(57)【要約】【課題】基板に巨大磁気抵抗効果素子を形成した磁気センサにおいて、巨大磁気抵抗効果素子を構成する軟質強磁性体層の軟磁気特性の劣化を低減して、外部磁界の向きを精度よく検出できるようにする。【解決手段】基板１１の上に、平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを有するシリコン酸化膜１１ｉが形成され、平坦面上及び斜面上のうち少なくとも斜面上に、フリー層Ｆ、導電層Ｓ及びピン層Ｐを積層してなる巨大磁気抵抗効果素子を設けた磁気センサにおいて、フリー層Ｆが、シリコン酸化膜１１ｉ上に形成されてＮｉＦｅ合金を有する軟質強磁性体層１２ａ−２２を備え、さらに、シリコン酸化膜１１ｉと軟質強磁性体層１２ａ−２２との間に、非磁性材料からなり、軟質強磁性体層１２ａ−２２の形成時にその結晶配向を促す結晶化シード層１２ａ−２１を備える磁気センサを提供する。【選択図】図３
2008309634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを有するシリコン酸化膜が形成され、前記平坦面上及び前記斜面上のうち少なくとも前記斜面上に、フリー層、導電層及びピン層を積層してなる巨大磁気抵抗効果素子を設けた磁気センサにおいて、
前記フリー層が、前記シリコン酸化膜上に形成されてＮｉＦｅ合金を有する軟質強磁性体層を備え、
さらに、前記軟質強磁性体層の形成時にその結晶配向を促す結晶化シード層を備え、
該結晶化シード層が、非磁性材料からなり、前記シリコン酸化膜と前記軟質強磁性体層との間に形成されることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記結晶化シード層の電気抵抗が、前記巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗よりも高い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】
前記結晶化シード層が、タンタル（Ｔａ）からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記巨大磁気抵抗効果素子が、前記平坦面上及び前記斜面上の両方にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関し、特に１つの基板に複数の巨大磁気抵抗効果素子を配置して二軸方向や三軸方向の磁界の強さを検知する磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）や磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）等が知られている。これらの磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが所定の向きにピン（固定）されたピン層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層とを備えており、ピン層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を出力として示すものである。このような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサとしては、例えば、特許文献１にて提案されている。
そして、特許文献１の磁気センサにおいては、同一の基板の表面上に平坦面及び平坦面に対して傾斜する斜面が形成されると共に、これら平坦面上及び斜面上に前述の磁気抵抗効果素子がそれぞれ形成されており、これによって、三軸方向の磁界の強さを測定する磁気センサを構成している。なお、前述した平坦面や斜面をなす下地層は、従来、ＳｉＯ２膜等からなるシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）によって構成されている。
【０００３】
また、ＧＭＲ素子を構成するフリー層は、シリコン酸化膜からなる平坦面や斜面に、ＣｏＺｒＮｂ合金からなる第１軟質強磁性体層、ＮｉＦｅ合金からなる第２軟質強磁性体層、及び、ＣｏＦｅ合金からなる第３軟質強磁性体層を順次積層して形成されている。すなわち、ＧＭＲ素子においては、これら３つの軟質強磁性体層が外部磁界に応じた向きに磁化されるようになっている。
さらに、このようなＧＭＲ素子の周面には、ピン層やフリー層等の各層の形成材料が露出している。そこで、ＧＭＲ素子の耐水性、耐熱性、電気絶縁性等の保護を目的として、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により酸化膜、窒化膜等からなる保護膜（パッシベーション膜）が形成されている。
【特許文献１】特開２００６−２６１４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シリコン酸化膜の平坦面上や斜面上にＧＭＲ素子を形成すると、シリコン酸化膜が有する酸素成分が第１軟質強磁性体層に入り込み、第１軟質強磁性体層が酸化してしまう。特に、斜面に形成されたＧＭＲ素子は、その形状によって、平坦面に形成されたＧＭＲ素子よりも酸化の影響が顕著となる。その結果、外部磁界を取り去ってもフリー層の磁化の向きが基準位置に戻らない等して、第１軟質強磁性体層の軟磁気特性が劣化する虞がある。すなわち、フリー層の磁気ヒステリシスループが大きくなり、磁気センサとしての特性（いわゆる、ヒステリシス特性）を悪化させてしまうという問題がある。
【０００５】
また、このようなシリコン酸化膜からなる平坦面及び斜面を、同一の基板の表面上に形成するにあたり、シリコン酸化膜の平坦面及び斜面が形成される部分にレジストパターンを配置した上で、斜面が形成される部分には、このレジストにテーパを付しておく。そのテーパ形状をシリコン酸化膜に転写させるように、レジストをマスクにしてシリコン酸化膜のエッチングを行う。しかし、このエッチング処理では斜面だけでなく平坦面もエッチングされることにより平坦面の表面が粗くなる傾向にある。このエッチングの条件を平坦面に合わせようとすると、目的とする斜面形成が不十分になる。このような平坦面や斜面にＧＭＲ素子を形成すると、表面の粗さが第１軟質強磁性体層に影響して、フリー層の軟磁気特性が劣化するという問題が生じ、前述の酸化の問題と併せて、磁気特性の悪化の原因となる。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ＧＭＲ素子を構成するフリー層の軟磁気特性の劣化を低減して、ヒステリシス特性に優れた磁気センサ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】
【０００７】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明は、基板の上に、平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを有するシリコン酸化膜が形成され、前記平坦面上及び前記斜面上のうち少なくとも前記斜面上に、フリー層、導電層及びピン層を積層してなる巨大磁気抵抗効果素子を設けた磁気センサにおいて、前記フリー層が、前記シリコン酸化膜上に形成されてＮｉＦｅ合金を有する軟質強磁性体層を備え、さらに、前記軟質強磁性体層の形成時にその結晶配向を促す結晶化シード層を備え、該結晶化シード層が、非磁性材料からなり、前記シリコン酸化膜と前記軟質強磁性体層との間に形成されることを特徴とする。
なお、結晶化シード層の耐酸化性は、少なくともシリコン酸化膜の酸素成分が結晶化シード層に入り込んだとしても軟質強磁性体層には侵入しない程度であればよい。
【０００８】
この発明に係る磁気センサによれば、上述した結晶化シード層を介在させることで、ＮｉＦｅ合金を有する軟質強磁性体層がシリコン酸化膜に接触しないため、プラズマＣＶＤ法によって巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）上に保護膜を形成したとしても、活性化された酸素や窒素等に基づいてシリコン酸化膜の酸素成分が軟質強磁性体層に入り込むことを防止できる。また、結晶化シード層は、非磁性材料により形成されているため、外部磁界に反応することはない。さらに、この結晶化シード層上に形成される軟質強磁性体層は結晶配向されることになる。
また、軟質強磁性体層は結晶化シード層の上に形成されるため、エッチング処理によってシリコン酸化膜の平坦面や斜面の表面が粗く形成されたとしても、その上に形成される結晶化シード層によって平滑な表面とすることができ、シリコン酸化膜の表面状態が結晶化シード層の直上に形成される軟質強磁性体層に影響することを防止できる。
以上のことから、結晶化シード層がシリコン酸化膜によって酸化したりシリコン酸化膜の表面状態の影響を受けたとしても、軟質強磁性体層は、結晶化シード層の酸化やシリコン酸化膜の表面状態の影響を受けることなく、外部磁界に応じた向きに高い精度で磁化することができ、軟質強磁性体層の軟磁気特性の劣化を低減することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の磁気センサは、前記結晶化シード層の電気抵抗が、前記巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗よりも高いことを特徴とする。
この場合には、結晶化シード層を設けても、電流が結晶化シード層に流れることを抑制して該電流を導電層に集中的に流すことができるため、ＧＭＲ素子における巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）の低下を抑制することができる。
【００１０】
なお、前記磁気センサにおいては、前記結晶化シード層がタンタル（Ｔａ）からなることがより好ましい。
Ｔａは、非磁性材料であり、かつ、上述した耐酸化性及び電気抵抗を有している。特に、Ｔａの電気抵抗は、従来使用しているＣｏＺｒＮｂ合金の電気抵抗よりも大きい。また、Ｔａは、前記軟質強磁性体層の形成時にその結晶配向を促す機能も有している。したがって、軟質強磁性体層の軟磁気特性の劣化を確実に低減できると共に、ＧＭＲ効果の低下を確実に抑制することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の磁気センサは、前記巨大磁気抵抗効果素子が、前記平坦面上及び前記斜面上の両方にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
この磁気センサでは、平坦面及び斜面に配された巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）が相互に交差する軸方向の磁気を検出することができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を検出することが可能となる。
そして、上述したように、各ＧＭＲ素子の軟質強磁性体層の軟磁気特性の劣化を低減ことができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリコン酸化膜の酸素成分が軟質強磁性体層に入り込むことを防止すると共に、斜面形成によるシリコン酸化膜の表面の粗さに影響されることなく、平滑な結晶化シード層の上に軟質強磁性体層を形成することができる。したがって、軟質強磁性体層の軟磁気特性の劣化を低減できるため、フリー層の磁気ヒステリシスループを小さくすることができ、ヒステリシス特性に優れた磁気センサを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１から図５を参照して本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の三軸磁気センサ１０は、平面視で互いに直交するＸ軸、及びＹ軸に沿った辺を有する正方形状であって、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向に小さな厚みを有する石英やシリコンからなる基板１１を備えている。そして、この基板１１の上に、それぞれ４個ずつのＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す実線の部分）、Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す破線の部分）からなる合計で１２個のＧＭＲ素子と、パッド部（配線から外部に出力を取り出す部分：図示せず）及びビア部（ＧＭＲ素子から配線に接続する部分を指すが、このビア部は最終的には露出されない：図示せず）ならびに配線（図示せず）が作り込まれている。なお、基板１１内には、ＬＳＩや配線層が作り込まれており、ＬＳＩが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。
【００１４】
ここで、Ｘ軸ＧＭＲ素子は第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａと、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂと、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃと、第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄとにより構成されている。そして、基板１１のＸ軸（この場合、図１（ａ）の左側端部をＸ軸の基準点とし、この基準点から図の右側へ向かう方向をＸ軸正方向とし、その反対側へ向かう方向をＸ軸負方向とする。以下においても同様である。）の右側端部近傍で、Ｙ軸（この場合、図１（ａ）の下側端部をＹ軸の基準点とし、この基準点から図の上側へ向かう方向をＹ軸正方向とし、その反対側へ向かう方向をＹ軸負方向とする。以下においても同様である。）の略中央部（以下ではＹ軸中央部という）上方に第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａが配置され、その下方に第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂが配置されている。また、基板１１のＸ軸の左側端部近傍で、Ｙ軸中央部上方に第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃが配置され、その下方に第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄが配置されている。
【００１５】
また、Ｙ１軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅと、第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆと、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇと、第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈとにより構成されている。そして、基板１１のＹ軸の上側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅが配置され、その右方に第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆが配置されている。また、基板１１のＹ軸の下側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇが配置され、その右方に第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈが配置されている。
【００１６】
さらに、Ｙ２軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉと、第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊと、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋと、第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌとにより構成されている。そして、基板１１のＹ軸の下側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉが配置され、その右方に第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊが配置されている。また、基板１１のＹ軸の上側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋが配置され、その右方に第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌが配置されている。
【００１７】
ここで、各ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ、１２ｅ〜１２ｈ、１２ｉ〜１２ｌは、互いに平行で帯状に隣接配置された複数個（この場合は、例えば４個とするが、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄについては偶数個とすることが好ましい。）のＧＭＲバーを備えており、これらのＧＭＲバーがリード膜により直列接続され、これらの端部に端子部となるリード膜が接続されて形成されている。例えば、図２（なお、図２においては第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａについてのみ示しているが、他のＧＭＲ素子においても同様の構成である）に示すように、４個のＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４がリード膜１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８により直列接続され、これらの端部に端子部となるリード膜１２ａ−５，１２ａ−９が接続されて形成されている。この場合、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの各ＧＭＲバー（１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４等）は、基板１１の表面と平行な平坦面上に形成されており、その長手方向がＹ軸に対して平行（Ｘ軸に直交する）になるように配列されている。
【００１８】
なお、このＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄを配する前記平坦面は、基板１１の厚さ方向に直交する平坦面であり、例えば図３（ａ）に示すように、基板１１の表面上に形成されるＳｉＯ２膜等の上層シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）１１ｉによって構成されている。なお、本実施形態においては、この上層シリコン酸化膜１１ｉが、基板１１と共にＳｉＯ２膜等の下層シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）１１ｅ及びＳｉ3Ｎ4膜等のシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）１１ｆを挟み込むように形成されている。そして、これら下層シリコン酸化膜１１ｅ、シリコン窒化膜１１ｆ及び上層シリコン酸化膜１１ｉにより、基板１１上にＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄを配するための下地層が構成されている。
【００１９】
また、図１（ｂ），図４（ｂ）に示すように、Ｙ１軸ＧＭＲ素子とＹ２軸ＧＭＲ素子は、基板１１の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部（堤部）１５の各斜面上に形成されているとともに、Ｙ１軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバー１２ｅ−１，１２ｅ−２，１２ｅ−３，１２ｅ−４は突部（堤部）１５の第１斜面１５ａ上に形成されており、Ｙ２軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバー１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４は突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂ上に形成されている。また、これらＧＭＲバー１２ｅ−１〜１２ｅ−４，１２ｋ−１〜１２ｋ−４は、その長手方向が突部（堤部）１５の稜線の走行方向に平行となるように配されている。なお、各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度は等しく、基板１１の平坦面に対してθ（２０°≦θ≦６０°）となるように形成されている。
そして、Ｙ１軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２）とＹ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｋ−２）とが１つの突部１５で互に背中合わせになるように配置されている。この場合、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈの各ＧＭＲバーおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの各ＧＭＲバーは、その長手方向がＸ軸に対して平行（Ｙ軸と垂直）になるように配列されている。
なお、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌを配する各斜面１５ａ，１５ｂも、前述した平坦面と同様にして基板１１の表面上に形成されるＳｉＯ２等の上層シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）１１ｉによって構成されている。
【００２０】
ついで、ＧＭＲバーの構成について、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２を例にして、図２，３に基づいて説明する。なお、他のＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−３，１２ａ−４についてはこれと等しいため、ここではＧＭＲバー１２ａ−２について説明する。また、他のＸ軸ＧＭＲ素子１２ｂ〜１２ｄおよびＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌのそれぞれのＧＭＲバーの構成についてもこれと等しいので、その説明は省略する。
【００２１】
ここで、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２は、図２（ｂ）に示すように、その長手方向がＸ軸に対して垂直（Ｙ軸に対して平行）になるように配列されたスピンバルブ膜ＳＶからなり、この両端部下方に形成されたリード膜１２ａ−６，１２ａ−７に接続されている。ここで、リード膜１２ａ−６，１２ａ−７はＣｒ等の非磁性金属膜からなり、その膜厚は例えば１３０ｎｍ（１３００Å）に設定されている。
そして、スピンバルブ膜ＳＶは、図３（ａ）に示すように、基板１１上の上層シリコン酸化膜１１ｉの上に順次積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層（導電層）Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び、膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃによって構成されている。
【００２２】
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、上層シリコン酸化膜１１ｉの直上に形成されてタンタル（Ｔａ）からなる膜厚が３ｎｍ（３０Å）のＴａ層（結晶化シード層）１２ａ−２１と、Ｔａ層１２ａ−２１の上に形成されてＮｉＦｅ合金からなる膜厚が５ｎｍ（５０Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２と、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２の上に形成されてＣｏＦｅ合金からなる膜厚が１．２ｎｍ（１２Å）のＣｏＦｅ層１２ａ−２３とからなる。
ここで、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２及びＣｏＦｅ層１２ａ−２３は軟質強磁性体層を構成している。また、ＣｏＦｅ層１２ａ−２３はＮｉＦｅ層１２ａ−２２のＮｉ、及び、スペーサ層ＳをなすＣｕ層１２ａ−２４の拡散を防止するために設けられている。
【００２３】
ピン層Ｐは、Ｃｕ層１２ａ−２４の上に形成されて膜厚が３．２ｎｍ（３２Å）の第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５と、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の上に形成されて膜厚が０．５ｎｍ（５Å）のＲｕ層１２ａ−２６と、Ｒｕ層１２ａ−２６の上に形成されて膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）の第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７と、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７の上に形成されてＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜（反強磁性層）１２ａ−２８とにより構成されている。
【００２４】
なお、上述したフリー層Ｆ及びピン層Ｐを構成する各層や、スペーサ層Ｓ、キャッピング層Ｃの膜厚は、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合のものであり、斜面１５ａ，１５ｂに形成されるＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ及びＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの場合には、これらを構成する各層がＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合の７０〜８０％程度の膜厚となる。
そして、フリー層Ｆを構成するＴａ層１２ａ−２１のシート抵抗（電気抵抗）は、これを構成するタンタル（Ｔａ）の電気抵抗率が１８０〔μΩ・ｃｍ〕と高くなっているため、ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｌ全体のシート抵抗（電気抵抗）よりも高くなる。すなわち、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ及びＴａ層１２ａ−２１の膜厚が上述のように設定されている場合には、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄのシート抵抗が約１３〔Ω〕程度であるのに対して、Ｔａ層１２ａ−２１のシート抵抗は６００〔Ω〕程度となる。
【００２５】
そして、前述した第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７は、図３（ｂ）に示すように、反強磁性膜１２ａ−２８に交換結合的に裏打ちされており、その磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸負方向にピン（固定）されている。また、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５は、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７との間で反強磁性的に結合されており、その磁化の向きがＸ軸正方向にピン（固定）されている。すなわち、これら２つのＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５，１２ａ−２７によってピン層Ｐにおける磁化の向きが定められている。
【００２６】
そして、図２（ａ）、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、上述のように構成された第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａにおける磁界の感度方向は、基板１１の平坦面に平行な方向かつフリー層Ｆの磁化の向きに垂直な方向となっており、ＧＭＲバーの長手方向の垂直方向、かつ、Ｘ軸正方向（図４（ａ）の矢印ａ１方向）となっている。また、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂにおける磁界の感度方向は、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａと同様にＸ軸正方向（図４（ａ）の矢印ｂ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向に磁界が印加された場合には、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向と反対方向に磁界が印加された場合に、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
【００２７】
一方、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおける磁界の感度方向は、図４（ａ）に示すように、これらの各ＧＭＲバーの長手方向の垂直方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂと１８０°反対方向となっている。すなわち、これら第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおいては、磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸負方向（図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ及び第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂのピン層Ｐの磁化の向きと１８０°反対の方向）にピン（固定）されるようにピン層Ｐが形成されている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１方向に磁界が印加された場合には、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１と反対方向に磁界が印加された場合には、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
【００２８】
また、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆにおける磁界の感度方向は、図４（ｂ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３等）の長手方向の垂直方向で、突部（堤部）１５の第１斜面（傾斜角度はθ）１５ａに沿うＹ軸正方向かつＺ軸負方向（図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
【００２９】
一方、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈにおける磁界の感度方向は、図４（ｃ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸負方向かつＺ軸負方向（図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向）となっている。すなわち、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈの磁界の感度方向は、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆと１８０°反対方向となっている
したがって、図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
【００３０】
また、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊにおける磁界の方向は、図４（ｃ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｉ−２，１２ｉ−３および１２ｊ−２，１２ｊ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第２斜面（傾斜角度はθ）１５ｂに沿うＹ軸負方向かつＺ軸正方向（図４（ａ），（ｃ）の矢印ｉ１，ｊ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。
【００３１】
一方、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおける磁界の感度方向は、図４（ｂ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｋ−２，１２ｋ−３および１２ｌ−２，１２ｌ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向かつＺ軸正方向（図４（ａ），（ｂ）の矢印ｋ１，ｌ１方向）となっている。すなわち、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌの磁界の感度方向は、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊと１８０°反対方向となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。
【００３２】
以上のように構成された三軸磁気センサ１０のうちＸ軸方向（図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向）の磁気を検出するＸ軸磁気センサは、図５（ａ）（なお、図５（ａ）〜（ｃ）において、各矢印は各ＧＭＲ素子のピン層ＰがＹ軸負方向にピンされたときの磁化の向きが上向きとなるように示している。）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。このような構成において、パッド１３ａおよびパッド１３ｂは定電圧源１４の正極，負極に接続され、電位Ｖｘｉｎ+（本例では３Ｖ）と電位Ｖｘｉｎ-（本例では０（Ｖ））が付与される。そして、パッド１３ｃとパッド１３ｄの電位がそれぞれ電位Ｖｘｏｕｔ+と電位Ｖｘｏｕｔ-として取り出され、その電位差（（Ｖｘｏｕｔ+）−（Ｖｘｏｕｔ-））がセンサ出力Ｖｘｏｕｔとして取り出される。
【００３３】
また、三軸磁気センサ１０のうちＹ１軸方向（図４の矢印ｅ１，ｆ１，ｇ１，ｈ１方向）の磁気を検出するＹ１軸磁気センサは、図５（ｂ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド１３ｅおよびパッド１３ｆは定電圧源１４の正極，負極に接続され、電位Ｖｙ１ｉｎ+（本例では３Ｖ）と電位Ｖｙ１ｉｎ-（本例では０（Ｖ））が付与され、パッド１３ｇとパッド１３ｈの電位差がセンサ出力Ｖｙ１ｏｕｔとして取り出される。
【００３４】
さらに、三軸磁気センサ１０のうちＹ２軸方向（図４の矢印ｉ１，ｊ１，ｋ１，ｌ１方向）の磁気を検出するＹ２軸磁気センサは、図５（ｃ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド１３ｉおよびパッド１３ｊは定電圧源１４の正極，負極に接続され、電位Ｖｙ２ｉｎ+（本例では３Ｖ）と電位Ｖｙ２ｉｎ-（本例では０（Ｖ））が付与され、パッド１３ｋとパッド１３ｌの電位差がセンサ出力Ｖｙ２ｏｕｔとして取り出される。
【００３５】
そして、得られた出力Ｖｘｏｕｔ，Ｖｙ１ｏｕｔおよびＶｙ２ｏｕｔに基づいて、Ｘ軸方向の磁界の成分Ｈｘを下記の（１）式により求めることができる。同様に、Ｙ軸方向の磁界の成分Ｈｙを下記の（２）式により求めることができ、Ｚ軸方向の磁界の成分Ｈｚを下記の（３）式により求めることができる。なお、これらの演算は、例えば基板１１に予め形成されたＬＳＩや、三軸磁気センサ１０に電気接続された別個のＬＳＩチップ等において行われることとなる。
Ｈｘ＝２ｋｘ×Ｖｘｏｕｔ・・・（１）
Ｈｙ＝ｋｙ（Ｖｙ１ｏｕｔ−Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｃｏｓθ・・・（２）
Ｈｚ＝ｋｚ（Ｖｙ１ｏｕｔ＋Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｓｉｎθ・・・（３）
ただし、θは突部（堤部）１５の各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度であって、この場合のθは２０°≦θ≦６０°の関係を有する。また、ｋｘ，ｋｙ，ｋｚは比例定数であって、各センサの感度が等しければ、ｋｘ＝ｋｙ＝ｋｚとなる。
【００３６】
次に、上述のような構成となる三軸磁気センサ１０の製造方法について、図６〜図１５の断面模式図に基づいて以下に説明する。なお、図６〜図１５において、（ａ）はビア部を示し、（ｂ）はパッド部を示し、（ｃ）はＹ１軸ＧＭＲ部およびＹ２軸ＧＭＲ部を示している。この場合、上述したように、基板１１としては、ＣＭＯＳプロセスにより予めＬＳＩが作り込まれた基板や、予め配線層のみが作り込まれた基板を用いることが望ましい。
【００３７】
この三軸磁気センサ１０の製造方法においては、はじめに、図６に示すように、配線層１１ａが形成された基板（石英基板またはシリコン基板）１１の上に層間絶縁膜（ＳＯＧ：Spin On Glass）１１ｂを塗布することにより平坦化する。次いで、図７に示すように、ビア部とパッド部の上の層間絶縁膜１１ｂをエッチングで取り除き、配線層１１ａを外方に露出させる開口部１１ｃ，１１ｄを作製する。その後、図８に示すように、これらの表面に、例えばＳｉＯ２膜等からなる下層シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ、厚み：１５００Å）１１ｅと、例えばＳｉ3Ｎ4膜等からなるシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ、厚み：５０００Å）１１ｆとをプラズマＣＶＤにより成膜する。そして、これらの上にレジストを塗布した後、ビア部とパッド部に開口を形成するようなパターンにカットする。
【００３８】
次いで、ビア部上およびパッド部上のシリコン窒化膜１１ｆをエッチングにより除去した後、レジストを除去すると、図９に示すように、シリコン窒化膜１１ｆにはビア部上およびパッド部上に下層シリコン酸化膜１１ｅを外方に露出させる開口部１１ｇ，１１ｈが形成されることになる。なお、この開口部１１ｇ，１１ｈの形成に際しては、下層シリコン酸化膜１１ｅはエッチングしきらずに残存させるようにし、また、開口部１１ｇ，１１ｈの開口幅（径）は開口部１１ｃ，１１ｄの開口幅（径）よりも小さくなるようにする。これは、開口部１１ｃ，１１ｄで層間絶縁膜１１ｂが露出して、水分が配線層やＬＳＩに浸入するのを防止するためである。
【００３９】
その後、図１０に示すように、これらシリコン窒化膜１１ｆ、下層シリコン酸化膜１１ｅの上に、例えばＳｉＯ２膜等からなる上層シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ、厚み：５μｍ）１１ｉをプラズマＣＶＤにより成膜する。次いで、この上層シリコン酸化膜１１ｉの上にレジストを塗布してレジスト膜（厚み：５μｍ）１１ｊを形成する。そして、このレジスト膜１１ｊにビア部とパッド部に開口を形成するためのパターンをカットするとともに、Ｙ１軸ＧＭＲ素子およびＹ２軸ＧＭＲ素子の配列用の突部（堤部）１５を形成するためのパターンをカットする。このカット後には、１５０℃の温度で１〜１０分間の熱処理を行って、図１１に示すように、レジスト膜１１ｊのカド部をテーパ状に形成（テーパ化）する。
【００４０】
その後、上層シリコン酸化膜１１ｉ及びレジスト膜１１ｊをほぼ同じ比率でエッチングする条件、かつ、このエッチング後に上層シリコン酸化膜１１ｉの残存する厚さが最大で約０．５μｍ（約５０００Åとなる条件でドライエッチングを行う。なお、このドライエッチングに際しては、ビア部およびパッド部において上層シリコン酸化膜１１ｉの開口幅（径）がシリコン窒化膜１１ｆの開口幅（径）よりも大きくならないようにする。
そして、このドライエッチングの終了後に残存するレジスト膜１１ｊを除去することで、図１２に示すように、ＧＭＲ部に上層シリコン酸化膜１１ｉからなる突部（堤部）１５が形成されることになる。
【００４１】
さらに、この上層シリコン酸化膜１１ｉの上にレジストを塗布して、このレジストをビア部に開口を形成するためのパターンにカットした後、エッチングを行う。そして、このエッチングで残存したレジストを除去することにより、図１３に示すように、ビア部に開口１１ｋが形成されて、基板１１の最上層の配線層１１ａが外方に露出することになる。なお、このエッチングにおいては、図示例のようにパッド部における配線層１１ａ上の下層シリコン酸化膜１１ｅ及び上層シリコン酸化膜１１ｉを残存させてもよいが、例えば、ビア部と同様に、これら下層シリコン酸化膜１１ｅ及び上層シリコン酸化膜１１ｉも同時に除去してパッド部における配線層１１ａを外方に露出させるとしても構わない。
【００４２】
その後、図１４に示すように、Ｃｒ等の材質からなるリード膜１１ｍ（後に、例えば、図２（ａ）に示すリード膜１２ａ−５，１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８，１２ａ−９等をなす）をスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などによって、上層シリコン酸化膜１１ｉ上およびビア部において露出する配線層１１ａ上に形成する。そして、これらの上層シリコン酸化膜１１ｉおよびリード膜１１ｍの上にレジストを塗布して、このレジストをリード膜１１ｍのパターンにカットした後、リード膜１１ｍのエッチングを行う。
この場合、突部（堤部）１５の斜面１５ａ，１５ｂでのエッチングを適切に行い、突部（堤部）１５の断面形状を整えるために熱処理を行ってレジストをテーパ化してもよい。なお、このエッチング終了後には上層シリコン酸化膜１１ｉ上に残存するレジストを除去する。
【００４３】
そして、スパッタリング法によって、ＧＭＲ素子をなすＧＭＲ多層膜１１ｎ（後に、１２ａ〜１２ｄ，１２ｅ〜１２ｈ，１２ｉ〜１２ｌ等をなす）をこれら上層シリコン酸化膜１１ｉおよびリード膜１１ｍの表面上に形成する（素子形成工程）。
この素子形成工程においては、図２（ｃ）に示したように、基板１１の上にフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び、膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃを順次積層することで、前記ＧＭＲ多層膜１１ｎが形成されることになる。
【００４４】
また、この工程におけるフリー層Ｆは、基板１１の直上に形成された膜厚が３ｎｍ（３０Å）のＴａ層１２ａ−２１、膜厚が５ｎｍ（５０Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２、及び、膜厚が１．２ｎｍ（１２Å）のＣｏＦｅ層１２ａ−２３を順次積層することで形成される。ここで、Ｔａ層１２ａ−２１はタンタル（Ｔａ）からなるため、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２の形成時にその結晶配向を促すことができる。
さらに、この工程におけるピン層Ｐは、膜厚が３．２ｎｍ（３２Å）の第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５、膜厚が０．５ｎｍ（５Å）のＲｕ層１２ａ−２６、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）の第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７、及び、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２８を順次積層することで形成される。
【００４５】
その後、ＧＭＲ多層膜１１ｎを形成した基板１１に永久棒磁石アレー１６（図１６参照）を近接させて、後述する規則化熱処理（ピニング処理）を行い、ピン層Ｐの磁化の向きを固定させる（規則化熱処理工程）。
そして、ＧＭＲ多層膜１１ｎの表面上に、任意の厚さ、例えば平坦部で２μｍの厚みとなるようにレジストを塗布し、このレジストの表面にマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なレジストを取り除き、後に得られるＧＭＲ多層膜１１ｎと同じパターンを有するレジスト膜を形成する。その際、突部（堤部）１５でのエッチングを適切に行い、突部（堤部）１５の断面形状を整えるためにレジストをテーパ化する。この後、レジスト膜で保護されていない部分のＧＭＲ多層膜１１ｎを、イオンミリングにより除去し、ＧＭＲ多層膜１１ｎを所定の形状（例えば、複数の狭幅の帯状体の形状）に形成する。なお、このイオンミリングでは、ビア部においてＧＭＲ多層膜１１ｎ及びリード膜１１ｍの双方が残るようにしており、これによってビア部の縁におけるリード膜１１ｍの断線を予防することができる。
【００４６】
次に、レジスト膜を除去し、図１５に示すように、外方に露出する下層シリコン酸化膜１１ｅ、上層シリコン酸化膜１１ｉ、リード膜１１ｍ及びＧＭＲ多層膜１１ｎの上に、例えばＳｉＯ2膜等の酸化膜（厚み：１５００Å）およびＳｉ3Ｎ4膜等の窒化膜（厚み：５０００Å）からなるシリコン保護膜１１ｏをプラズマＣＶＤで成膜し、さらにシリコン保護膜１１ｏの上にポリイミド膜１１ｐを成膜する。これにより、これらポリイミド膜１１ｐおよび前述したシリコン保護膜１１ｏによって保護膜が形成されることになる。
そして、パッド部上のポリイミド膜１１ｐをマスクとして、パッド部の配線層１１ａ上のシリコン保護膜１１ｏおよび下層シリコン酸化膜１１ｅをエッチングにより除去してパッド部を開口して、露出する配線層１１ａからなる電極パッドを形成し、最後に基板１１を切断する。以上により、図１に示した三軸磁気センサ１０の製造が完了する。
【００４７】
なお、上述した保護膜および電極パッドの形成は、上記実施形態の手順に限ることはない。すなわち、例えばシリコン保護膜１１ｏを成膜した後に、パッド部上のシリコン保護膜１１ｏをエッチングにより除去してパッド部を開口してパッド部の配線層１１ａを露出させる。次いで、これらシリコン保護膜１１ｏおよび配線層１１ａの上にポリイミド膜１１ｐを成膜して保護膜を形成する。最後に、パッド部上のポリイミド膜１１ｐをエッチングにより除去してパッド部の配線層１１ａを再度露出させて、この配線層１１ａからなる電極パッドを形成するとしてもよい。
【００４８】
そして、前述した規則化熱処理（ピニング処理）は、図１６，１７（なお、図１６においては永久棒磁石片を５個だけ図示している）に示すように、ＧＭＲ多層膜１１ｎを形成した表面とは反対側となる基板１１の裏面側に永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を配置し、これら基板１１および永久棒磁石アレー１６を真空中で２６０℃〜２９０℃に加熱し、その状態で４時間ほど放置することにより行う。
すなわち、はじめに、隣接する永久棒磁石片の下端の極性が互いに異なるように格子状に配列された永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を用意する。この後、基板１１の中心部上で永久棒磁石片１６ａ（下端部がＮ極となる）が配列されるように、かつ、基板１１の外側で永久棒磁石片１６ａの上下左右の領域上に永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ（下端部がＳ極となる）が配列されるように永久棒磁石アレー１６を配置する。
【００４９】
これにより、基板１１の中心部の上に配置された永久棒磁石片１６ａのＮ極から、このＮ極に隣接して基板１１の外側に配置された永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅのＳ極に向かう９０°ずつ方向が異なる磁界Ｈ（図１６の点線矢印）が形成され、磁界Ｈは、永久棒磁石片１６ａのＮ極から各ＧＭＲ素子（例えば、図１７のＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ）に到達することになる。
そして、磁界Ｈを利用して、真空中で２６０℃〜２９０℃に加熱し、その状態で４時間ほど放置した後には、例えば図３（ｂ）に示すように、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７の磁化の向きが、磁界Ｈと逆向きの状態で反強磁性膜１２ａ−２８に交換結合的に裏打ちされて固定されることになる。また、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の磁化の向きは、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７との反強磁性的な結合によって磁界Ｈと同じ向きの状態で固定されることになる。
【００５０】
この結果、図４に示したように、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂにおいては、Ｘ軸正方向、すなわち、図４（ａ）のａ１，ｂ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定され、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおいては、Ｘ軸負方向、すなわち、図４（ａ）のｃ１，ｄ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
【００５１】
一方、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆにおいては、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸正方向、すなわち、図４（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。また、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈにおいては、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸負方向、すなわち、図４（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
【００５２】
さらに、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊにおいては、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸負方向、すなわち、図４（ｃ）の矢印ｉ１，ｊ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
また、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおいては、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向、すなわち、図４（ｂ）の矢印ｋ１，ｌ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
【００５３】
ここで、本実施形態のように上層シリコン酸化膜１１ｉに接触するフリー層Ｆの最下層がＴａ層である場合と、従来のようにフリー層Ｆの最下層がＣｏＺｒＮｂ磁性層である場合とで、Ｘ軸ＧＭＲ素子、Ｙ１軸ＧＭＲ素子、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子のヒステリシス特性を比較する試験を行った。
図１８，１９のグラフは、各ＧＭＲ素子のヒステリシス特性を示し、その横軸は各ＧＭＲ素子のヒステリシス値［μＴ］を示している。また、グラフの縦軸は各ＧＭＲ素子の全体の試験数を１００とした場合の度数［％］を示している。ここで、ヒステリシス値とは、外部の磁場の強さを変化させた時の出力を示すヒステリシス曲線において、出力が０となる時の正の磁場と負の磁場との強さの差とする。
【００５４】
そして、従来の場合のヒステリシス値の分布は、図１９に示すように、Ｘ軸ＧＭＲ素子、Ｙ１軸ＧＭＲ素子、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子のいずれにおいても３．５〜４．０［μＴ］の付近で１０〜１１［％］と集中している。また、この分布にはバラツキ（分布の広がり）があり、分布範囲は少なくとも０．５［μＴ］から１３．０［μＴ］まで広がっている。
この原因としては、上層シリコン酸化膜１１ｉ上にＣｏＺｒＮｂ磁性層を直接形成することで、上層シリコン酸化膜１１ｉの酸素成分がＣｏＺｒＮｂ磁性層に入り込み、結果としてＣｏＺｒＮｂ磁性層が酸化してしまうことが考えられる。
【００５５】
一方、本実施形態の場合のヒステリシス値の分布は、図１８に示すように、各ＧＭＲ素子のいずれにおいても、２．０〜２．５[μＴ]の付近で１６〜１７［％］と従来の場合よりも高い度数で集中している。また、ヒステリシス値の分布範囲も０．５［μＴ］から７．５［μＴ］までの間に収まっており、従来の場合と比較して分布のバラツキが少ない。
【００５６】
以上のように、この三軸磁気センサ１０によれば、フリー層ＦのＴａ層（例えば図３（ａ）のＴａ層１２ａ−２１）を構成するタンタル（Ｔａ）は非磁性材料であり、このＴａ層の介在によってＮｉＦｅ磁性層（例えば図３（ａ）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２）が上層シリコン酸化膜１１ｉに接触しないため、上層シリコン酸化膜１１ｉの酸素成分がＮｉＦｅ磁性層に入り込むことを防止できる。また、Ｔａ層は、非磁性材料により形成されているため、ＧＭＲ素子に磁気的な影響を与えにくい。さらに、Ｔａ層は、この上にＮｉＦｅ磁性層を形成する際にその結晶配向を促す機能を有している。
また、上層シリコン酸化膜１１ｉに前述のドライエッチング処理によって斜面を有する突部１５を形成する際には、平坦面も同時にエッチングすることになるため、上層シリコン酸化膜１１ｉの表面が粗く形成され易いが、延性や展性に富み、耐食性に優れるＴａ層が形成されるため、平滑な表面を形成することができる。そして、上層シリコン酸化膜１１ｉの真上にこのＴａ層を形成しているため、ＮｉＦｅ磁性層は上層シリコン酸化膜１１ｉの表面状態の影響を受けにくい。
以上のことから、Ｔａ層が上層シリコン酸化膜１１ｉによって酸化したりＴａ層と接触する上層シリコン酸化膜１１ｉの表面状態の影響を受けたとしても、ＮｉＦｅ磁性層は、Ｔａ層の酸化や上層シリコン酸化膜１１ｉの表面状態の影響を受けることなく、外部磁界に応じた向きに高い精度で磁化することができ、ＮｉＦｅ磁性層の軟磁気特性の劣化を低減することが可能となる。そして、フリー層Ｆの磁気ヒステリシスループを小さくすることができ、外部磁界の向きを精度よく検出することが可能となる。すなわち、三軸方向の磁気を精度よく検出することができるヒステリシス特性に優れた三軸磁気センサ１０を提供することができる。
また、Ｔａ層はＮｉＦｅ磁性層の結晶配向を促すため、従来のように、ＮｉＦｅ磁性層の下地にＣｏＺｒＮｂ合金からなる軟質強磁性体層を別途形成する必要がなく、ＧＭＲ素子の薄型化を図ることもできる。
【００５７】
また、Ｔａ層のシート抵抗は各ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｌ全体のシート抵抗よりも高いため、ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｌの構成にＴａ層を新たに設けても、電流がＴａ層に流れることを抑制して該電流をスペーサ層Ｓに集中的に流すことができ、ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｌにおける巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）の低下を抑制することが可能となる。なお、実際には、Ｔａ層が上層シリコン酸化膜１１ｉとの界面において酸化して、そのシート抵抗がさらに高くなるため、このＧＭＲ効果の低下の数値をさらに小さくすることが可能となる。
【００５８】
なお、上記実施形態において、ＧＭＲ素子を構成するフリー層Ｆ，スペーサ層Ｓ，ピン層Ｐ及びキャッピング層Ｃの各層の膜厚は、上記実施形態の数値に限ることはない。ただし、Ｔａ層の膜厚は、その電気抵抗がＧＭＲ素子の電気抵抗よりも大きくなるように設定されることがより好ましい。
また、このＴａ層は、少なくともＴａ層が酸化してもフリー層Ｆの軟磁気特性が変化しない程度、すなわち、ＮｉＦｅ磁性層が酸化しない程度の膜厚を有していればよいが、この膜厚は２ｎｍ〜２０ｎｍ、好ましくは３ｎｍ〜１０ｎｍ、より好ましくは３ｎｍとする。なお、２０ｎｍを超えると、磁気の検出に影響を与える。
【００５９】
さらに、上記実施形態においては、上層シリコン酸化膜１１ｉとＮｉＦｅ磁性層との間にはＴａ層が形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも非磁性材料からなり、ＮｉＦｅ磁性層の形成時にその結晶配向を促す結晶化シード層が形成されていればよい。ここで、結晶化シード層の耐酸化性は、少なくとも上層シリコン酸化膜１１ｉの酸素成分が非磁性金属層に入り込んだとしてもＮｉＦｅ磁性層には侵入しない程度であればよい。
【００６０】
また、ピン層Ｐを構成する第１ＣｏＦｅ磁性層の磁化の向きは、規則化熱処理において付与する磁界Ｈと同じ向きの状態で固定されるとしたが、例えば逆向きに固定されるとしても構わない。
さらに、上記実施形態においては、ピン層Ｐを構成する２つのＣｏＦｅ磁性層にＲｕ層を挟み込んだＳＡＦ（Synthetic antiferromagnetic）構造のＧＭＲ素子について説明したが、これに限ることはなく、例えば、Ｒｕ層を除いた構成のＧＭＲ素子にも適用することができる。
【００６１】
また、上記実施形態において、Ｙ１軸ＧＭＲ素子およびＹ２軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバーは、同一の突部１５に配置されるとしたが、少なくとも相互に異なる方向に傾斜する斜面に配置されていればよく、例えば別個の突部に配置されるとしても構わない。
さらに、上記実施形態においては、基板１１の平坦面上、相互に異なる方向に傾斜する第１斜面１５ａ及び第２斜面１５ｂにそれぞれＧＭＲ素子を配置して三軸方向の磁気を検出する磁気センサについて述べたが、これに限ることはなく、例えば二軸方向あるいは一軸方向の磁気を検出する磁気センサにも適用することができる。
【００６２】
また、本実施形態では、結晶化シード層として、非磁性金属からなるＴａを使用しているが、これに限られるものではない。
結晶化シード層としては、例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗ、Ｒｅ、Ｚｎ等が挙げられ、その表面に不動態皮膜、酸化皮膜等が形成される金属でもよい。さらに、ＧＭＲ素子に積層されることから、その感度を考慮してＧＭＲ素子よりも十分に抵抗率の高い材料とすることが好ましく、半導体プロセスとのマッチングの観点も考慮し、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）がより好ましい非磁性金属層として挙げられる。これらの金属は、その特性からＣＶＤ酸化膜との密着性も良好となり、対環境性の観点からも好ましい。
なお、本発明で非磁性とは、外部磁界を取り去ったときに磁化せず、かつ、磁気センサとして機能できるようにＧＭＲバーに磁気的な影響を与えにくい性質をいい、強磁性及び反強磁性の物質を除く意味で用いている。すなわち、常磁性、反磁性の物質ならば非磁性となり得る。
【００６３】
また、本実施形態では、結晶化シード層として用いるＴａ層の外縁は、ＧＭＲ多層膜を同時にイオンミリングすることから、他の層の外縁と同一周面上に形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば図２０に示すように、結晶化シード層として用いるＴａ層の外縁が軟質強磁性体層の外縁よりも大きくなるように形成してもよい。このように形成するには、Ｔａ層をスパッタリングした後、ＮｉＦｅ磁性層をスパッタリングする前にＴａ層を所定の形状にパターニングすればよい。なお、Ｔａ層の外縁は他のＴａ層、ＧＭＲバー、リード膜と接触しないようにパターニングする必要がある。例えば、ＧＭＲバー１２ａ−２では、Ｔａ層の裾部分（外縁）はリード膜１２ａ−７，１２ａ−６に接触するように形成されているが、他のＧＭＲバー（１２ａ−１、１２ａ−３等）、リード膜（１２ａ−５、１２ａ−８等）、及び、非磁性膜（１１ｒ−１、１１ｒ−３等）には接触しないようにパターニングする。他のＧＭＲバーについても同様に形成する必要がある。このように形成することで、ＧＭＲ素子周辺の上層シリコン酸化膜１１ｉからの酸素の侵入を防ぐことができる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明の一実施形態に係る磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視断面図である。
【図２】図１の磁気センサを構成する巨大磁気抵抗効果素子を模式的に示しており、（ａ）は複数の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）バーが接続されて１つのＸ軸用の巨大磁気抵抗効果素子を構成された状態を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’矢視断面図である。
【図３】図１の磁気センサを構成する巨大磁気抵抗効果素子を示しており、（ａ）は図２（ｂ）の内部の積層状態を模式的に示す図であり、（ｂ）はピン層における第１ＣｏＦｅ磁性層及び第２ＣｏＦｅ磁性層の磁化の向きを模式的に示す図である。
【図４】図１の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を示しており、図４（ａ）は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＥ部を拡大して模式的に示す斜視図である。
【図５】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図６】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図７】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図８】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図９】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１０】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１１】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１２】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１３】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１４】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１５】図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１６】規則化熱処理（ピニング処理）の状態を模式的に示す概略平面図である。
【図１７】図１６のＧ−Ｇ’矢視断面図である。
【図１８】本実施形態におけるＧＭＲ素子のヒステリシス値に対する度数分布を示すグラフである。
【図１９】従来におけるＧＭＲ素子のヒステリシス値に対する度数分布を示すグラフである。
【図２０】この発明の他の実施形態に係る磁気センサを構成する巨大磁気抵抗効果素子を模式的に示しており、（ａ）は複数の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）バーが接続されて１つのＸ軸用の巨大磁気抵抗効果素子を構成された状態を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’矢視断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…三軸磁気センサ、１１…基板、１１ｉ…上層シリコン酸化膜、１２ａ〜１２ｄ…Ｘ軸ＧＭＲ素子、１２ｅ〜１２ｈ…Ｙ１軸ＧＭＲ素子、１２ｉ〜１２ｌ…Ｙ２軸ＧＭＲ素子、１２ａ−２１…Ｔａ層（結晶化シード層）、１２ａ−２２…ＮｉＦｅ磁性層（軟質強磁性体層）、１２ａ−２３…ＣｏＦｅ層（軟質強磁性体層）、１５ａ…第１斜面、１５ｂ…第２斜面、Ｆ…フリー層、Ｐ…ピン層、Ｓ…スペーサ層（導電層）
【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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【図２０】
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