(57)【要約】【課題】  シンセティックスピンバルブ膜（ＳＡＦ）の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いた小型で且つ磁界検出方向が直交する２方向である２軸磁気センサであって、耐熱性及び耐強磁界性に優れた磁気センサを提供すること。【解決手段】  磁気センサは、ＳＡＦのＧＭＲ素子１１〜１４，２１〜２４を備えている。ＧＭＲ素子１１〜１４の各素子はＸ軸方向に磁界検出方向を有しブリッヂ接続されてＸ軸磁気センサを構成する。ＧＭＲ素子２１〜２４の各素子はＹ軸方向に磁界検出方向を有しブリッヂ接続されてＹ軸磁気センサを構成する。各ＧＭＲ素子のピンド層の磁化の向きは、マグネットアレイのヨークの正方形部６１ａに挿入された永久棒磁石８０が同ヨークの長方形部６１ｂの近傍に形成する磁界により固定される。任意の長方形部６１ｂ近傍の磁界は、隣接する長方形部６１ｂ近傍の磁界と向きが９０度だけ異なっている。【選択図】  図２４
2005260064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンド層と同ピンド層の磁化の向きを固定するためのピニング層とを含む固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた巨大磁気抵抗効果素子であって、
前記固定層は、
前記ピンド層が、前記スペーサ層に隣接して積層される第１強磁性体膜と、その上に積層される第２強磁性体膜と、同第１強磁性体膜及び同第２強磁性体膜とにサンドイッチ状に挟まれた交換結合膜と、から構成され、
前記ピニング層が、前記第２強磁性体膜の前記交換結合膜とは反対側に隣接配置されるとともに同第２強磁性体膜と交換結合して同第２強磁性体膜の磁化の向きを固定する反強磁性体からなる交換バイアス膜から構成され、
前記第１強磁性体膜と前記第２強磁性体膜が前記交換結合膜を介して互いに交換結合してなる多重膜積層固定層である、巨大磁気抵抗効果素子を、基板上に少なくとも二つ備えるとともに、同少なくとも二つの巨大磁気抵抗効果素子の各ピンド層の固定された磁化の向きが互いに略直交するように配置した磁気センサの製造方法であって、
略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形であり且つ同中心軸に直交する同略正方形の端面に磁極が形成された永久磁石を複数個備えるとともに、磁性材料からなる薄板状のヨークを備えたマグネットアレイであって、
前記複数の永久磁石は、それぞれの前記略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配置されるとともに、前記正方格子の任意の一列上に配置された前記複数の永久磁石のうちの一つの永久磁石の前記端面の一辺が同じ列上に配置された他の永久磁石の前記端面の一辺と略同一線上に存在し、前記複数の永久磁石の端面の総てが略同一平面上に存在し、且つ、前記複数の永久磁石のうちの最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久磁石の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置され、
前記ヨークは、前記配置された複数の永久磁石と略同一の位置に同永久磁石の前記略正方形を有する断面と略同一形状の正方形部と同正方形部の各辺の中央部において同各辺の一部を長辺とする長方形部とからなる貫通孔を複数備え、同複数の貫通孔の各正方形部に前記複数の永久磁石がそれぞれ挿入され、同永久磁石の端面が存在する平面が同ヨークの上面と下面の間に存在するように、配置される、マグネットアレイを準備する工程と、
前記固定層となる膜と前記スペーサ層となる膜と前記フリー層となる膜とを含む素子膜を前記基板上に形成されたウエハを製造する工程と、
前記素子膜が形成された前記ウエハを同ウエハのなす平面が前記ヨークのなす平面と平行となるように前記マグネットアレイに近接配置することにより前記ヨークの長方形部に形成される磁界を同ウエハに加えるとともに、同ウエハを高温に維持し、前記ウエハの各固定層となる膜の磁化の向きの固定を同時に行う工程と、
を含む磁気センサの製造方法。
【請求項２】
略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形であり且つ同中心軸に直交する同略正方形の端面に磁極が形成された永久磁石を複数個備えるとともに、磁性材料からなる薄板状のヨークを備えたマグネットアレイであって、
前記複数の永久磁石は、それぞれの前記略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配置されるとともに、前記正方格子の任意の一列上に配置された前記複数の永久磁石のうちの一つの永久磁石の前記端面の一辺が同じ列上に配置された他の永久磁石の前記端面の一辺と略同一線上に存在し、前記複数の永久磁石の端面の総てが略同一平面上に存在し、且つ、前記複数の永久磁石のうちの最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久磁石の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置され、
前記ヨークは、前記配置された複数の永久磁石と略同一の位置に同永久磁石の前記略正方形を有する断面と略同一形状の正方形部と同正方形部の各辺の中央部において同各辺の一部を長辺とする長方形部とからなる貫通孔を複数備え、同複数の貫通孔の各正方形部に前記複数の永久磁石がそれぞれ挿入され、同永久磁石の端面が存在する平面が同ヨークの上面と下面の間に存在するように、配置された、
マグネットアレイ。
【請求項３】
請求項２に記載のマグネットアレイであって、
前記ヨークは、平面視で前記正方格子の各格子点同士を結んで形成される正方形の重心を包囲する位置に開口が形成されてなるマグネットアレイ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のマグネットアレイであって、
前記ヨークの各貫通孔は、平面視において前記正方形部の各角部から同正方形部の外方に略円弧形状に膨出したマージン部を備えてなるマグネットアレイ。
【請求項５】
薄板体のアレイ用基板と、前記アレイ用基板上に配列される複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の上部に配置される磁性材料からなる薄板状のヨークと、を備えたマグネットアレイの製造方法であって、
前記アレイ用基板となる薄板体に対し、それぞれが前記永久磁石の端面の形状と略同一の正方形であって所定の深さを有する複数の溝を所定の正方格子状に配列させて形成する工程と、
前記ヨークとなる板体に対し、それぞれが前記アレイ用基板の溝の形状と略同一の正方形状を有する正方形部と同正方形部の各辺の中央部において同各辺の一部を長辺とする長方形部とを備えた複数の貫通孔を、前記所定の正方格子状に配列させて形成するヨークを準備する工程と、
角柱状のスペーサを、前記アレイ用基板の複数の溝からなる任意の一列と、その列に平行且つ隣接する列を構成する複数の溝との間に配置する工程と、
前記スペーサの上に前記ヨークとなる板体を、前記アレイ用基板の複数の溝と前記ヨークの複数の貫通孔とが平面視において一致するように配置する工程と、
それぞれが略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が前記アレイ用基板の溝及び前記ヨークの正方形部と略同一の正方形状を有し且つ同正方形状を有する端面に磁極が形成された互いに同一形状の前記複数の永久磁石を、同永久磁石の各下面が前記アレイ用基板の各溝の上面に当接するように、前記アレイ用基板の複数の溝及び前記ヨークの複数の貫通孔にそれぞれ挿入する工程と、
前記ヨークとなる板体を、前記永久磁石の上面により形成される平面が同板体の下面及び上面の間の位置となるように、持ち上げる工程と、
前記スペーサを抜き取る工程と、
を含んだマグネットアレイの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のマグネットアレイの製造方法において、
前記ヨークを準備する工程は、
平面視で前記正方格子の各格子点同士を結んで形成される正方形の重心を包囲する位置に開口を形成する工程を含むマグネットアレイの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のマグネットアレイの製造方法において、
前記ヨークとなる板体を持ち上げる工程は、
前記開口を器具で挟持して前記ヨークを持ち上げる工程であるマグネットアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重膜積層固定層を有する磁気抵抗効果素子（所謂、シンセティックスピンバルブ膜）を用いた磁気センサの製造方法、同磁気センサの製造方法に適したマグネットアレイ及び同マグネットアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られる巨大磁気抵抗効果素子（以下、「ＧＭＲ素子」と称呼する。）は、ピンド層及び同ピンド層の磁化の向きを固定するためのピニング層を含む固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えている。ＧＭＲ素子の抵抗値は、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きのなす角度に応じて変化する。即ち、ＧＭＲ素子の抵抗値は、外部磁界のピンド層の磁化の向きに沿う成分に応じて変化する。従って、ＧＭＲ素子の磁気検出方向は、ピンド層の磁化の向きと一致している。
【０００３】
ＧＭＲ素子は、例えば地磁気センサ等の磁気センサに使用される。この場合、ＧＭＲ素子に強い磁界や高い温度が加わっても、固定層の磁化が安定していることが要求される。固定層の磁化が変化すると、ＧＭＲ素子の抵抗特性が変化してしまうからである。かかる要求に対し、従来の固定層を多重膜積層固定層に置換したＧＭＲ素子（所謂、シンセティックスピンバルブ膜）が開発されている。
【０００４】
多重膜積層固定層のピンド層は、スペーサ層に隣接して積層される第１強磁性体膜と、その上に積層される第２強磁性体膜と、同第１強磁性体膜及び同第２強磁性体膜とにサンドイッチ状に挟まれた交換結合膜と、から構成されている。多重膜積層固定層のピニング層は、反強磁性体からなり、前記第２強磁性体膜の上に積層されている。ピニング層は、第２強磁性体膜と交換結合して同第２強磁性体膜の磁化の向きを固定する。このとき、第１強磁性体膜と第２強磁性体膜とは交換結合膜を介して交換結合し、第１強磁性体膜の磁化の向きが固定される（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特許第２７８６６０１号（第１６欄〜第２４欄、図５）
【０００５】
ところで、ＧＭＲ素子を利用した磁気センサであって外部磁界の向きを検出する磁気センサ（例えば、地磁気センサ等）は、互いに磁気検出方向が異なる少なくとも二つのＧＭＲ素子を必要とする。外部磁界の向きは、二つのＧＭＲ素子により検出されたそれぞれのＧＭＲ素子の磁気検出方向における磁界のベクトルの合成ベクトルの向きと一致する。このような磁気センサは、二軸磁気センサとも称呼される。
【０００６】
一方、シンセティックスピンバルブ膜のピンド層の磁化の固定を行うためには、素子膜に極めて強い磁界を加えながらその素子膜を所定時間だけ高温に維持する工程（熱処理工程）を実施しなければならない。従って、互いに磁気検出方向が異なる二つのシンセティックスピンバルブ膜を有するＧＭＲ素子を備えた二軸磁気センサを小型化するためには、近接した位置に互いに向きが異なる（例えば、直交する）強い磁界を形成することが必要となる。しかしながら、このような磁界を形成することは非常に困難であり、その結果、シンセティックスピンバルブ膜を使用した小型の二軸磁気センサを量産することができないという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的の一つは、シンセティックスピンバルブ膜を使用した小型の二軸磁気センサを量産することを可能とした磁気センサの製造方法、その製造方法に適したマグネットアレイ及び同マグネットアレイの製造方法を提供することにある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の製造方法により製造される磁気センサは、シンセティックスピンバルブ膜の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を使用するセンサである。このＧＭＲ素子は、ピンド層と同ピンド層の磁化の向きを固定するためのピニング層とを含む固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えている。
【０００９】
前記固定層は、
前記ピンド層が、スペーサ層に隣接して積層される第１強磁性体膜と、その上に積層される第２強磁性体膜と、同第１強磁性体膜及び同第２強磁性体膜とにサンドイッチ状に挟まれた交換結合膜と、から構成され、
前記ピニング層が、前記第２強磁性体膜の前記交換結合膜とは反対側に隣接配置されるとともに同第２強磁性体膜と交換結合して同第２強磁性体膜の磁化の向きを固定する反強磁性体からなる交換バイアス膜から構成され、
前記第１強磁性体膜と前記第２強磁性体膜が前記交換結合膜を介して互いに交換結合してなる多重膜積層固定層である。
【００１０】
本発明の製造方法により製造される磁気センサは、このようなＧＭＲ素子を、基板上に少なくとも二つ備える。さらに、これらの少なくとも二つの磁気抵抗効果素子の各ピンド層の固定された磁化の向きは互いに略直交する。
【００１１】
かかる磁気センサを製造するための本発明による製造方法は、以下の工程を含む。
（１）マグネットアレイを準備する工程
（２）巨大磁気抵抗効果素子となる素子膜を備えたウエハを製造する工程
（３）各固定層となる膜の磁化の向きの固定を行う工程
以下、順に説明を加える。
【００１２】
（１）マグネットアレイを準備する工程により、
略直方体形であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形であり且つ同中心軸に直交する同略正方形の端面に磁極が形成された永久磁石を複数個備えるとともに、磁性材料からなる薄板状のヨークを備えたマグネットアレイが準備される。
【００１３】
前記複数の永久磁石は、それぞれの前記略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配置されるとともに、前記正方格子の任意の一列上に配置された前記複数の永久磁石のうちの一つの永久磁石の前記端面の一辺が同じ列上に配置された他の永久磁石の前記端面の一辺と略同一線上に存在し、前記複数の永久磁石の端面の総てが略同一平面上に存在し、且つ、前記複数の永久磁石のうちの最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久磁石の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置される。
【００１４】
前記ヨークは、前記配置された複数の永久磁石と略同一の位置に同永久磁石の前記略正方形を有する断面と略同一形状の正方形部と同正方形部の（正方形の）各辺の中央部において同各辺の一部を長辺とする長方形部とからなる貫通孔を複数備え、同複数の貫通孔の各正方形部に前記複数の永久磁石がそれぞれ挿入され、同複数の永久磁石の端面が存在する平面が同ヨークの上面と下面の間に存在するように、配置される。
【００１５】
このマグネットアレイにより、同マグネットアレイの平面視で、一つのＮ極から同Ｎ極の右側に存在するＳ極へ右方向の磁界、同Ｎ極から同Ｎ極の上側に存在するＳ極へ上方向の磁界、同Ｎ極から同Ｎ極の左側に存在するＳ極へ左方向の磁界及び同Ｎ極から同Ｎ極の下側に存在するＳ極へ下方向の磁界が形成される。同様に、あるＳ極に対しては、このＳ極の右側に存在するＮ極から左方向の磁界、このＳ極の上側に存在するＮ極から下方向の磁界、このＳ極の左側に存在するＮ極から右方向の磁界及びこのＳ極の下側に存在するＮ極から上方向の磁界が形成される。そして、これらの磁界の磁力線は、ヨーク、ヨークの長方形部及び同長方形部の近傍を通過する。従って、隣接するヨークの長方形部及び同長方形部の直上部には、互いに直交する極めて強い磁界が形成される。
【００１６】
（２）巨大磁気抵抗効果素子となる素子膜を備えたウエハを製造する工程により、
前記固定層となる膜と前記スペーサ層となる膜と前記フリー層となる膜とを含む素子膜が前記基板上に形成されたウエハが製造される。
この場合、前記固定層となる膜と前記スペーサ層となる膜と前記フリー層となる膜とを含む島状の素子膜を少なくとも二つ基板上に点在させるとともに、同少なくとも二つの素子膜は、平面視においてその素子膜の一つが前記マグネットアレイの長方形部の一つの内側に配置されるとき、その素子膜の他の一つが同長方形部が形成されている正方形部の一つの辺に隣接する他の辺に形成された長方形部の内側に配置される相対位置関係をもって形成されてなるウエハを製造してもよい。
【００１７】
（３）各固定層となる膜の磁化の向きの固定を行う工程により、
前記素子膜が形成された前記ウエハを同ウエハのなす平面が前記ヨークのなす平面と平行となるように前記マグネットアレイに近接配置することにより前記ヨークの長方形部に形成される磁界が同ウエハに加えられるとともに、同ウエハが高温に維持され、これにより前記ウエハの各固定層となる膜の磁化の向きの固定が同時に行われる。
また、島状の素子膜が少なくともウエハ上に二つ形成されている場合、平面視において前記素子膜の一つが前記マグネットアレイの長方形部の一つの内側に配置されるとともに、前記他の素子膜の一つが同長方形部が形成されている正方形部の一つの辺に隣接する他の辺に形成された長方形部の内側に配置されるように、前記ウエハが前記マグネットアレイに近接配置されることにより、同マグネットアレイの長方形部に形成される磁界が同素子膜に加えられる。そして、この素子膜が高温に維持され、これにより前記少なくとも二つの素子膜の各固定層となる膜の磁化の向きが同時に固定される。
【００１８】
前述したように、前記マグネットアレイの隣接するヨークの長方形部とその近傍（直上部）には、互いに直交する極めて強い磁界が形成されている。従って、近接している二つの素子膜に強い磁界を加えられるので、シンセティックスピンバルブ膜のピンド層の磁化の固定を確実に行うことができる。また、互いに極めて短い距離に配置されるとともに、ピンド層の磁化の向きが互いに直交した少なくとも二つのシンセティックスピンバルブ膜の磁気抵抗効果素子を単一基板上に有する二軸磁気センサを形成することができる。更に、上述したマグネットアレイを用いれば、例えば、二つ以上（多数）の二軸磁気センサが得られるように一つのウエハ上に形成された複数の素子膜の各ピンド層の磁化の固定を同時に（同じ熱処理工程にて）行うことができるので、二軸磁気センサを安価に製造することができる。
【００１９】
本発明によるマグネットアレイは、上記磁気センサの製造方法において使用されるものである。このマグネットアレイにおいて、前記ヨークは、平面視で前記正方格子の各格子点同士を結んで形成される正方形の重心を包囲する位置に開口が形成されてなることが好適である。その開口は略円形をなしていてよい。
【００２０】
この開口が形成された位置は、各格子点同士を結んで形成される正方形の重心を包囲する位置である。この位置は、各永久磁石の磁極からの磁力線が交差して磁界が不安定となる部分である。従って、この位置に開口を設けることにより磁界は交差しなくなり、磁界の不安定さが解消されるから、より安定した強い一様な磁界を前記長方形部に局所的に発生させることができる。その結果、かかるマグネットアレイによれば、固定層となる膜の磁化の固定や、磁気センサのバイアス磁石膜の着磁等を効果的に行うことができる。
【００２１】
更に、前記ヨークの各貫通孔は、平面視において前記正方形部の各角部から同正方形部の外方に略円弧形状に膨出したマージン部を備えていることが好適である。
【００２２】
ヨークに対し、エッチング等により正方形の貫通孔を加工・形成する場合、エッチングが不十分であると、正方形の角部が円弧状となって永久磁石を挿入できない恐れがある。これに対し、上記ヨークにおいては、マージン部もエッチングされるので、永久磁石を貫通孔内に確実に挿入することができる。
【００２３】
上述のマグネットアレイは、
薄板体のアレイ用基板と、前記アレイ用基板上に配列される複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の上部に配置される磁性材料からなる薄板状のヨークと、を備えたマグネットアレイであり、以下の製造工程を含む方法により製造できる。
【００２４】
前記アレイ用基板となる薄板体に対し、それぞれが前記永久磁石の端面の形状と略同一の正方形であって所定の深さを有する複数の溝を所定の正方格子状に配列させて形成する工程、
前記ヨークとなる板体に対し、それぞれが前記アレイ用基板の溝の形状と略同一の正方形状を有する正方形部と同正方形部の各辺の中央部において同各辺の一部を長辺とする長方形部とを備えた複数の貫通孔を、前記所定の正方格子状に配列させて形成するヨークを準備する工程、
角柱状のスペーサを、前記アレイ用基板の複数の溝からなる任意の一列と、その列に平行且つ隣接する列を構成する複数の溝との間に配置する工程、
前記スペーサの上に前記ヨークとなる板体を、前記アレイ用基板の複数の溝と前記ヨークの複数の貫通孔とが平面視において一致するように配置する工程、
それぞれが略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が前記アレイ用基板の溝及び前記ヨークの正方形部と略同一の正方形状を有し且つ同正方形状を有する端面に磁極が形成された互いに同一形状の前記複数の永久磁石を、同永久磁石の各下面が前記アレイ用基板の各溝の上面に当接するように、前記アレイ用基板の複数の溝及び前記ヨークの複数の貫通孔にそれぞれ挿入する工程、
前記ヨークとなる板体を、前記永久磁石の上面により形成される平面が同板体の下面及び上面の間の位置となるように、持ち上げる工程、及び
前記スペーサを抜き取る工程。
【００２５】
この場合、前記ヨークを準備する工程は、
平面視で前記正方格子の各格子点同士を結んで形成される正方形の重心を包囲する位置に開口を形成する工程を含むことが好適である。
【００２６】
また、前記ヨークとなる板体を持ち上げる工程は、
前記開口を器具で挟持して前記ヨークを持ち上げる工程であることが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明による磁気センサの実施形態について図面を参照しながら説明する。この磁気センサは、後述する製造方法によってＮタイプとＳタイプとに別れる。図１はＮタイプの磁気センサ１０の平面図である。図２はＳタイプの磁気センサ３０の平面図である。      
【００２８】
Ｎタイプの磁気センサ１０とＳタイプの磁気センサ３０は、図１及び図２に黒塗りの矢印にて示したピンド層の固定された磁化の向き、及び、白抜きの矢印にて示したフリー層の初期状態（外部磁界が存在しない状態）での磁化の向きが互いに異なる点を除き実質的に同一の形状・構成を有している。従って、以下、Ｎタイプの磁気センサ１０を主として説明する。
【００２９】
磁気センサ１０は、図１に示したように、単一の基板（モノリシックチップ）１０ａと、合計で８個のＧＭＲ素子１１〜１４，２１〜２４と、を含んでいる。基板１０ａは、石英ガラスからなっている。基板１０ａは、平面視において互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿った辺を有する長方形状（略正方形状）を有し、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薄板体である。
【００３０】
各ＧＭＲ素子１１〜１４，２１〜２４は、基板１０ａにおける配置が異なる点を除き、互いに実質的に同一の構造を備えている。従って、以下、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１を代表例として、その構造について説明する。
【００３１】
第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１は、平面図である図３（Ａ）及び図３（Ａ）の１−１線に沿った平面にて第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１を切断した概略断面図である図３（Ｂ）に示したように、Ｙ軸方向に長手方向を有する複数の幅狭帯状部１１ａ…１１ａと、各幅狭帯状部１１ａの長手方向（Ｙ軸方向）両端部の下方に形成されたバイアス磁石膜１１ｂ…１１ｂと、を備えている。
【００３２】
幅狭帯状部１１ａ…１１ａは、多重膜積層固定層を有する磁気抵抗効果素子を構成する
シンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦからなっている。バイアス磁石膜１１ｂ…１１ｂは、ＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体であって高保磁力及び高角型比を有する材質からなり、着磁されて永久磁石膜となっている。各幅狭帯状部１１ａ…１１ａは、各バイアス磁石膜１１ｂ…１１ｂの上面において同各バイアス磁石膜１１ｂ…１１ｂと磁気的に結合している。
【００３３】
第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１のシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦは、図４に膜構成を示したように、基板１０ａの上に積層された絶縁層１０ｂ（この絶縁層の中には配線層が含まれる。）、絶縁層１０ｂの上に形成されたフリー層Ｆ、フリー層Ｆの上に形成されたスペーサ層Ｓ、スペーサ層Ｓの上に形成された固定層Ｐ及び固定層Ｐの上に形成されたキャッピング層Ｃからなっている。基板１０ａ及び絶縁層１０ｂは、その上面にＧＭＲ素子１１〜１４，２１〜２４が形成されることから、併せて「基板」と呼ぶこともできる。
【００３４】
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る。フリー層Ｆは、基板（絶縁層１０ｂ）の直上に形成された膜厚が８ｎｍ（８０Å）のＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１１−１と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１１−１の上に形成された膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１１−２と、ＮｉＦｅ磁性層１１−２の上に形成された１〜３ｎｍ（１０〜３０Å）程度の膜厚のＣｏＦｅ層１１−３とからなっている。ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１１−１とＮｉＦｅ磁性層１１−２は軟質の強磁性体膜を構成している。ＣｏＦｅ層１１−３はＮｉＦｅ層１１−２のＮｉ及びスペーサ層ＳのＣｕ１１−４の拡散を防止するものである。
【００３５】
スペーサ層Ｓは、膜厚が２．４ｎｍ（２４Å）のＣｕからなる導電性膜である。
【００３６】
固定層（固着層、磁化固定層、ピン層）Ｐは、膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のＣｏＦｅからなる第１強磁性体膜１１−５と、第１強磁性体膜１１−５の上に積層された膜厚が０．８〜０．９ｎｍ（８〜９Å）のＲｕからなる交換結合膜１１−６と、交換結合膜１１−６の上に積層された膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）のＣｏＦｅからなる第２強磁性体膜１１−７と、第２強磁性体膜１１−７の上に積層されるとともにＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の交換バイアス膜（反強磁性体膜）１１−８とを重ね合わせたものである。
【００３７】
このように、交換結合膜１１−６は、第１強磁性体膜１１−５と第２強磁性体膜１１−７とにサンドイッチ状に挟まれている。第１強磁性体膜１１−５、交換結合膜１１−６及び第２強磁性体膜１１−７は、磁化の向きが外部磁界の変化に対して変化しないように固定されるピンド層を構成している。交換バイアス膜１１−８は、ピンド層の磁化の向きを固定するピニング層を構成している。
【００３８】
これらの膜１１−５〜１１−８を積層した素子に所定の高温下にて所定の強い磁界を所定の時間だけ加える熱処理工程を実施すると、交換バイアス膜１１−８は第２強磁性体膜１１−７と交換結合し、第２強磁性体膜１１−７の磁化（磁化ベクトル）の向きが固定される。また、第１強磁性体膜１１−５と第２強磁性体膜１１−７は、交換結合膜１１−６を介して互いに交換結合する。この結果、第１強磁性体膜１１−５の磁化の向きが固定される。なお、第１強磁性体膜１１−５の磁化の向きと第２強磁性体膜１１−７の磁化の向きは反平行である。例えば、図１において、磁界の向きをＸ軸正方向として規則化熱処理を行ったときは、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１の第１強磁性体膜１１−５の磁化の向きはＸ軸負方向に固着される。第１強磁性体膜１１−５の磁化の向きが、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子のピンド層の固定された磁化の向きである。
【００３９】
キャッピング層Ｃは、膜厚が１．５ｎｍ（１５Å）のチタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなっている。
【００４０】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示したバイアス磁石膜１１ｂ…１１ｂは、フリー層Ｆの一軸異方性を維持するため、同フリー層Ｆに対して同フリー層Ｆの長手方向にバイアス磁界を与えるようになっている。第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１において、バイアス磁石膜１１ｂ…１１ｂによるバイアス磁界の向きはＹ軸負方向である。
【００４１】
このように構成された第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１は、図５の実線にて示したように、Ｘ軸に沿って変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界に略比例して変化する抵抗値を呈し、図５の破線にて示したように、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を呈する。即ち、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１の磁界検出方向は、ピンド層の固定された磁化の向きに沿った方向である。
【００４２】
第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１は、基板１０ａのＹ軸方向略中央部下方でＸ軸負方向端部近傍に形成されている。上述したように、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１のピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸負方向となっている。第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２は、基板１０ａのＹ軸方向略中央部上方でＸ軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸負方向となっている。第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３は、基板１０ａのＹ軸方向略中央部上方でＸ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸正方向となっている。第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１４は、基板１０ａのＹ軸方向略中央部下方でＸ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸正方向となっている。
【００４３】
第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２１は、基板１０ａのＸ軸方向略中央部左方でＹ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸正方向となっている。第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２は、基板１０ａのＸ軸方向略中央部右方でＹ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸正方向となっている。第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２３は、基板１０ａのＸ軸方向略中央部右方でＹ軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸負方向となっている。第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２４は、基板１０ａのＸ軸方向略中央部左方でＹ軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸負方向となっている。
【００４４】
次に、上記ＧＭＲ素子１１〜１４及びＧＭＲ素子２１〜２４によりそれぞれ構成されるＸ軸磁気センサ（Ｘ軸方向を磁界検出方向とする磁気センサ）及びＹ軸磁気センサ（Ｙ軸方向を磁界検出方向とする磁気センサ）について説明する。
【００４５】
Ｘ軸磁気センサは、図６（Ａ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１１〜１４が図１に図示しない導線を介してフルブリッヂ接続されることにより構成されている。なお、図６（Ａ）において、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１１〜１４の各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接したＧＭＲ素子の特性（外部磁界に対する抵抗値Ｒの変化）を示している。グラフ中のＨｘは、Ｘ軸に沿って大きさが変化する外部磁界（外部磁界のＸ軸成分）を示している。
【００４６】
このような構成において、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１と第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１４の接続点及び第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２と第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３の接続点が、それぞれ図示しない定電圧源の正極及び負極（グランド）に接続され、電位+Ｖ（本例では５（Ｖ））及び電位-Ｖ（本例では０（Ｖ））がそれぞれ付与される。そして、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１と第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３の接続点と、第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１４と第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２の接続点の電位差Ｖoxがセンサ出力として取り出される。この結果、Ｘ軸磁気センサは、図６（Ｂ）に示したように、Ｘ軸に沿って変化する外部磁界Ｈｘに略比例するとともに、外部磁界Ｈｘが大きいほど小さくなる電圧Ｖoxを出力するようになっている。
【００４７】
Ｙ軸磁気センサは、Ｘ軸磁気センサと同様に、第１〜第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２１〜２４が図１に図示しない導線を介してフルブリッヂ接続されることにより構成されている。Ｙ軸磁気センサは、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界Ｈｙに略比例するとともに、外部磁界Ｈｙが大きいほど小さくなる電圧Ｖoyを出力するようになっている。以上が、Ｎタイプの磁気センサ１０の構成である。
【００４８】
一方、Ｓタイプの磁気センサ３０は、図２に示したように、ＧＭＲ素子３１〜３４，４１〜４４を含んでいる。磁気センサ３０は、磁気センサ１０と同様な構成を有し、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサを備えている。
【００４９】
即ち、磁気センサ３０のＸ軸磁気センサは、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３１〜３４が導線を介してフルブリッヂ接続されることにより構成されている。磁気センサ３０のＸ軸磁気センサは、外部磁界Ｈｘに略比例するとともに、外部磁界Ｈｘが大きいほど大きくなる電圧Ｖoxを出力するようになっている。また、磁気センサ３０のＹ軸磁気センサは、第１〜第４Ｙ軸ＧＭＲ素子４１〜４４が導線を介してフルブリッヂ接続されることにより構成されている。磁気センサ３０のＹ軸磁気センサは、外部磁界Ｈｙに略比例するとともに、外部磁界Ｈｙが大きいほど大きくなる電圧Ｖoyを出力するようになっている。
【００５０】
次に、本発明によるマグネットアレイ５０の実施形態について説明する。マグネットアレイ５０は、磁気センサ１０，３０の固定層Ｐのピンド層の磁化の向きを固定する際に使用される。マグネットアレイ５０は、平面図である図７及び部分縦断面図である図８に示したように、ヨーク（ヨーク板）６０と、アレイ用基板７０と、複数の永久磁石（永久棒磁石）８０とから構成されている。
【００５１】
ヨーク６０は、図９乃至図１１に示されている。図９はヨーク６０の平面図、図１０は図９の一部拡大図、図１１は図１０の２−２線に沿った平面にてヨーク６０を切断した断面図である。このヨーク６０は、例えば４２アロイ（Ｆｅに対して４２重量％のＮｉを含むＦｅ−４２Ｎｉ合金）等であって、空気より高い透磁率を有する磁性材料からなる薄板体である。ヨーク６０は、例えば、パーマロイ（permalloy）やケイ素鋼板（silicon steel (sheet)）であって、高飽和高透磁率材料からなっていてもよい。
【００５２】
ヨーク６０の平面形状は長方形である。ヨーク６０の板厚は、この例では０．１５ｍｍである。ヨーク６０は複数の貫通孔６１と複数の開口（磁束制御穴）６２を備えている。貫通孔６１のそれぞれは、図１２に拡大して示したように、一つの正方形部６１ａ、４つの長方形部６１ｂ及び４つのマージン部（円弧状部、Ｒ部）６１ｃからなっている。
【００５３】
正方形部６１ａは平面視において正方形状を有する。長方形部６１ｂは正方形部６１ａの各辺の中央部において同各辺の一部を長辺として正方形部６１ａの一部を外側に拡張する長方形状を備えている。マージン部６１ｃは正方形部６１ａの各角部から同正方形部６１ａの外方に膨出している。より具体的に述べると、マージン部６１ｃの外形は、正方形部６１ａの対角線ＣＲ上に中心ＲＰを備える円弧形状である。
【００５４】
複数の貫通孔６１は、正方格子状に配列されている。即ち、各貫通孔６１の重心（正方形部６１ａの重心）は、図１０に示した正方格子点ＳＰに一致している。貫通孔６１の正方形部６１ａの一つの辺は、隣接する貫通孔６１の正方形部６１ａの一つの辺と平行となっている。また、貫通孔６１の正方形部６１ａの一辺は、その貫通孔６１と同一列上又は同一行上に形成された他の貫通孔６１の正方形部６１ａの一辺と同一直線上に存在している。同様に、貫通孔６１の長方形部６１ｂの一辺は、その貫通孔６１と同一列上又は同一行上に形成された他の貫通孔６１の長方形部６１ｂの一辺と同一直線上に存在している。
【００５５】
開口６２は前記正方格子の各格子点ＳＰ同士を結んで形成される正方形の重心ＣＰを包囲する位置に形成されている。より具体的に述べると、開口６２は平面視において重心ＣＰを中心とする円形形状を有する貫通穴である。
【００５６】
図１３及び図１４に示されたアレイ用基板７０は、図１５に示した磁性材料（例えば、４２アロイ等のパーマロイ）からなる薄板体７０ａを加工した基板である。アレイ用基板７０は平面視でヨーク６０と略同一の長方形状を備えている。アレイ用基板７０は複数の溝７０ｂを備えている。複数の溝７０ｂは、平面視において、ヨーク６０の貫通孔６１の正方形部６１ａと同一箇所（同一位置）に設けられている。溝７０ｂの形状は、貫通孔６１の正方形部６１ａと略同一の正方形である。
【００５７】
永久棒磁石８０は直方体形状を有している。永久棒磁石８０はその直方体の相対的に長い中心軸に直交する平面で切断した断面の形状が、貫通孔６１の正方形部６１ａ及びアレイ用基板７０の溝７０ｂと略同一の正方形状となっている。永久棒磁石８０の磁極は、前記正方形状を有する両方の端面近傍に形成されている。複数の永久棒磁石８０の各磁荷の大きさは全て略等しい。永久棒磁石８０は、ヨーク６０の正方形部６１ａとアレイ用基板の溝７０ｂに挿入されることにより保持されている。永久棒磁石８０の各々は、最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久棒磁石８０の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置されている。
【００５８】
以上を要約すると、マグネットアレイ５０は、略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形であり且つ同中心軸に直交する同略正方形の端面に磁極が形成された永久磁石８０を複数個備えるとともに、磁性材料からなる薄板状のヨーク６０を備えている。
【００５９】
前記複数の永久磁石８０は、それぞれの前記略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点ＳＰに一致するように配置されるとともに、前記正方格子の任意の一列上に配置された前記複数の永久磁石８０のうちの一つの永久磁石の前記端面の一辺が同じ列上に配置された他の永久磁石の前記端面の一辺と略同一線上に存在するように配置されている。更に、複数の永久磁石８０は、その端面の総てが略同一平面上に存在し、且つ、前記複数の永久磁石８０のうちの最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久磁石の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置されている。
【００６０】
ヨーク６０は、前記配置された複数の永久磁石８０と略同一の位置に同永久磁石８０の前記略正方形を有する断面と略同一形状の正方形部６１ａと同正方形部６１ａの各辺の中央部において同各辺の一部を長辺とする長方形部６１ｂとからなる貫通孔６１を複数備えている。前記複数の永久磁石８０は、複数の貫通孔６１の各正方形部６１ａにそれぞれ挿入されている。永久磁石８０の端面が存在する平面は、ヨーク６０の上面と下面の間に存在するように配置されている。
【００６１】
次に、マグネットアレイ５０の製造方法について述べる。先ず、ヨーク６０となる板体を準備し、この板体に対してエッチングを施すことによって貫通孔６１及び開口６２を形成する。次に、アレイ用基板７０となる薄板体７０ａ（図１５を参照。）を準備し、この薄板体７０ａに対してエッチング（ハーフエッチング）を施すことにより溝７０ｂを形成する（図１３及び図１４を参照。）。
【００６２】
次に、斜視図である図１６及び断面図である図１７に示したように、アレイ用基板７０の上に、角柱状のガラスからなるスペーサ９０を配置する。スペーサ９０は、アレイ用基板７０の任意の一列上にある複数の溝７０ｂとその列に平行且つ隣接する列上にある複数の溝７０ｂと間に配置される。スペーサ９０がこのように配置されたとき、同スペーサ９０のＺ軸方向長さは、永久棒磁石８０の磁極が形成される両端面間の長さよりも短い。
【００６３】
続いて、スペーサ９０の上にヨーク６０を配置する。このとき、ヨーク６０の貫通孔６１の正方形部６１ａとアレイ用基板７０の溝７０ｂとが平面視で一致するようにヨーク６０を配置する。このような配置を容易に行うことができるようにするため、ヨーク６０及びアレイ用基板７０に位置決めのためのマーク（アライメントマーク）を設けておいてもよい。なお、図１６においては、マージン部６１ｃは省略されている。
【００６４】
次に、図１７に示したように、複数の永久棒磁石８０をヨーク６０の複数の貫通孔６１にそれぞれ挿入する。この永久棒磁石８０の挿入時において、永久棒磁石８０の一の磁極が形成される一の端面をアレイ用基板７０の溝７０ｂの上面に当接させる。この結果、複数の永久棒磁石８０の他の磁極が形成される他の端面（以下、便宜上「上面」とも称呼する。）が、略同一平面内（同一平面上）に存在するようになる。更に、このとき、永久棒磁石８０の上面を含む前記平面において、最短距離で隣接する磁極の極性が異なるように永久棒磁石８０を配置する。
【００６５】
この結果、永久棒磁石８０は、図１８に示したように配置される。この状態において、永久棒磁石８０のＸ軸方向及びＹ軸方向への移動は、永久棒磁石８０が溝７０ｂとヨーク６０の貫通孔６１正方形部６１ａとに挿入されていることにより、阻止される。
【００６６】
次に、ヨーク６０の開口６２を利用しながらヨーク６０を上方（Ｚ軸正方向）に持ち上げる。より具体的に述べると、ピンセットを用いて二つの開口６２の部分を挟みながら（挟持しながら）ヨーク６０を持ち上げる。このような動作を他の開口６２を用いて繰り返し行い、ヨーク６０の全体を徐々に持ち上げる。
【００６７】
このとき、図１９に示したように、永久棒磁石８０の上面（複数の永久棒磁石８０の磁極が形成された他の端面の総て）により形成される平面が、ヨーク６０の上面６０ｕｐと下面６０ｄｎの間の位置となるように、ヨーク６０の高さ（アレイ用基板７０とヨーク６０との距離）を調整する。換言すると、ヨーク６０の板の厚み内に永久棒磁石８０の上面が位置するように、ヨーク６０を持ち上げる。なお、ヨーク６０の上面６０ｕｐと永久棒磁石８０の上面により形成される平面が同一平面上に存在してもよい。その後、スペーサ９０を抜き取るとともに、ヨーク６０をアレイ用基板７０に対して固定する。以上により、マグネットアレイ５０が完成する。
【００６８】
このように製造されたマグネットアレイ５０によれば、図２０の部分拡大断面図及び図２１の部分拡大平面図に示したように、永久棒磁石８０…８０の上面（前記磁極が形成された端面）近傍において、一つのＮ極から同Ｎ極に最短距離で隣接するＳ極に向かう磁界が形成される。
【００６９】
換言すると、このマグネットアレイ５０により、図２１に示したマグネットアレイの平面視で、一つのＮ極から同Ｎ極の右側に存在するＳ極へ右方向の磁界、同Ｎ極から同Ｎ極の上側に存在するＳ極へ上方向の磁界、同Ｎ極から同Ｎ極の左側に存在するＳ極へ左方向の磁界及び同Ｎ極から同Ｎ極の下側に存在するＳ極へ下方向の磁界が形成される。同様に、あるＳ極に対しては、このＳ極の右側に存在するＮ極から左方向の磁界、このＳ極の上側に存在するＮ極から下方向の磁界、このＳ極の左側に存在するＮ極から右方向の磁界及びこのＳ極の下側に存在するＮ極から上方向の磁界が形成される。そして、これらの磁界の磁力線は、ヨーク６０、ヨーク６０の長方形部６１ｂ及び長方形部６１ｂの直上部を通過する。従って、任意の正方形部６１ａに着目すると、その正方形部６１ａにおいて互いに隣接するヨークの長方形部６１ｂの直上部には、互いに直交する極めて強い磁界が局所的に形成される。
【００７０】
更に、このマグネットアレイ５０は開口６２を備えている。この開口６２が形成された位置は、図１０及び図１２を用いて説明したように、ヨーク６０の貫通孔６１（正方形部６１ａ）の重心が位置する正方格子の格子点ＳＰ同士を結んで形成される正方形の重心ＣＰを包囲する位置である。この位置は、各永久磁石８０の磁極からの磁力線が交差して磁界が不安定となる部分である。従って、この位置に開口６２を設けることにより磁界は交差しなくなり、磁界の不安定さが解消されるから、より安定した強い一様な磁界を長方形部６１ｂ及びその直上部に局所的に発生させることができる。
【００７１】
次に、磁気センサ１０，３０の製造方法について説明する。
先ず、平面図である図２２に示したウエハ（石英ガラス、Ｓｉ基板）１０ａ１の上に、図３（Ｂ）及び図４に示した絶縁層１０ｂを形成する。このとき、所定の配線、ＬＳＩの形成及び図示しないフリー層Ｆの初期化用コイルを形成する。ウエハ１０ａ１は後の切断工程において図２２に破線により示した切断線ＣＬに沿って切断されることにより基板１０ａ，３０ａとなる。
【００７２】
次いで、上記ＧＭＲ素子１１〜１４，２１〜２４，３１〜３４，４１〜４４となる膜（素子膜）Ｍを複数形成する。具体的に述べると、上記バイアス磁石膜１１ｂとなる膜を形成し、その上に複数の幅狭帯状部１１ａ…１１ａとなる膜（固定層となる膜と前記スペーサ層となる膜と前記フリー層となる膜を含む上記シンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦを形成することになる膜）Ｍを形成する。この成膜は、超高真空装置を用いて精密な厚さに連続積層で行われる。
【００７３】
膜Ｍはパターニングされ、島状のＧＭＲ素子となる部分が複数形成される。これらの膜Ｍは、石英ガラス１０ａ１が後の切断工程により図２２の破線により示した切断線ＣＬに沿って切断されることにより図１及び図２に示した個々の磁気センサ１０及び３０にそれぞれ分割されたとき、同図１及び同図２に示したＧＭＲ素子１１〜１４，２１〜２４，３１〜３４，４１〜４４の各位置に配置されるように形成される。
【００７４】
換言すると、この工程により、シンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦを形成することになる膜を含む島状の素子膜Ｍを少なくとも二つ（複数）、基板（ウエハ１０ａ１）上に点在させる。少なくとも二つの素子膜Ｍは、平面視においてその素子膜Ｍの一つが長方形部６１ｂの一つの内側に配置されるとき、その素子膜Ｍの他の一つが同長方形部６１ｂが形成されている正方形部６１ａの一つの辺に隣接する他の辺に形成された長方形部６１ｂの内側に配置される相対位置関係をもって形成される。
【００７５】
次に、膜Ｍが形成された前述のウエハ１０ａ１とマグネットアレイ５０とを、図２３の平面図に示したように配置する。このとき、膜Ｍが形成されているウエハ１０ａ１の面がヨーク６０の上面６０ｕｐと接するように配置する。更に、図２４に示したように、磁気センサ１０，３０の各辺となるウエハ１０ａ１の切断線ＣＬの各交点ＣＰが互いに隣接する４つの永久棒磁石８０の重心と一致するように、ウエハ１０ａ１とマグネットアレイ５０を相対的に配置する。これにより、図２４に矢印にて示したように、マグネットアレイ５０の上面にウエハ１０ａ１が載置された状態において、各膜Ｍに同各膜Ｍの幅狭帯状部の長手方向と直交する向きの磁界が加わる。
【００７６】
次に、このように相対配置されたウエハ１０ａ１及びマグネットアレイ５０を、真空において２５０℃〜２８０℃（好ましくは２７０℃）となるように加熱し、その状態で３時間ほど放置する。
【００７７】
即ち、平面視において一の素子膜Ｍがマグネットアレイ５０の長方形部６１ｂの一つの内側に配置されるとともに、他の素子膜Ｍが同長方形部６１ｂが形成されている正方形部６１ａの一つの辺に隣接する他の辺に形成された長方形部６１ｂの内側に配置されるように、ウエハ１０ａ１をマグネットアレイ５０に近接配置し、これにより、マグネットアレイ５０の長方形部６１ｂの近傍（直上部）に形成される磁界を素子膜Ｍに加えるとともに、素子膜Ｍを高温に維持し、複数の素子膜Ｍの各固定層となる膜（ピンド層）の磁化の向きの固定を同時に行う。
【００７８】
その後、ウエハ１０ａ１を加熱することなく放置し、次いで、室温となったウエハ１０ａ１を真空装置から取り出す。そして、各膜Ｍを接続する配線等を形成し、最後に図２２及び図２４に示した切断線ＣＬに沿ってウエハ１０ａ１を切断する。以上により、図１及び図２に示したモノリシック（単一チップ）の磁気センサ１０及び３０が一時に多数個製造される。
【００７９】
このように、本実施形態においては、マグネットアレイ５０を使用して強い磁界を局所的に発生させ、この磁界によってシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦのピンド層の磁化の向きを固定する熱処理工程を行う。マグネットアレイ５０は、エアギャップとして機能する長方形部６１ｂが形成されたヨーク６０を備えている。従って、マグネットアレイ５０を使用することにより長方形部６１ｂの近傍の空間に強い一様な磁界を生成することができるので、シンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦのピンド層の磁化を確実に固定することができる。
【００８０】
更に、マグネットアレイ５０のヨーク６０には、各磁極からの磁力線が交差して磁界が不安定となる部分に開口６２が形成されている。この結果、磁力線の方向性が安定するので、前記開口６２の近傍における磁界をより安定させることが可能となる。また、開口６２は、マグネットアレイ５０のアレイ用基板７０とヨーク６０との距離（ヨーク６０の高さ）を調整する際に利用される。この結果、ヨーク６０の位置が高さ方向において容易に且つ理想的に調整され得るので、磁化の向きを固定しようとするピンド層となる膜が位置する部分に、最適な磁界を付与することができる。
【００８１】
このように、マグネットアレイ５０は、近接した領域（隣接する長方形部６１ｂの直上部）に互いに向きが交差する（直交する）一様な強い磁界を形成できるので、耐熱性及び耐強磁界性に優れるとともに温度特性が良好なシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦを用いた２軸磁気センサを容易に製造することができる。
【００８２】
加えて、貫通孔６１の正方形部６１ａは、正方形の各角部から同正方形部６１ａの外方に膨出したマージン部６１ｃを備えた形状を有している。従って、エッチングにより貫通孔６１を形成したとき、正方形部６１ａの角部のエッチングが不十分な場合であっても、永久棒磁石８０を貫通孔６１内に確実に挿入することができる。
【００８３】
図２５は、従来のスピンバルブ膜ＳＶと上記のように製造されたシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦについて、アニール温度ＴＡと交換結合磁界Ｈｕａとの関係を調べた結果を示すグラフである。アニール温度ＴＡとは、ＧＭＲ素子に対してそのピンド層の固定された磁化の向きと反対の向きに所定の大きさの磁界（この例では１００（Ｏｅ）の磁界）を付与しながら熱を加え、素子温度を所定温度ＴＡに維持し、その後、素子温度を常温に戻す処理（アニール処理）を行った場合の同所定温度ＴＡのことを言う。交換結合磁界Ｈｕａとは、常温において、アニール処理がなされたＧＭＲ素子に対し、そのピンド層の固定された磁化の向きと反対の向きに磁界Ｈを付与し、ピンド層の磁化の向きが当初の固定されていた磁化の向きでなくなる磁界Ｈのことを言う。
【００８４】
図２５から明らかなように、本実施形態により製造されたシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦの交換結合磁界Ｈｕａは、従来のスピンバルブ膜ＳＶの交換結合磁界Ｈｕａに比べて、より高いアニール温度まで殆ど変化しない大きな値となっている。
【００８５】
図２６は、従来のスピンバルブ膜ＳＶと上記のように製造されたシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦについて、アニール温度ＴＡとＭＲ比との関係を調べた結果を示すグラフである。図２６から明らかなように、本実施形態により製造されたシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦのＭＲ比は、従来のスピンバルブ膜ＳＶのＭＲ比に比べて、より高いアニール温度まで低下しない大きな値となっている。即ち、本実施形態により製造されたシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦは、従来のスピンバルブ膜ＳＶに比べて、より優れた耐熱性を有している。このため、磁気センサ１０，３０を製造する際、シンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦの固定層の磁化を固定した後に、例えば、保護膜の形成工程（パッシベーション処理）やはんだ付け工程などのように高温となる工程が存在していても、安定した特性の磁気センサ１０，３０を得ることができる。
【００８６】
次に、上述したヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０を用いて製造した（ピンド層の磁化の向きを固定した）シンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦの磁気センサと、マグネットアレイ５０からヨーク６０を取り除いたマグネットアレイを用いて製造したシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦの磁気センサとの性能比較を行った。
【００８７】
図２７及び図２８は、実験に用いた磁気センサがウエハのどの位置に存在していたかを説明するための模式図である。図２７は多数の膜Ｍが形成されたウエハを示している。図２８は、図２７に示した複数の正方形の部分の一つを拡大して示した図である。
【００８８】
図２９は、図２７に示したショットの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（３，３）、（３，５）、…（７，５）、（７，７）の各位置であるそれぞれのチップにおいて、図２８に示したチップの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（７，７）である磁気センサのうちのＸ軸磁気センサの特性（外部磁界に対する出力電圧の変化）を示した図である。この磁気センサは、ヨーク６０を有するマグネットアレイ５０を用いて製造されている。図３０は、ショットの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（３，３）、（３，５）、…（７，５）、（７，７）であるそれぞれのチップにおいて、図２８に示したチップの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（７，５）である磁気センサのうちのＸ軸磁気センサの特性を示した図である。この磁気センサは、マグネットアレイ５０からヨーク６０を取り除いたマグネットアレイを用いて製造されている。
【００８９】
図２９及び図３０を比較すると、マグネットアレイ５０からヨーク６０を取り除いたマグネットアレイを用いて製造されたＸ軸磁気センサのうち、ショットの位置（７，３）に形成された磁気センサは外部磁界に対する傾きが正常品と逆になっていて、ショット位置（３，３）に形成された磁気センサは出力特性が良好でないことが判る。即ち、それらの磁気センサはピンド層の磁化の固定が十分でないことを意味している。これに対し、ヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０を用いて製造されたＸ軸磁気センサは、ショットの位置にかかわらず安定した出力特性を示している。
【００９０】
図３１は、図２７に示したショットの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（３，３）、（３，５）、…（７，５）、（７，７）の各位置であるそれぞれのチップにおいて、図２８に示したチップの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（７，８）である磁気センサのうちのＹ軸磁気センサの特性を示した図である。この磁気センサは、ヨーク６０を有するマグネットアレイ５０を用いて製造されている。図３２は、ショットの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（３，３）、（３，５）、…（７，５）、（７，７）であるそれぞれのチップにおいて、図２８に示したチップの（Ｘ位置，Ｙ位置）が（７，６）である磁気センサのうちのＹ軸磁気センサの特性を示した図である。この磁気センサは、マグネットアレイ５０からヨーク６０を取り除いたマグネットアレイを用いて製造されている。
【００９１】
図３０及び図３１を比較すると、マグネットアレイ５０からヨーク６０を取り除いたマグネットアレイを用いて製造されたＹ軸磁気センサのうち、ショットの位置（７，３）に形成された磁気センサは外部磁界に対する傾きが正常品と逆になっていて、ショット位置（３，３）に形成された磁気センサは出力特性が良好でないことが判る。即ち、それらの磁気センサはピンド層の磁化の固定が十分でないことを意味している。これに対し、ヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０を用いて製造されたＹ軸磁気センサは、ショットの位置にかかわらず安定した出力特性を示している。
【００９２】
図３３は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，７）であるＸ軸磁気センサであってヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０により製造されたもののそれぞれの感度（単位磁界強度あたりの出力電圧変化）を示している。図３４は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，５）であるＸ軸磁気センサであってヨーク６０を備えないマグネットアレイにより製造されたもののそれぞれの感度を示している。
【００９３】
図３５は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，８）であるＸ軸磁気センサであってヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０により製造されたもののそれぞれの感度を示している。図３６は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，６）であるＸ軸磁気センサであってヨーク６０を備えないマグネットアレイにより製造されたもののそれぞれの感度を示している。
【００９４】
図３７は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，７）であるＹ軸磁気センサであってヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０により製造されたもののそれぞれの感度を示している。図３８は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，５）であるＹ軸磁気センサであってヨーク６０を備えないマグネットアレイにより製造されたもののそれぞれの感度を示している。
【００９５】
図３９は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，８）であるＹ軸磁気センサであってヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０により製造されたもののそれぞれの感度を示している。図４０は、各ショットの位置のチップにおいて、チップ位置が（７，６）であるＹ軸磁気センサであってヨーク６０を備えないマグネットアレイにより製造されたもののそれぞれの感度を示している。
【００９６】
これら図３３乃至図４０から明らかなように、ヨーク６０を備えたマグネットアレイ５０により製造された磁気センサは何れもその感度が良好であるのに対し、ヨーク６０を備えないマグネットアレイにより製造された磁気センサには感度が良好でないものが多く含まれている。以上のことから、本発明によるマグネットアレイ５０を用いて製造された二軸磁気センサは、耐熱性に優れ、且つ、優れた出力特性を備えていることが理解される。
【００９７】
次に、上記実施形態と同様にして図４１に示した素子配置を備え、各素子がシンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦからなる磁気センサ１００を製造した。また、磁気センサ１００と同様な素子配置を備え、各素子が従来のスピンバルブ膜（図４２に示した膜構成を有するスピンバルブ膜）からなる磁気センサ１００’（図示省略）を製造した。
【００９８】
この磁気センサ１００は、磁気センサ１０のＧＭＲ素子１１〜１４にそれぞれ代わるＧＭＲ素子１１１〜１１４及びＧＭＲ素子２１〜２４にそれぞれ代わるＧＭＲ素子１２１〜１２４を備えている。ＧＭＲ素子１１１〜１１４，１２１〜１２４の配置、各ピンド層の磁化の向き及び外部磁界がない場合のフリー層の磁化の向きは図４１に示したとおりである。
【００９９】
そして磁気センサ１００と従来の磁気センサ１００’のそれぞれに対し、Ｘ軸の正方向及び負方向に２０、４０、６０、８０及び１００（Ｏｅ）の大きさの磁界を電磁コイルにより付与した後、同磁界を除去し、磁気センサ１００及び磁気センサ１００’のＸ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサの出力電圧を調べた。結果を図４３及び図４４に示す。図４３と図４４とを比較すると明らかなように、本発明による磁気センサ１００は磁界付与後も出力変化が殆どない（図４３を参照。）。これに対し、従来の磁気センサ１００’は磁界付与後の出力変化が非常に大きい（図４４を参照。）。このことから、本発明による磁気センサ１００は、従来の磁気センサ１００’より、耐強磁界性に優れていることがわかる。
【０１００】
以上、本発明の磁気センサの製造方法、マグネットアレイ及びマグネットアレイの製造方法の実施形態について説明した。しかしながら、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、ピンド層の磁化の向きをマグネットアレイ５０を用いて固定するとき膜Ｍがパターニングされている必要はなく、ピンド層の磁化の向きを固定した後に膜Ｍをパターニングしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の磁気センサ（Ｎタイプ）の実施形態の平面図である。
【図２】本発明の他の磁気センサ（Ｓタイプ）の実施形態の平面図である。
【図３】（Ａ）は図１に示した第１Ｘ軸ＧＭＲ素子の概略拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）の１−１線に沿った平面にて第１Ｘ軸ＧＭＲ素子を切断した概略断面図である。
【図４】図３に示した第１Ｘ軸ＧＭＲ素子の膜構成（シンセティックスピンバルブ膜ＳＡＦの構成）を示す図である。
【図５】図１に示した第１Ｘ軸ＧＭＲ素子のＸ軸方向にて変化する磁界に対する抵抗値の変化を実線で示し、Ｙ軸方向にて変化する磁界に対する抵抗値の変化を破線で示したグラフである。
【図６】（Ａ）は図１に示した磁気センサが備えるＸ軸磁気センサの等価回路図であり、（Ｂ）は同Ｘ軸磁気センサのＸ軸方向にて変化する磁界に対する出力の変化を示したグラフである。
【図７】図１及び図２に示した磁気センサのピンド層の磁化の向きを固定する際に使用するマグネットアレイの平面図である。
【図８】図７に示したマグネットアレイの部分断面図である。
【図９】図７に示したマグネットアレイのヨークの平面図である。
【図１０】図９に示したヨークの部分拡大平面図である。
【図１１】図１０の２−２線に沿った平面にてヨークを切断した断面図である。
【図１２】図９に示したヨークの一つの貫通孔の平面図である。
【図１３】図７に示したマグネットアレイのアレイ用基板の部分断面図である。
【図１４】図７に示したマグネットアレイのアレイ用基板の平面図である。
【図１５】図１３に示したアレイ用基板の元となる薄板体である。
【図１６】図７に示したマグネットアレイを製造する一工程を示した図である。
【図１７】図７に示したマグネットアレイを製造する一工程を示した図である。
【図１８】図７に示したマグネットアレイを製造する一工程を示した図である。
【図１９】図７に示したマグネットアレイを製造する一工程を示した図である。
【図２０】図７に示したマグネットアレイにより形成される磁界を説明するための同マグネットアレイの部分断面図である。
【図２１】図７に示したマグネットアレイにより形成される磁界を説明するための同マグネットアレイの平面図である。
【図２２】図１及び図２に示した磁気センサを製造するためのウエハの部分平面図である。
【図２３】図１及び図２に示した磁気センサの各ＧＭＲ素子のピンド層の磁化の向きを固定する方法を示したマグネットアレイ及びウエハの部分断面図である。
【図２４】図１及び図２に示した磁気センサの各ＧＭＲ素子のピンド層の磁化の向きを固定する方法を示した概念図である。
【図２５】従来のスピンバルブ膜と本発明の製造方法により製造されたシンセティックスピンバルブ膜について、アニール温度と交換結合磁界との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図２６】従来のスピンバルブ膜と本発明の製造方法により製造されたシンセティックスピンバルブ膜について、アニール温度とＭＲ比との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図２７】磁気センサのウエハ上の位置を特定するためのウエハの概念図である。
【図２８】磁気センサのチップ上の位置を特定するためのウエハの概念図である。
【図２９】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイを使用して製造されたＸ軸磁気センサの出力電圧を示したグラフである。
【図３０】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイからヨークを除去したアレイを使用して製造されたＸ軸磁気センサの出力電圧を示したグラフである。
【図３１】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイを使用して製造されたＹ軸磁気センサの出力電圧を示したグラフである。
【図３２】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイからヨークを除去したアレイを使用して製造されたＹ軸磁気センサの出力電圧を示したグラフである。
【図３３】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイを使用して製造されたＸ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図３４】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイからヨークを除去したアレイを使用して製造されたＸ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図３５】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイを使用して製造されたＸ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図３６】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイからヨークを除去したアレイを使用して製造されたＸ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図３７】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイを使用して製造されたＹ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図３８】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイからヨークを除去したアレイを使用して製造されたＹ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図３９】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイを使用して製造されたＹ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図４０】ウエハ上の種々の位置において、図７に示したマグネットアレイからヨークを除去したアレイを使用して製造されたＹ軸磁気センサの感度を表した図である。
【図４１】本発明による他の磁気センサの平面図である。
【図４２】従来のスピンバルブ膜の膜構成を示した図である。
【図４３】図４１に示した磁気センサに強磁界を加えた後の出力変化を示したグラフである。
【図４４】従来の磁気センサに強磁界を加えた後の出力変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，３０…磁気センサ、１１〜１４，２１〜２４，３１〜３４，４１〜４４…ＧＭＲ素子、１０ａ，３０ａ…基板、１０ａ１…ウエハ（石英ガラス）、１０ｂ…絶縁層、１１ａ…幅狭帯状部、１１ｂ…バイアス磁石膜、１１−１…アモルファス磁性層、１１−２…ＮｉＦｅ磁性層、１１−３…ＣｏＦｅ層、１１−４…Ｃｕ（スペーサ層）、１１−５…第１強磁性体膜、１１−６…交換結合膜、１１−７…第２強磁性体膜、１１−８…交換バイアス膜（反強磁性体膜）、５０…マグネットアレイ、６０…ヨーク、６０ｄｎ…下面、６０ｕｐ…上面、６１…貫通孔、６１ａ…正方形部、６１ｂ…長方形部、６１ｃ…マージン部、６２…開口、７０…アレイ用基板、７０ａ…薄板体、７０ｂ…溝、８０…永久磁石（永久棒磁石）、９０…スペーサ、ＣＬ…切断線、Ｍ…素子膜、Ｐ…固定層、Ｓ…スペーサ層、Ｆ…フリー層、ＳＡＦ…シンセティックスピンバルブ膜、ＳＰ…正方格子点。
【図１】
2005260064.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】
2005260064.tif 000012
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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