により反強磁性層１２と第１磁性層１３ａとの間に生じる交換結合磁界、及びＲＫＫＹ結合磁界により、外部磁場の印加を停止しても、第１磁性層１３ａと下側第２磁性層１３ｃ１とを反平行状態に安定して磁化固定できる。
【０１０３】
次に図４（ｃ）の工程では、Ｃｒ層１３ｄ上に上側第２磁性層１３ｃ２をスパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。このとき、下側第２磁性層１３ｃ１と上側第２磁性層１３ｃ２とを合わせたＭｓ・ｔが第１磁性層１３ａのＭｓ・ｔとほぼ同等となるように、上側第２磁性層１３ｃ２の膜厚を調整する。
【０１０４】
また、図４（ａ）で形成されるＣｒ層１３ｄを、下側第２磁性層１３ｃ１と上側第２磁性層１３ｃ２とがＣｒ層１３ｄを介して磁気的に結合し同一方向に磁化固定される程度の薄い膜厚で形成する。
【０１０５】
さらに図４（ｃ）の工程では、固定磁性層１３上の全面に下から非磁性材料層１４、フリー磁性層１５及び保護層１６の順に、連続して同一真空中で、スパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。
【０１０６】
続いて、図４（ｄ）の工程では、シード層１１から保護層１６までの積層膜２１の上面にレジスト等からなるマスク層２５を形成し、図４（ｅ）の工程では、前記マスク層２５に覆われていない積層膜２１をエッチング等で除去する。これにより例えば、第２磁性層１３ｃ（下側第２磁性層１３ｃ１と上側第２磁性層１３ｃ２）の磁化固定方向が紙面左方向で、第１磁性層１３ａの磁化固定方向が紙面右方向に制御された第１磁気検出素子２をパターン形成できる。例えば磁気検出素子２の平面形状をミアンダ形状にてパターン形成できる。
【０１０７】
次に図５（ａ）の工程では、第１磁気検出素子２の上面から側面にかけてＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2からなる絶縁性の分離層２６を形成する。そして分離層２６上から基板１０上にかけて、下からシード層１１、反強磁性層１２、第１磁性層２７ａ、非磁性中間層２７ｂ、下側第２磁性層２７ｃ１（Ｍｓ・ｔは第１磁性層２７ａより小さい）及びＣｒ層２７ｄの順に連続成膜する。
【０１０８】
続いて、磁場中熱処理を施すが、このとき磁場印加方向を図４（ｂ）での磁場印加方向と異なる方向とする。図５（ａ）では、磁場印加方向を紙面左方向とした。この結果、第１磁気検出素子２の側部に位置する積層膜２８のうち、Ｍｓ・ｔの大きい第１磁性層２７ａが紙面左方向に磁化され、一方、下側第２磁性層２７ｃ１がＲＫＫＹ結合磁界により第１磁性層２７ａの磁化方向に対して反平行に磁化される。図５（ａ）の工程では磁場中熱処理により反強磁性層１２と第１磁性層２７ａとの間に生じる交換結合磁界、及びＲＫＫＹ結合磁界により、外部磁場の印加を停止しても、第１磁性層２７ａと下側第２磁性層２７ｃ１とを反平行状態に安定して磁化固定できる。
【０１０９】
本実施形態では、外部磁場を弱磁場にできる。具体的には外部磁場をＲＫＫＹ結合磁界よりも小さい値に設定する。したがって、図５（ａ）に示す既に完成した第１磁気検出素子２の第１磁性層１３ａ及び第２磁性層１３ｃ（下側第２磁性層１３ｃ１と上側第２磁性層１３ｃ２）の磁化固定方向が、図５（ａ）工程で印加される外部磁場によって揺らぐことなく、第１磁気検出素子２の第１磁性層１３ａ及び第２磁性層１３ｃ磁化固定方向を安定して反平行状態に維持することが出来る。
【０１１０】
図５（ａ）示すように、積層膜２８の第１磁性層２７ａの磁化固定方向は、紙面左方向であり、下側第２磁性層２７ｃ１の磁化固定方向は紙面右方向であり、第１磁気検出素子２の第１磁性層１３ａ及び第２磁性層１３ｃに対して１８０度異なる方向を向いている。
【０１１１】
次に図５（ｂ）の工程では、Ｃｒ層２７ｄ上に上側第２磁性層２７ｃ２をスパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。このとき、下側第２磁性層２７ｃ１と上側第２磁性層２７ｃ２とを合わせたＭｓ・ｔが第１磁性層２７ａのＭｓ・ｔとほぼ同等となるように、上側第２磁性層２７ｃ２の膜厚を調整する。
【０１１２】
また、図５（ａ）で形成されるＣｒ層２７ｄを、下側第２磁性層２７ｃ１と上側第２磁性層２７ｃ２とがＣｒ層２７ｄを介して磁気的に結合し同一方向に磁化固定される程度の薄い膜厚で形成する。
【０１１３】
さらに図５（ｂ）の工程では、固定磁性層１３上の全面に、下から非磁性材料層１４、フリー磁性層１５及び保護層１６の順に、連続して同一真空中で、スパッタ法等の薄膜技術を用いて成膜する。
【０１１４】
続いて、シード層１１から保護層１６までの積層膜２９の上面にレジスト等からなるマスク層（図示しない）を第１磁気検出素子２の形成位置と異なる領域に形成し、図５（ｅ）の工程では、前記マスク層に覆われていない積層膜２９をエッチング等で除去する。これにより磁化固定方向が第１磁気検出素子２と異なる第２磁気検出素子３を第１磁気検出素子２と同一の基板１０上にパターン形成できる。
【０１１５】
上記した図５（ａ）（ｂ）の工程を繰り返すことで、図５（ｄ）に示すように、磁化固定方向が９０度ずつ異なる方向の４個の磁気検出素子２〜５を同一の基板１０上に形成することができる。
【０１１６】
図４，図５では、第２磁性層より第１磁性層のＭｓ・ｔを大きくした状態で、磁場中熱処理していたが、図１と同様に、Ｍｓ・ｔを第１磁性層１３ａより第２磁性層１３ｃを大きくした状態で、磁場中熱処理する、あるいは図３と同様に、非磁性中間層１３ｂまでを成膜した状態で、磁場中熱処理することも当然、可能である。
【０１１７】
図４及び図５に示す製造方法においても、図１ないし図３に示す製造方法と同様に、強磁場を用いずとも、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の第１磁性層と第２磁性層を、反平行に安定して磁化固定することができる。
【０１１８】
そして本実施形態では、弱磁場により磁化固定できるから、図５（ａ）に示すように、磁場印加方向を調整して、同一基板１０上に、磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子２〜５を容易に且つ高精度に形成することができる。
【０１１９】
このように本実施形態では、Ｍｓ・ｔがほぼ同等の積層フェリ構造を備え、且つ磁化固定方向が異なる複数の磁気検出素子を同一基板上に弱磁場の磁場中熱処理を用いて高精度に形成でき、耐熱、耐外部磁場性に優れ、リニアリティ精度の高い１チップ構成の磁気センサを製造できる。
【０１２０】
図４及び図５に示す実施形態では、シード層１１から保護層１６までの積層構造を備える１つの磁気検出素子を完成させた後、磁化固定方向が異なる別の磁気検出素子を形成するが、各磁気検出素子２〜５の非磁性材料層から保護層までの成膜は後に回すことも出来る。
【０１２１】
すなわち、例えば図４（ｂ）の工程後、図４（ｃ）の工程に移行せず、積層膜２３を第１磁気検出素子２の素子形成領域に残し（最終的な磁気検出素子の形状にパターン形成せず、ある程度、大きい面積を有する状態で残しておくことがよい）、続いて、図５（ａ）に移行して第２磁気検出素子３に対する積層膜２８の形成及び磁場中熱処理を行う。そして積層膜２８を第２磁気検出素子３の素子形成領域に残す。第３磁気検出素子４及び第４磁気検出素子５を構成する積層膜を同様に形成する。
【０１２２】
各素子形成領域に形成された積層膜上の全面に下から非磁性材料層１４、フリー磁性層１５及び保護層１６の順に連続して成膜する。そして各素子形成領域ごとに各磁気検出素子２〜５をパターン形成する。
【０１２３】
これにより、製造工程を容易化でき、また非磁性材料層１４から保護層１６までの成膜を各磁気検出素子２〜５において共通にできるから、各磁気検出素子２〜５の磁気、電気、温度の各特性を合わせ込むことが出来る。
【０１２４】
また図８に示すように、本実施形態ではウエハ状の大基板３０上の全面に、例えば図１（ａ）の第２磁性層１３ｃまでを成膜し、シード層１１から第２磁性層１３ｃまでの積層膜２０の上方に磁場印加装置３２を対向配置する。
【０１２５】
図８に示す磁場印加装置３２に形成された導電部３１は図８では、Ｘ１−Ｘ２方向に直線状となっているが、実際には図６のように屈曲したパターン形状が大基板３０の点線で区切られた各領域３０ａに対向して形成されている。
【０１２６】
そして、導電部６に電流を流すことで、大基板３０上の全面に形成された積層膜２０に対して一度に、磁化固定制御を行うことが出来る。その後、図１（ｃ）（ｄ）に準じた製造工程を行い、各磁気検出素子にパターンニングを行った後、図８に示す各領域をダイシングして多数の磁気センサを製造する。このように多数の磁気センサを同時に製造でき、また従来のようにマウント角度の調整やダイボンディング工程等が必要なく、簡単な製造方法を実現できる。
【０１２７】
本実施形態における磁気センサは、例えばポテンショメータに使用される。図１ないし図５に示す製造方法にて形成された磁気センサでは、各磁気検出素子２〜５の磁化固定方向が９０度ずつ異なっている。そして各磁気検出素子２〜５がフルブリッジ回路あるいは分圧回路に配線されている。
【０１２８】
磁気センサには非接触の磁石（磁界発生手段）が対向配置されており、前記磁石が回転することで前記磁気センサに検出磁界が作用する。この検出磁界が各磁気検出素子２〜５に作用し、各磁気検出素子２〜５の抵抗変化に基づく出力値により磁石の回転角度を検知することが可能になっている。
【０１２９】
本実施形態における磁気センサ１は、ポテンショメータに限らず、磁気エンコーダ、磁気スイッチ等として使用することも出来る。本実施形態は、同一の基板１０上に成膜される各磁気検出素子の磁化固定方向が少なくとも２方向で異なるように制御される全ての磁気センサの製造方法に適用される。
【符号の説明】
【０１３０】
２〜５  磁気検出素子
６、３１  導電部
６ａ〜６ｄ  各パターン部
８、３２  磁場印加装置
１０  基板
１２  反強磁性層
１３  固定磁性層
１３ａ、２７ａ  第１磁性層
１３ｂ、２７ｂ  非磁性中間層
１３ｃ  第２磁性層
１３ｃ１、２７ｃ１  下側第２磁性層
１３ｃ２、２７ｃ２  上側第２磁性層
１３ｄ、２７ｄ  Ｃｒ層
１４  非磁性材料層
１５  フリー磁性層
２０、２１、２２、２３、２８、２９  積層膜
２５  マスク層
３０  大基板
Ｉ  電流
【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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【国際調査報告】
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