(57)【要約】      （修正有）【課題】電気抵抗率と電気抵抗の温度特性が同じ磁気抵抗効果膜と固定抵抗膜で形成した素子で磁気センサー素子を構成し、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られるブリッジ回路および相対位置信号検出方法を提供する。【解決手段】感磁センサー素子と固定抵抗素子を同一の磁気抵抗効果膜で形成し、固定抵抗素子を形成する下地の面粗さを５．０ｎｍ以上とするか固定抵抗素子を３５０℃以上に加熱して、固定抵抗素子を形成する磁気抵抗効果膜の磁気抵抗効果発現を抑える。感磁センサー素子と固定抵抗素子の電気抵抗率と電気抵抗の温度係数を合わせることができ、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られるブリッジ回路および相対位置信号検出方法が実現できた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界を検出するブリッジ回路であって、外部磁界に反応して電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果膜で形成した感磁センサー素子と、前記感磁センサー素子を構成する巨大磁気抵抗効果膜と同一の膜材料で同一の膜積層順、同一の積層膜厚の構成で、外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗素子とを有することを特徴とするブリッジ回路。
【請求項２】
前記巨大磁気抵抗効果膜が、結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜もしくは、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜であることを特徴とする請求項１に記載のブリッジ回路。
【請求項３】
前記感磁センサー素子の下地面粗さＲａ１が０．５ｎｍ以下で、前記固定抵抗素子の下地面粗さＲａ２が５．０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のブリッジ回路。
【請求項４】
巨大磁気抵抗効果膜をスポット加熱して前記固定抵抗素子を形成することを特徴とする請求項１に記載のブリッジ回路。
【請求項５】
ウェファーに感磁センサー素子と固定抵抗素子の形成位置で面粗さＲａの異なる部位を形成する工程、前記ウェファー上に結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜もしくはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜の巨大磁気抵抗効果膜を形成する工程、前記巨大磁気抵抗効果膜を感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部の形状にパターニングする工程、前記ウェファーを個片化しブリッジ回路を形成する工程を有することを特徴とするブリッジ回路の製造方法。
【請求項６】
ウェファーに結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜もしくはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜の巨大磁気抵抗効果膜を形成する工程、前記巨大磁気抵抗効果膜を感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部の形状にパターニングする工程、前記パターニングされた固定抵抗素子と配線部をスポット加熱する工程、前記ウェファーを個片化しブリッジ回路を形成する工程を有することを特徴とするブリッジ回路の製造方法。
【請求項７】
磁気媒体から発生する磁界をブリッジ回路で検出する相対位置信号検出方法であって、請求項１に記載のブリッジ回路を用いたことを特徴とする相対位置信号検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、外部磁界を検出する磁気センサーで、スピンバルブ巨大磁気抵抗効果膜もしくは結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜と同じ膜構成で形成された感磁センサー素子と、同じ電気抵抗で同じ電気抵抗の温度特性をもつ固定抵抗素子を備えた磁気センサーおよび磁気エンコーダーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業計測の分野では、磁気媒体と非接触で位置や回転角等の物理的変量を検出するために、ホール素子のような低価格の感磁素子が多く使用されている。高感度で検出を行う必要がある場合には、磁気媒体との相対速度が再生出力に依存しない異方性磁気抵抗効果膜（以下、ＡＭＲ膜と言う）を有する磁気センサーが使用されている。しかしＡＭＲ膜を用いた磁気センサーは、磁気抵抗変化率が３％程度と小さいため、得られる出力信号電圧が小さい。そこで、磁気抵抗変化率が大きく、回路上では単純な２端子の抵抗として取り扱えるという利点がある巨大磁気抵抗効果膜（以下、ＧＭＲ膜と言う）を備えた磁気センサーが注目され、その実用化が検討されている。
【０００３】
ＧＭＲ膜は、非磁性層を介して隣り合う磁性層の磁化方向が互いに逆向きになっている結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜（以下、結合型ＧＭＲ膜と言う）が知られている。結合型ＧＭＲ膜は磁界変化に対する抵抗変化特性がＡＭＲ膜と同じであるため、容易にＡＭＲ膜からの置き換えが可能である。結合型ＧＭＲ膜は抵抗変化率が１０％以上と大きいので大出力を得ることができる。しかし、最大抵抗変化を起こす動作磁界強度が大きいため、大型の動作磁界発生手段が必要となる。また、結合型ＧＭＲ膜の電気抵抗はＡＭＲ膜の１／２〜１／３程度と小さいため、磁気センサーの低消費電力化が難しい。そのため、結合型ＧＭＲ膜を用いた磁気センサーは用途制限を受けるという問題がある。
【０００４】
比較的弱い磁場強度領域で結合型ＧＭＲ膜と同程度の磁気抵抗変化率を示す膜として、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜（以下、ＳＶＧＭＲ膜と言う）がある。ＳＶＧＭＲ膜はハードディスク記憶装置（ＨＤＤ）の磁気ヘッドに用いられている。ＳＶＧＭＲ膜は、特許文献１に開示されているように、外部磁界の方向が変化しても磁化方向が変化しない磁化固定層と非磁性導電層、外部磁界の変化に追従して磁化方向が変化する磁化自由層から構成されている。ＳＶＧＭＲ膜を加工したセンサー素子（以下、ＳＶＧＭＲ素子と言う）は、結合型ＧＭＲ膜を加工したセンサー素子に比べ電気抵抗が５〜６倍大きいので、磁気センサーに用いた時低消費電力化が行ない易い。また、１〜１６０（Ａ／ｍ）[約０．００６〜２０（Ｏｅ）]と比較的小さい磁場強度領域で動作すると言う特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０４０７５０号公報
【０００６】
図１６に、磁気センサーと磁気媒体を示す。回転する磁気媒体６１に所定の間隔（ギャップ）を持って対向して磁気センサー６０を配している。磁気センサー６０は複数の磁気センサー素子５１からなり、磁気センサー素子５１は、磁界により電気抵抗が変化する感磁センサー素子２７と、磁界により電気抵抗がほとんど変化しない膜で形成した固定抵抗素子２８が直列に接続されている。固定抵抗素子２８の他端は接地、感磁センサー素子２７の他端は電源電圧Ｖｃｃに接続している。感磁センサー素子２７と固定抵抗素子２８の接続点３１から中点電位を取り、この電圧が磁気センサー６０の出力電圧となる。固定抵抗素子２８は磁界によって電気抵抗が変化しないので電気抵抗は略一定であり、感磁センサー素子２７の比較抵抗として働く。感磁センサー素子２７が磁気媒体６１の漏洩磁界を検知すると、電気抵抗が変化して中点電位が変化する。この中点電位の変化を磁気媒体６１と磁気センサー６０の相対位置信号として検出する。
【０００７】
２個の磁気センサー素子５１を用いてブリッジを組むこともできる。図１７に、ブリッジを組んだ磁気センサー素子５２を示す。磁気センサー素子５１を逆方向で並列接続した形である。この様にブリッジを組むことで、磁界により電気抵抗が変化する感磁センサー素子２７ａと２７ｂで、より電気抵抗の変化量を増幅する効果が得られる。接続点３４ａと３４ｂ間で、図１６の接続点３１の約２倍の出力電圧が得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、磁気抵抗膜と銅（Ｃｕ）などの金属導体からなる固定抵抗膜を用いて、磁気センサー素子５１を形成した場合、膜の電気抵抗の温度特性の違いから、磁気センサーが高温もしくは低温にさらされる周囲環境で使用されると、磁気センサー素子の中点電位が変化して精度良く変位を検出できなくなる。磁気センサーを車載用センサーとして使用する場合、１５０℃以上の耐熱性が要求されるが、例えばＣｕの温度係数が４．３×１０−３（ｄｅｇ．−１）であるのに対して、ＳＶＧＭＲ膜の温度係数は１．０〜１．３×１０−３（ｄｅｇ．−１）と等しくないため、周囲温度の変化によりブリッジ回路の中点電位が変化することになる。他の導体に用いられる金属のアルミニウムや金、銀の温度係数も４．０〜４．２×１０−３（ｄｅｇ．−１）であり、ＳＶＧＭＲ素子の温度係数との差が大きい。
【０００９】
ＳＶＧＭＲ膜の電気抵抗の温度係数と近い金属は合金系から選ぶことができる。例えば、アルミニウムとマンガンを含んだニッケル合金のアルメル、銅と亜鉛の合金の黄銅、白金とロジウムの合金があり、これらの温度係数は１．２〜１．４×１０−３（ｄｅｇ．−１）とＳＶＧＭＲ膜と非常に近いが、同じ値ではない。また、ＳＶＧＭＲ膜とシート抵抗値が異なるため、素子の形状や厚みを変えて電気抵抗値を合わせることが非常に難しい。また、固定抵抗膜を得るために余分な製膜装置やスパッターターゲット材が必要となる。
【００１０】
本願発明の目的は、感磁センサー素子と電気抵抗率と電気抵抗の温度特性が同じ磁気抵抗効果膜で固定抵抗素子を形成し、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られる磁気センサーおよび磁気エンコーダーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の磁気センサーは、外部磁界を検出する磁気センサーであって、外部磁界に反応して電気抵抗が変化するＧＭＲ膜で形成した感磁センサー素子と、感磁センサー素子と同一の膜材料で同一の膜積層順、同一の積層膜厚の構成で、外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗素子を有することが好ましい。
【００１２】
感磁センサー素子と固定抵抗素子は、同一の膜材料で同一の膜積層順、同一の積層膜厚の構成である。膜は良好な磁気抵抗効果が得られる構成であることが重要である。膜厚のばらつきは良好な磁気抵抗効果が得られる範囲内とすることで、磁気抵抗変化率だけでなく電気抵抗率、電気抵抗の温度係数のばらつきを低減することが出来る。積層膜厚は、ＧＭＲ膜を構成する各層の厚みと積層された全体の膜厚を言う。以降、各層の厚みと全体の厚みを単に膜厚と称することもある。
【００１３】
外部磁界で電気抵抗が変化する感磁センサー素子と同じ膜構成であるにも係わらず、固定抵抗素子は外部磁界でほとんど抵抗変化しないのが本願発明の特徴である。固定抵抗素子部のＧＭＲ膜に磁気抵抗効果を発現させない様にすることで、固定抵抗素子と感磁センサー素子を同じ電気抵抗率と同じ電気抵抗の温度係数とすることができる。固定抵抗素子部のＧＭＲ膜に磁気抵抗効果を発現させない方法は、後項で詳細に説明するが、固定抵抗膜の下地の面粗さを粗くする方法とＧＭＲ膜を加熱処理する方法を取ることができる。固定抵抗素子の磁気抵抗はほとんど変化しないと記載しているが、その磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは０．２％以下を言う。測定器の測定限界値０．２％より低い値であるので、磁気抵抗変化率は略ゼロと言えるレベルである。
【００１４】
ＧＭＲ膜に磁気抵抗効果を発現させない方法により、固定抵抗素子と感磁センサー素子を同じ電気抵抗値とするには素子寸法を変える必要がある。固定抵抗膜の下地の面粗さを粗くする方法では、機械的に素子寸法を同じとすると電気抵抗が２〜２０％大きくなってしまう。これは、面粗さや面のうねりに倣ってＧＭＲ膜が製膜されるため、実質的な素子寸法が長くなってしまうためである。そのため、素子の断面積を大きくするか素子の長さを短くして電気抵抗を合わせることが必要である。ＧＭＲ膜を熱処理する方法では、感磁センサー素子と固定抵抗素子は同じ面粗さの下地上に形成するので、実質的な素子寸法が変わることはないため、固定抵抗素子と感磁センサー素子は同じ断面積と同じ長さに、パターニングすることができる。
【００１５】
固定抵抗素子と感磁センサー素子を繋ぐ配線部や、感磁センサー素子を九十九折状に配置した場合の感磁センサー素子間を繋ぐ配線部も、固定抵抗素子と同様にＧＭＲ膜に磁気抵抗効果発現を起こさせないことが好ましい。これらの配線部は非磁性金属で形成するのが好ましいが、配線を形成するのに多くの工数が必要である。配線部に磁気抵抗効果発現を起こさないＧＭＲ膜を用いることで、製造工数の低減が図れる。
【００１６】
本願発明の磁気センサーのＧＭＲ膜は、結合型ＧＭＲ膜もしくはＳＶＧＭＲ膜であることが好ましい。
【００１７】
結合型ＧＭＲ膜は、ウェファー上に形成された単層または複数層からなる下地層と非磁性導電層、非磁性導電層を介して隣り合う少なくとも２層の強磁性層、最上位に形成される保護層から構成する。
【００１８】
ＳＶＧＭＲ膜は、ウェファー上に形成された単層または複数層からなる下地層と非磁性導電層、非磁性導電層を挟む磁化固定層および磁化自由層、磁化固定層の隣に形成される反強磁性層からなる多層部、最上位に形成される保護膜から構成される。多層部で磁化固定層および／または磁化自由層は、単層または複数層からなることが好ましい。
【００１９】
ＳＶＧＭＲ膜は、ボトムタイプやトップタイプ、積層フェリ固定層タイプ、積層フェリ自由層タイプ、デュアルタイプ、スペキュラータイプ、スピンフィルタータイプのいずれの構造でも良い。また、反強磁性層のないセルフピンタイプ、保磁力差タイプのＳＶＧＭＲ膜でも良いものである。また、いずれかの積層界面で界面の平坦化を目的として、プラズマ処理を施すことができる。
【００２０】
本願発明の磁気センサーは、感磁センサー素子の下地面粗さＲａ１は０．５ｎｍ以下で、固定抵抗素子の下地面粗さＲａ２は５．０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
ＧＭＲ膜に良好な磁気抵抗効果を発現させるに必要な下地の面粗さＲａは０．５ｎｍ以下である。下地の面粗さＲａは、レーザーを使った非接触型表面粗さ計や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の測定器を用いて測定することができ、ＪＩＳＢ０６０１で規定される中心線平均粗さで求める。固定抵抗素子や配線部の下地の面粗さを５．０ｎｍ以上とすることで、ＧＭＲ膜の磁気抵抗効果発現を抑えることができる。ＳＶＧＭＲ膜の場合、下地の表面粗さが０．３ｎｍ＜Ｒａ＜０．７ｎｍ程度のとき、磁化自由層と非磁性導電層、および非磁性導電層と磁化固定層の界面粗さも大きくなり、オレンジピールカップリングが増大し、非磁性導電層を介しての磁化固定層と磁化自由層の強磁性的結合（Ｈｉｎｔ）が大きくなる。ＨｉｎｔはＭＲ曲線のゼロ磁界からのシフト量として現れるため、例えば、感磁センサー素子の動作磁界範囲よりもＨｉｎｔが大きい場合、感磁センサー素子の抵抗は磁界によって変化するが、表面粗さの大きい下地上に成膜した固定抵抗素子の抵抗は変化しないことになる。下地の表面粗さが５．０ｎｍ以上のときは、ＧＭＲ膜の積層された各々の膜厚が１ｎｍから数ｎｍ厚と非常に薄いため、製膜源（ターゲット）の平行部と斜面部で同じ厚みの膜にならないため磁気抵抗変化率に差が現れ、磁気抵抗効果が発現しなくなると考えられる。
【００２２】
結合型ＧＭＲ膜の場合は、下地の表面粗さが増大するに従い非磁性導電層と強磁性層との界面粗さが大きくなり、非磁性導電層を介して強磁性層が反強磁性的に結合する領域が減少して抵抗変化を示さなくなる。面粗さ大きくすることで、磁気抵抗効果発現条件の一つを満たさなくしたものと考えられる。
【００２３】
感磁センサー素子を形成する部位の下地の面粗さＲａ１より、固定抵抗素子や配線部の下地の面粗さＲａ２を５．０ｎｍ以上と粗くすることで、同じＧＭＲ膜を製膜しても、感磁センサー素子部は磁気抵抗効果が発現し、固定抵抗素子や配線部は磁気抵抗効果が発現しない。この様に、固定抵抗素子部に感磁センサー素子部と同じ材質で同じ厚み、同じ膜積層順構成のＧＭＲ膜を用いるため、固定抵抗素子部と感磁センサー素子部は同じ電気抵抗率で同じ電気抵抗の温度係数とすることができる。これにより、使用環境温度の変化があっても、温度による磁気センサー素子の中点電位の変化をなくすことができる。
【００２４】
前述した面粗さと同程度の凹凸量（山の頂点と谷底間の間隔）を有しているウェファーでも、凹凸のピッチが大きいと磁気抵抗効果の発現を抑えることはできない。つまり、大きな周期のうねりを持った面では凹凸量が大きくても磁気抵抗効果の発現を抑えられないものである。大きな周期のうねりを持つ面では、製膜源（ターゲット）の平行部と斜面部でも略同じ厚みの膜になってしまうためと考えられる。凹凸のピッチは０．５μｍ以下が好ましいものである。うねりが大きいとマクロ的な寸法（パターニングした素子寸法）が同じでも、ミクロ的にはうねりに沿って膜が形成されるため、素子の長さが変化することになり、固定抵抗素子２８の電気抵抗が大きくなる。しかし、本発明の磁気センサーにおいては、感磁センサー素子と固定抵抗素子の材質が同じで温度係数が等しいため、固定抵抗素子の幅を広くするか長さを短くする等の調整をすることにより、感磁センサー素子と固定抵抗素子の電気抵抗値を容易に合わせることができる。
【００２５】
磁気センサー素子を形成するウェファーには、非磁性で絶縁性のガラスやセラミックを用いることができる。シリコン基板を用いる場合は、シリコン基板面に絶縁性の酸化アルミニウム（アルミナ)や酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を製膜することがよい。
【００２６】
良好な磁気抵抗効果が発現する面粗さＲａ１を有するウェファーを、フォトリソ技術を用い固定抵抗素子や配線部を形成する部位のみを、エッチングで面粗さＲａ２と大きくする。面粗さの大きな部位Ｒａ２と小さな部位Ｒａ１を有するウェファーに、ＧＭＲ膜を形成した後、感磁センサー部と固定抵抗部、配線部等のパターニングを行う。ウェファーのＲａ２加工のエッチングは、ドライエッチングとウェットエッチングの何れも使用でき、ウェファーの材質で選択することもできる。また、サンドブラスト処理の様な機械的な加工方法を用いることもできる。
【００２７】
シリコンウェファーを用いる場合は、シリコンの結晶方向による異方性エッチング効果を用い、凹凸を形成することもできる。凹凸を形成する部分に、一辺０．１μｍから０．５μｍ程度の方形孔のフォトレジストパターンを形成し、水酸化カリウム溶液等を用いてウェットエッチングを行うと、逆ピラミッド型のエッチピットが得られる。フォトレジストパターンを除去した後、酸化シリコンやアルミナ等の絶縁膜を１００ｎｍ程度形成することで、固定抵抗素子や配線部を形成する部位の面粗さＲａ２が粗いシリコンウェファーを得ることができる。
【００２８】
ウェファーに多結晶のセラミック、例ばアルミナを用いた場合、アルミナの部分的な組成の変化や結晶面の違いにより、良好な磁気抵抗効果が発現するＲａ１まで研磨することは難しい。例え研磨ができたとしても非常に高価なウェファーとなってしまい、工業的に使用することが難しい。ウェファーの面粗さは磁気抵抗効果が発現しないＲａ２とし、感磁センサー素子を形成する部位に、アルミナや酸化シリコンの膜を３００ｎｍ程度形成し、感磁センサー素子に磁気抵抗効果を発現させる面粗さＲａ１とする。アルミナや酸化シリコンの膜の端部は直角ではなく斜面とすると、連続したＧＭＲ膜が形成し易いので好ましい。
【００２９】
本願発明の磁気センサーは、ＧＭＲ膜をスポット加熱して固定抵抗素子を形成することが好ましい。
【００３０】
固定抵抗素子や配線部のＧＭＲ膜の磁気抵抗効果発現を抑えるのに、加熱する方法を用いることもできる。固定抵抗素子や配線部のＧＭＲ膜を、スポット的に３５０℃以上に加熱して磁気抵抗効果の発現を抑える。加熱熔融して合金を製造するのではなく、積層膜間の交換結合やピン止め磁界を弱めたり無くしたりするもので、熔融する温度まで上げる必要はない。
【００３１】
スポット加熱を行う方法として、赤外線ビーム照射やレーザー照射、高周波加熱、交流スポット加熱がある。加熱範囲の制御の容易さや昇温速度の速さ等から、レーザーを用いることが好ましい。レーザーを用い加熱範囲を制御することで、感磁センサー素子と固定抵抗素子、感磁センサー素子と配線部の境界をはっきりさせ、感磁センサー素子への熱の影響を最小限にすることができる。
【００３２】
ＧＭＲ膜をスポット的に加熱処理を行う場合、空気中で酸化するような高い温度まで上げると、電気抵抗率や電気抵抗の温度係数が変化してしまい使用できなくなる。酸化を防ぐには不活性ガス中か真空中で加熱処理を行えば良いが、装置が大掛かりになる事と作業性が悪くなるので好ましくない。また、加熱温度が高くなると熱が感磁センサー素子部まで伝わり、磁気抵抗効果の性能を低下させる恐れがある。そのため、磁気抵抗効果が発現しなくなる温度より、数１０℃から１００℃程度高い温度で熱処理することが好ましい。
【００３３】
本願発明の磁気センサーの製造は、ウェファーに感磁センサー素子と固定抵抗素子の形成位置で面粗さＲａの異なる部位を形成する工程、ＧＭＲ膜を形成する工程、ＧＭＲ膜を感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部の形状にパターニングする工程、ウェファーを個片化し磁気センサーを形成する工程を有することが好ましい。
【００３４】
本願発明の磁気センサーの製造は、ウェファーにＧＭＲ膜を形成する工程、ＧＭＲ膜を感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部の形状にパターニングする工程、固定抵抗素子と配線部をスポット加熱する工程、ウェファーを個片化し磁気センサーを形成する工程を有することが好ましい。
本願発明の磁気エンコーダーは、磁気媒体から発生する磁界を磁気センサーで検出する磁気エンコーダーであって、本願発明の外部磁界に反応して電気抵抗が変化するＧＭＲ膜で形成した感磁センサー素子と、感磁センサー素子と同一の膜材料と膜厚、膜積層順構成で、外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗素子で、ブリッジ回路を形成した磁気センサーを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
感磁センサー素子と電気抵抗率と電気抵抗の温度特性が同じＧＭＲ膜で固定抵抗素子を形成することで、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られる磁気センサーと磁気エンコーダーが実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本願発明の反強磁性層下置積層フェリ固定層タイプＳＶＧＭＲ膜を説明する図である。
【図２】本願発明の下地面粗さＲａと磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の関係を示す図である。
【図３】本願発明の磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。
【図４】本願発明の第２の実施例である反強磁性層上置積層フェリ固定層タイプＳＶＧＭＲ膜を説明する図である。
【図５】本願発明の第２の実施例であるレーザー加熱温度と磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）とシート抵抗Ｒｓ関係を示す図である。
【図６】本願発明の第２の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。
【図７】本願発明の第３の実施例である反強磁性層下置ＳＶＧＭＲ膜を説明する図である。
【図８】本願発明の第４の実施例である反強磁性層上置ＳＶＧＭＲ膜を説明する図である。
【図９】本願発明の第４の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。
【図１０】本願発明の第５の実施例であるボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプＳＶＧＭＲ膜を説明する図である。
【図１１】本願発明の第５の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。
【図１２】本願発明の第６の実施例であるデュアルタイプＳＶＧＭＲ膜を説明する図である。
【図１３】本願発明の第６の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。
【図１４】本願発明の第７の実施例である結合型ＧＭＲ膜を説明する図である。
【図１５】本願発明の第７の実施例である磁気センサー素子の製造工程を説明する図である。
【図１６】磁気センサーと磁気媒体、磁気エンコーダーを説明する図である。
【図１７】ブリッジを組んだ磁気センサー素子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くするため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００３８】
図１に、反強磁性層下置積層フェリ固定層タイプ（ボトム積層フェリ固定層タイプ）のＳＶＧＭＲ膜の構成を示す。図１ａ）に膜構成図、図１ｂ）に実施した膜材質を示す。ガラスウェファー１１上に下地層１２、反強磁性層１３、磁化固定層１４、非磁性導電層１５、磁化自由層１６、保護層１７の順でスパッター成膜したボトム積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜１０１である。外部磁界により磁化自由層１６の磁化が回転し、磁化固定層１４の磁化方向と成す相対角度によって電気抵抗が変化する。電気絶縁性有するガラスウェファー１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッター膜を積層した。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、Ｒｕとこれを挟むＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅとＮｉＦｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７に対応している。
【００３９】
固定抵抗素子と配線部の磁気抵抗効果が発現しない下地の面粗さ（固定抵抗素子と配線部を形成する部位のウェファー１１の面粗さ）Ｒａ２を求めるため、一枚のガラスウェファーに、Ｒａを０．３ｎｍから１０ｎｍまで変化させた部位を形成した。ガラスウェファーにＲａの異なる部位を形成し、ＳＶＧＭＲ膜を形成することで、ＳＶＧＭＲ膜のロット間での影響を無くした。イオンミリング時間を変えることでＲａを変化させた。磁気抵抗変化率を精度良く測るため、１０ｍｍｘ１０ｍｍの大きさの試験パターンを用いた。
【００４０】
図２に、下地面粗さＲａと磁気抵抗変化率の関係を示す。図中の面粗さ０．３ｎｍ〜０．５ｎｍはイオンミリングを行なわない場所の面粗さで、感磁センサー素子の下地の面粗さＲａ１である。Ｒａ１での磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は１３．１（％）である。Ｒａが大きくなるに従い磁気抵抗変化率は低下して、Ｒａ４．６ｎｍで磁気抵抗変化率は略ゼロとなり、磁気抵抗効果が発現しなくなった。ＧＭＲ膜の製膜ロットを増やして測定し、ばらつき分を考慮してもＲａを５．０ｎｍ以上とすることで、磁気抵抗効果の発現を抑えることができることが確認できた。
【００４１】
感磁センサー素子形成部の下地の面粗さＲａ１を０．３ｎｍ、固定抵抗素子と配線部の下地の面粗さＲａ２を５．０ｎｍとした磁気センサー素子の製造工程について、図３を参照して説明する。形成した磁気センサー素子５２を図３ｇ）に示し、図３ｇ）のｐ−ｐ’断面を用いて製造工程を説明する。図３ｇ）の磁気センサー素子５２は、図１７のブリッジタイプを素子形状で表したものである。ガラスウェファー１１の表面粗さＲａ１面の、感磁センサー素子形成部にフォトレジスト２０を形成する［図３ａ）］。イオンミリング装置でガラスウェファー１１をドライエッチングする［図３ｂ）］。イオンエッチング装置から取り出して、フォトレジスト２０を有機溶剤で除去し、感磁センサー素子形成部の下地の面粗さがＲａ１で、固定抵抗素子と配線部を形成する部分の下地の面粗さがＲａ２となったガラスウェファーを得た［図３ｃ）］。判り易くするためＲａ２部は太線を追加して表示している。ＳＶＧＭＲ膜１０１をスパッターで形成［図３ｄ）］。ＳＶＧＭＲ膜１０１上に感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部のパターンを得るためフォトレジスト２０を塗布し、露光、現像を行った後、イオンミリングでＳＶＧＭＲ膜１０１をパターニングした［図３ｅ）］。フォトレジスト２０を有機溶剤で除去し、磁気センサー素子５２を得た［図３ｆ）と図３ｇ）］。
【００４２】
磁気センサー素子５２は、感磁センサー素子２７と固定抵抗素子２８の形状は同じで、素子幅ｗ＝８μｍ、素子長さＬ＝６０μｍとした。配線部２５の幅は場所によって異なるが、概ね素子幅の半分とした。感磁センサー素子２７と固定抵抗素子２８の電気抵抗は、１３８０（Ω）で同じ値であった。Ｒａ２を形成するのにイオンエッチングを使用したので、うねりの凹凸のピッチは１０〜３０μｍであった。うねりによる固定抵抗素子部と感磁センサー素子部の電気抵抗値の差は０．１％以下と無視できる値であったので、固定抵抗素子と感磁センサー素子部のマクロ的な寸法は同じとした。
【実施例２】
【００４３】
図４に、反強磁性層上置積層フェリ固定層タイプ（トップ積層フェリ固定層タイプ）のＳＶＧＭＲ膜の構成を示す。実施例１の反強磁性層下置積層フェリ固定層タイプ（ボトム積層フェリ固定層タイプ）ＳＶＧＭＲ膜の積層順を略逆にした構造である。図４に示す様に、ガラスウェファー１１側から下地層１２、磁化自由層１６、非磁性導電層１５、磁化固定層１４、反強磁性層１３、保護層１７の順でスパッター成膜したトップ積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜１０２である。材料と膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッター膜を積層した。
【００４４】
ＧＭＲ膜の磁気抵抗効果発現を抑えるのにレーザーを用いてスポット加熱を行った。加熱温度と磁気抵抗変化率の関係を精度良く測るため、１０ｍｍｘ１０ｍｍの大きさの試験パターンを用いた。また、ガラスウェファー上のＳＶＧＭＲ膜で、多数の試験パターンを形成して試験パターン毎に過熱温度を変えることで、ＳＶＧＭＲ膜のロット間の影響を除いた。用いたレーザーはＹＡＧレーザーで、レーザービーム径は１０μｍである。試験パターン全域にレーザーを一定の速度でスキャンし、ＳＶＧＭＲ膜を加熱した。加熱温度は、レーザー出力と照射時間を変えることで制御し、過熱温度を１８０℃から４５０℃まで変化させた試料を作製し、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）を測定した。また、シート抵抗Ｒｓ（Ω／□）も測定した。レーザービームで加熱された箇所の温度を直接測ることは非常に難しいため、次の方法を用いて温度を求めた。ガラスウェファーの一部を切断して、個別の試験パターンが形成されたチップを作製し、チップを大気炉に１０秒程度入れて加熱処理を行い、磁気抵抗変化率とシート抵抗を測定した。炉の温度と磁気抵抗変化率とシート抵抗の関係を予め求めておき、レーザー照射加熱した試験パターンの磁気抵抗変化率とシート抵抗から、レーザー加熱温度を求めた。膜が非常に薄いので１０秒程度炉に入れるだけで、膜の温度は炉の温度となることは確認している。
【００４５】
図５に、レーザー加熱温度と磁気抵抗変化率、シート抵抗の関係を示す。レーザー加熱温度が２７０℃以下では磁気抵抗変化率は変わらないが、それ以上の温度になると磁気抵抗変化率は低下し、３２０℃で磁気抵抗変化率は略ゼロとなり、磁気抵抗効果が発現しなくなった。４００℃以下ではシート抵抗Ｒｓの変化は無いが、４００℃以上になるとシート抵抗Ｒｓは大きくなり始め、４５０℃で急激に大きくなった。これは、磁気抵抗効果膜が酸化したためと考えられる。磁気抵抗変化率とシート抵抗から、レーザー加熱温度の下限は３２０℃、上限は４００℃である。作業ばらつき等を考慮し、レーザー照射による加熱温度は３５０以上４００以下が好ましい範囲であることが確認できた。
【００４６】
磁気センサー素子の製造工程について、図６を参照して説明する。形成した磁気センサー素子５２を図６ｆ）に示し、図６ｆ）のｐ−ｐ’断面を用いて製造工程を説明する。ガラスウェファー１１の０．４ｎｍの表面粗さＲａ１面にＳＶＧＭＲ膜１０２を形成した［図６ａ）］。ＳＶＧＭＲ膜１０２上に感磁センサー素子と固定抵抗素子、配線部のパターンを得るためフォトレジスト２０を塗布し、露光、現像を行った後、イオンミリングでＳＶＧＭＲ膜１０２をパターニングし、感磁センサー素子２７と固定抵抗素子２８’、配線部２５’を得た［図３ｂ）と図３ｃ）］。この工程で形成された固定抵抗素子と配線部は、磁気抵抗効果を発現するので、固定抵抗素子２８’、配線部２５’と符号に’を付けて区別している。固定抵抗素子と配線部に大気中でレーザー照射し３８０℃まで加熱した。レーザーは予めプログラムされた通りにスキャニングさせた［図６ｄ）］。レーザー照射した固定抵抗素子と配線部のＳＶＧＭＲ膜１０２は磁気抵抗効果を発現せず、感磁センサー素子は磁気抵抗効果を発現する磁気センサー素子５２を得た［図６ｅ）と図６ｆ）］。本実施例では、ＳＶＧＭＲ膜１０２を各素子にパターニングしてから、レーザー照射したが、工程を逆にして所定の部位にレーザー照射した後、各素子形状にパターニング行うこともできる。レーザー照射により電気抵抗率は変化しないので、感磁センサー素子と固定抵抗素子の素子寸法は同じとしている。
【実施例３】
【００４７】
図７に、反強磁性層下置タイプＳＶＧＭＲ膜（ボトムタイプＳＶＧＭＲ膜）の構成を示す。ガラスウェファー１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順でスパッター成膜した反強磁性層下置タイプＳＶＧＭＲ膜１０３である。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、下地層側のＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅとＮｉＦｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。
【００４８】
表面粗さＲａ０．３ｎｍのガラスウェファー１１の、固定抵抗素子と配線部が形成される部位を、イオンミリングで面を粗してＲａ５．０ｎｍとした。ガラスウェファー１１に図７に示す反強磁性層下置タイプＳＶＧＭＲ膜１０３を形成し、フォトリソ技術とイオンミリングを用いて磁気センサー素子を形成した。磁気センサー素子の製造工程は実施例１と同じとした。
【実施例４】
【００４９】
図８に、反強磁性層上置タイプＳＶＧＭＲ膜（トップタイプＳＶＧＭＲ膜）の膜構成を示す。アルミナウェファー１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順でスパッター成膜した反強磁性層上置タイプＳＶＧＭＲ膜１０４である。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、下地層に接するＮｉＦｅとこの上に成膜されるＣｏＦｅが磁化自由層１６、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅが磁化固定層１６、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。
【００５０】
アルミナウェファーを鏡面研磨してＲａ５．５ｎｍの表面粗さを得た。Ｒａ５．５ｎｍの面にＳＶＧＭＲ膜を製膜しても磁気抵抗効果は発現しないため、感磁センサー素子を形成する部位に、スパッターで３００ｎｍ厚のアルミナ膜を形成し表面を平滑化した。アルミナ膜面の面粗さＲａは０．４ｎｍとなり、ＳＶＧＭＲ膜を製膜すると磁気抵抗効果が発現させることができた。
【００５１】
磁気センサー素子の製造工程について、図９を参照して説明する。形成した磁気センサー素子５２を図９ｇ）に示し、図９ｇ）のｐ−ｐ’断面を用いて製造工程を説明する。アルミナウェファー１１の表面粗さＲａ２面にステンシル形状（きのこ状）のフォトレジスト２１を形成した［図９ａ）］。フォトレジスト２１の開口部は感磁センサー素子が形成される場所である。アルミナ膜４３を３００ｎｍ製膜した［図９ｂ）］。ステンシル形状フォトレジスト２１のきのこの傘部分で、膜の附着が妨げられきのこの茎の根元にかけて、アルミナ膜は傾斜した形状とすることができる。片側の傘の張り出し部分のフォトレジスト長さは１．２μｍとした。フォトレジスト２１を有機溶剤で除去し、感磁センサー素子形成部がアルミナ膜４３で面粗さＲａ１が０．４ｎｍのウェファーを得た［図９ｃ）］。ＳＶＧＭＲ膜１０４を形成［図９ｄ）］。フォトレジスト２０を塗布し各素子形状にパターニングした後、イオンミリングでＳＶＧＭＲ膜１０４をパターニングした［図９ｅ］。フォトレジスト２０を有機溶剤で除去し、磁気センサー素子５２を得た［図９ｆ）と図９ｇ）］。アルミナ膜の端部を緩やかな傾斜面とすることで、感磁センサー素子と配線部もしくは固定抵抗素子との接続がスムーズになり、接続部での断線や電気抵抗の増加等を防ぐことができた。
【実施例５】
【００５２】
図１０に、ボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプのＳＶＧＭＲ膜の膜構成を示す。ウェファー１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（1．８ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッター膜を積層したボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプのＳＶＧＭＲ膜１０５である。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、下地層側のＲｕとこれを挟むＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅおよびこの上に成膜されるＲｕとこれを挟むＮｉＦｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。
【００５３】
磁気センサー素子の製造工程について、図１１を参照して説明する。形成した磁気センサー素子５２を図１１ｉ）に示し、図１１ｉ）のｐ−ｐ’断面を用いて製造工程を説明する。シリコウェファー１１の磁気センサー素子形成面は結晶面（１００）とした［図１１ａ）］。シリコンウェファー１１にフォトレジスト２０を塗布し、固定抵抗素子と配線部を形成する部位に多数の０．２μｍ□の孔の開いたフォトレジスト２２を形成した［図１１ｂ）］。エッチング液４１にシリコンウェファー１１を浸漬し、ウェットエッチングを行った［図１１ｃ）］。エッチング液には水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いた。フォトレジスト２０，２２を有機溶剤で除去し、固定抵抗素子と配線部を形成する部位には、一辺ｗが０．２μｍの逆ピラミッド型のエッチピット４２が形成され、感磁センサー素子形成部はエッチングされていないシリコン面を持つ、シリコンウェファーを得た［図１１ｄ］。電気的絶縁とエッチピットの角部を滑らかにするため、酸化シリコン（ＳｉＯ２）４６を３００ｎｍ厚で形成した［図１１ｅ）］。酸化シリコン膜面の面粗さがＲａ１とＲａ２になる。本実施例では、感磁センサー素子の下地の面の粗さＲａ１は０．３ｎｍ、固定抵抗素子と配線部の下地の面粗さＲａ２は８ｎｍである。面粗さＲａ２が８ｎｍの面では形成されたＳＶＧＭＲ膜１０５は、磁気抵抗効果を発現できない。酸化シリコン膜の上に、スパッターでＳＶＧＭＲ膜１０５を製膜した［図１１ｆ）］。ＳＶＧＭＲ膜１０５上に、フォトレジスト２０を塗布し各素子形状にパターニングした後、イオンミリングでＳＶＧＭＲ膜１０５をパターニングした［図１１ｇ）］。フォトレジスト２０を有機溶剤で除去し、磁気センサー素子５２を得た［図１１ｈ）と図１１ｉ）］。
【実施例６】
【００５４】
図１２に、デュアルタイプＳＶＧＭＲ膜の膜構成を示す。ウェファー１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（1．８ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）−ＮｉＦｅ（３ｎｍ）−ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッター膜を積層したデュアルタイプＳＶＧＭＲ膜１０６である。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、下地層側のＭｎＰｔが第１反強磁性層１３Ａ、下地層側のＲｕとこれを挟むＣｏＦｅが第１磁化固定層１４Ａ、下地層側のＣｕが第１非磁性導電層１５Ａ、第１非磁性導電層１５Ａ上のＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）が磁化自由層１６、保護層側のＣｕが第２非磁性導電層１５Ｂ、保護層側のＲｕとこれを挟むＣｏＦｅが第２磁化固定層１４Ｂ、保護層側のＭｎＰｔが第２反強磁性層１３Ｂ、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。
【００５５】
磁気センサー素子の製造工程について、図１３を参照して説明する。形成した磁気センサー素子５２を図１３ｇ）に示し、図１３ｇ）のｐ−ｐ’断面を用いて製造工程を説明する。ガラスウェファー１１の表面粗さＲａ１が０．４ｎｍの面に、感磁センサー素子形成部を覆うフォトレジスト２０を形成する［図３ａ）］。サンドブラスト装置でガラスウェファー１１の面を荒らした［図３ｂ）］。０．５μｍのアルミナ砥粒４５を１．８ｍｍФのノズルから２（ｋｇ／ｃｍ２）の圧力で吐出した。面粗さはサンドブラスト加工時間で調整し、Ｒａ２で１２ｎｍの面を得た。面粗さ１２ｎｍはＳＶＧＭＲ膜１０６が磁気抵抗効果を発現できない面粗さである。サンドブラスト装置から取り出して、フォトレジスト２０を有機溶剤で除去し、感磁センサー素子形成部の下地の面粗さがＲａ１で、固定抵抗素子と配線部を形成する部分の下地の面粗さがＲａ２となったガラスウェファーを得た［図３ｃ）］。ＳＶＧＭＲ膜１０６をスパッターで形成［図３ｄ］。ＳＶＧＭＲ膜１０６上に感磁センサー素子２７と固定抵抗素子２８、配線部２５のレジストパターン２０を形成し、イオンミリングでＳＶＧＭＲ膜１０６をパターニングした［図３ｅ）］。フォトレジスト２０を有機溶剤で除去し、磁気センサー素子５２を得た［図３ｆ）と図３ｇ）］。本実施例では、サンドブラスト装置を用いたためかＲａ２部に、凹凸のピッチが１〜５μｍのうねりが形成されていた。感磁センサー素子と固定抵抗素子のマクロ的寸法を同じとすると、固定抵抗素子の電気抵抗値が約５％大きくなってしまうため、固定抵抗素子の素子幅は変えずに素子長さを５％小さくして、感磁センサー素子と固定抵抗素子の電気抵抗値を合わせている。
【実施例７】
【００５６】
図１４に、結合型ＧＭＲ膜の膜構成を示す。図１４ａ）に膜構成図、図１４ｂ）に実施した膜材質を示す。ウェファー１１上に下地層１２をスパッター成膜した後、この下地層１２上に強磁性層１８と非磁性導電層１５とを交互にスパッター成膜を行い、一対の強磁性層１８と非磁性導電層１５を１ユニットとして、このユニットを１４回積層し、さらに強磁性層１８をスパッター成膜した後、最上位に保護層１７をスパッター成膜した結合型ＧＭＲ膜１０７である。
【００５７】
磁気センサー素子の製造工程について、図１５を参照して説明する。形成した磁気センサー素子５２を図１５ｇ）に示し、図１５ｇ）のｐ−ｐ’断面を用いて製造工程を説明する。シリコンウェファー１１に絶縁のため酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜４６を３００ｎｍ厚にスパッターで形成した［図１５ａ）］。酸化シリコン膜４６の面粗さがＲａ１で０．３ｎｍとなった。酸化シリコン膜４６上に結合型ＧＭＲ膜１０７を形成した［図１５ｂ）］。結合型ＧＭＲ膜１０７上に各素子のレジストパターン２０を形成し、イオンミリングで結合型ＧＭＲ膜１０７をパターニングし、感磁センサー素子２７と固定抵抗素子２８’、配線部２５’を得た［図１５ｃ）と図１５ｄ）］。この工程で形成された固定抵抗素子と配線部は、磁気抵抗効果を発現するので、固定抵抗素子２８’、配線部２５’と符号に’を付けて区別している。固定抵抗素子２８’と配線部２５’に大気中でレーザー照射し３８０℃まで加熱した。レーザーは予めプログラムされた通りにスキャニングさせた［図１６ｅ）］。レーザー照射した固定抵抗素子２８と配線部２５の結合型ＧＭＲ膜１０７は磁気抵抗効果を発現せず、感磁センサー素子２７は磁気抵抗効果を発現する磁気センサー素子５２を得た［図１６ｆ）と図１６ｇ）］。本実施例では、結合型ＧＭＲ膜１０７を各素子にパターニングしてから、レーザー照射したが、工程を逆にして所定の部位にレーザー照射した後、各素子形状にパターニング行うこともできる。
【実施例８】
【００５８】
実施例１から７で作製した磁気センサー素子で、図１６に示す様な磁気センサーと磁気エンコーダー６３を作製した。ウェファー１１上に形成された実施例１〜７の磁気センサー素子を、ダイアモンド砥石で個片化した後、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）を取付け磁気センサー６０を得た。図１６では、ＦＰＣの図示は省いている。図１６に示す様に、磁気センサー６０と磁気媒体６１で磁気エンコーダーを構成し、磁気エンコーダーを恒温槽に入れて温度を上げ中点電位の変化を測定した。温度は−４０℃と７５℃とした。−４０℃の時の中点電位ｖ１、７５℃の時の中点電位ｖ２の差＝｜ｖ１−ｖ２｜を、中点電位の変化量とした。比較のため従来の、感磁センサー素子に実施例１〜７のＧＭＲ膜を用い、固定抵抗素子に銅と亜鉛の合金の黄銅、配線部にアルミニウムを用いた比較磁気センサーも供試した。印加した電圧Ｖｃｃは５（Ｖ）である。
【００５９】
実施例１から７の磁気センサーの中点電位の変化量は、１（ｍＶ）〜５（ｍＶ）、実施例１から７の磁気センサーに対応する比較磁気センサーの中点電位の変化量は、２０（ｍＶ）〜１００（ｍＶ）と、実施例１〜７の約２０倍と大きな値であった。実施例１〜７の中点電位の変化量が小さいと言うことは、周囲環境温度の変化に対して安定した、言い換えると精度の高い出力特性が得られる磁気センサーや磁気エンコーダーが得られたことになる。これは、感磁センサー素子と固定抵抗素子の膜材質と膜厚、膜積層順の膜構成を同じとしたことで、電気抵抗率と電気抵抗の温度係数を同じとすることができた効果によるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１１  基板、１２  下地層、１３  反強磁性層、
１４  磁化固定層、１５  非磁性導電層、
１６  磁化自由層、１７  保護層、１８  強磁性層
２０，２１，２２  フォトレジスト、２５  配線部、
２７  感磁センサー素子、２８  固定抵抗素子
３１,３２,３３,３４  端子、４１  エッチング液、
４２  エッチピット、４３  アルミナ膜、
４５  砥粒、４６  酸化シリコン膜、
５１,５２  磁気センサー素子、
６０  磁気センサー、６１  磁気媒体、６３  磁気エンコーダー、
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７  磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜。
【図１】
2011089998.tif 000003
【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】
2011089998.tif 000014
【図１３】
2011089998.tif 000015
【図１４】
2011089998.tif 000016
【図１５】
2011089998.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年12月10日(2010.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界を検出するブリッジ回路であって、外部磁界に反応して電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果膜で形成した感磁センサー素子と、外部磁界に反応して電気抵抗が変化しない固定抵抗素子及び配線部とを有しており、
前記巨大磁気抵抗効果膜は、複数の層で構成されており、
前記固定抵抗素子及び配線部は、各層の材料及び積層順が前記感磁センサー素子を形成する層と同じであり、
前記固定抵抗素子及び配線部の下地は、粗面化されていることを特徴とするブリッジ回路。
【請求項２】
前記配線部は、電源電圧Ｖｃｃに接続される配線部と、出力電圧を得る為の１対の配線部と、ＧＮＤに接続される配線部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のブリッジ回路。
【請求項３】
前記巨大磁気抵抗効果膜が、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のブリッジ回路。
【請求項４】
前記スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜は、基板上に、反強磁性層、磁化固定層、非磁性導電層、及び磁化自由層の順に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のブリッジ回路。
【請求項５】
前記固定抵抗素子及び配線部の下地は、前記感磁センサー素子の下地よりも、表面粗さＲａが大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブリッジ回路。
【請求項６】
前記感磁センサー素子の幅と前記固定抵抗素子の幅の各々に比べて、前記配線部の幅は小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブリッジ回路。
【請求項７】
ウェファーに、感磁センサー素子の形成位置と、固定抵抗素子及び配線部の形成位置とで面粗さＲａの異なる部位を形成する工程、
前記ウェファー上にスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜用の積層膜を形成する工程、
前記積層膜を、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜の感磁センサー素子、固定抵抗素子、及び配線部の形状にパターニングする工程、
前記ウェファーを個片化しブリッジ回路を形成する工程を有することを特徴とするブリッジ回路の製造方法。
【請求項８】
ウェファーに結合型巨大磁気抵抗効果人工格子膜用の積層膜もしくはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜用の積層膜を形成する工程、
前記積層膜を、感磁センサー素子、固定抵抗素子、及び配線部の形状にパターニングする工程、
前記パターニングされた固定抵抗素子と配線部を、レーザーを用いてスポット加熱する工程、
前記ウェファーを個片化しブリッジ回路を形成する工程を有することを特徴とするブリッジ回路の製造方法。
【請求項９】
磁気媒体から発生する磁界をブリッジ回路で検出する相対位置信号検出方法であって、請求項１乃至６のいずれかに記載のブリッジ回路を用いたことを特徴とする相対位置信号検出方法。