(57)【要約】【課題】  バイアス磁石層を作製する際に使用するターゲットの組成を変更することなく、バイアス磁石層の磁気特性である保磁力と残留磁化の組合せを自由に設定することが可能な、磁気センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る磁気センサは、基板１０上にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１７が配され、磁気抵抗効果素子１７の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層１２がそれぞれ接続されて、磁気抵抗効果素子１７により磁界の大きさを検出する磁気センサ１において、バイアス磁石層１２は非磁性材料からなる下地層１１の上に設けられ、かつ、下地層１１は厚膜の第一層１１ａと薄膜の第二層１１ｂを順に積層した構造体であることを特徴としている。【選択図】      図１
2005109449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が配され、該磁気抵抗効果素子の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層がそれぞれ接続されて、該磁気抵抗効果素子により磁界の大きさを検出する磁気センサにおいて、
前記バイアス磁石層は非磁性材料からなる下地層の上に設けられ、かつ、該下地層は厚膜の第一層と薄膜の第二層を順に積層した構造体であることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記下地層は、Ｃｒ又はその合金である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】
前記下地層を構成する第二層の膜厚は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記下地層を構成する第一層と第二層は、それぞれ相互に不連続な柱状構造をなす結晶粒からなり、前記第一層をなす結晶粒は、前記第二層をなす結晶粒より平均結晶粒径が小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第一層は柱状構造をなす結晶粒からなり、前記第二層はアモルファスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
基板上にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が配され、該磁気抵抗効果素子の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層がそれぞれ接続されて、該磁気抵抗効果素子により磁界の大きさを検出する磁気センサの製造方法であって、
前記バイアス磁石層を載置する下地層として、厚膜の第一層を堆積した後、連続して前記第一層上に薄膜の第二層を堆積する工程Ａと、
前記下地層をなす第二層上に前記バイアス磁石層を堆積する工程Ｂと、
を少なくとも具備することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項７】
前記工程Ａでは、前記第一層上に酸化膜が形成される前に、前記第一層上に前記第二層を堆積することを特徴とする請求項６に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項８】
前記下地層及び前記バイアス磁石層の堆積法として、スパッタ法を用いることを特徴とする請求項６又は７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、磁気センサ及びその製造方法に係り、特に、外乱磁場に強く長期に安定したＭＲ特性が得られる磁気センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子とも称する）等の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサが提案され、実用に供されている。
図８は、従来の磁気センサの一例を示す模式的な断面図である。磁気センサ１００は、基板５０上にスピンバルブ型のＧＭＲ素子５７が配され、ＧＭＲ素子５７の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層５２がそれぞれ接続されて、ＧＭＲ素子５７により磁界の大きさを検出するものである。
【０００３】
図８では、ＧＭＲ素子５７としては、フリー層５３、導電層５４、ピンド層５５及び反強磁性層５６を順に積み重ねてなる構造体のものを用いた例を示しているが、これに限定されるものではない。ＧＭＲ素子５７は、磁化の向きが所定の向きにピン止めされたピンド層５５と、磁化の向きが外部磁界に対応して変化するフリー層５３とを備え、外部磁界が加わった場合に、ピンド層５５の磁化の向きとフリー層５３の磁化の向きとの相対関係に応じた抵抗値を呈するもので、この抵抗値を測定することで外部磁界を検出するようになっている。
【０００４】
このような磁気センサ１００にあっては、微小な外部磁界を精度良く検出するために、この外部磁界が磁気センサに加わっていない時のフリー層５３の各磁区の磁化の向きを所定の向き（以下、この「所定の向き」を「初期状態の向き」とも称する。）に安定的に維持する必要がある。図８においてはフリー層５３の内部に記載した左向きの矢印が、この「所定の向き」に相当する。
【０００５】
そこで、一般には、薄膜のフリー層５３の平面視での形状を長方形とするとともに、同長方形の長辺（長軸）を前記初期状態の向きに一致させる（単磁区化とも呼ぶ）ことにより、磁化の向きが長手方向に揃う形状異方性を利用して、フリー層５３の各磁区の磁化の向きを同初期状態の向きに一致させるようにしている。また、図１０に示すように、外部磁界が消滅したときにフリー層５３の各磁区の磁化の向き（点線の矢印で示す向き）が長期安定的に前記初期状態の向きに復帰するように、フリー層５３の長手方向の両端部に永久磁石膜からなるバイアス磁石層５２を配し、このバイアス磁石層５２によって同初期状態の向き（実線の矢印で示す向き）の磁界を同フリー層に加えるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
従来、このようにフリー層５３を単磁区化させるために働く永久磁石膜からなるバイアス磁石層５２は、これを載置する非磁性膜からなる下地層５１を必要な膜厚だけ作製した後、連続的にバイアス磁石層５２を必要なバイアス磁界（保磁力と残留磁化）が得られるように形成していた。その際、バイアス磁界を制御するためには、バイアス磁石層５２の膜組成を変更したり、あるいはバイアス磁石層５２の膜厚を変える方法が採られていた（例えば、特許文献２を参照）。なお、図７はバイアス磁石層のヒステリシス曲線の一例を示すグラフであり、保磁力Ｈｃと残留磁化Ｍｒは、図７に示すグラフの横軸切片と縦軸切片から求まる値である。
【０００７】
通常、スパッタ法によりバイアス磁石層５２を形成するため、その膜組成を変更するには使用するターゲットの組成を変える必要があり、ターゲットが内蔵されている真空チャンバを一端、大気開放してターゲットを交換した後、チャンバ内を成膜可能な真空度まで減圧するという処理を要するので、多大な労力、費用および時間が取れられ、製造コストを上げる要因となっていた。また、フリー層やピンド層の構造を変更すると、その磁気特性に応じてバイアス磁界を変える必要があることから、その都度、ターゲット組成を変える必要があった。
【０００８】
製造時の条件出しにおいては、ターゲット組成と得られた膜組成が異なるため、ターゲット組成にズレが生じることがあるので、ターゲット組成を決めるためには組成の異なる複数個のターゲットを準備する必要があった。また一旦、ターゲット組成が決まっても、使用時間が延びるにつれて、ターゲットに発生するエロージョン形状が時間と共に変化するため、得られる膜組成が変化してしまうので、ターゲットの実質的な使用時間は短時間に限られるという課題があった。
【０００９】
一方、バイアス磁石層５２の膜厚を変えることにより、バイアス磁石層５２の磁気特性である保磁力（図７に示すＨｃ）と残留磁化（図７に示すＭｒ）を変えることはできるが、各々を独立に制御することはできず、一般にバイアス磁石層５２の膜厚を厚くすると保磁力は小さくなり残留磁化は大きくなる傾向をもつため、一方の特性を所望の数値に合わせた場合、他方の特性は犠牲にするしかなかった。例えば、バイアス磁石層の保磁力が大きいと素子の製造工程においてバイアス磁石層の着磁が困難となり、保磁力が小さいと外乱磁界の影響を受けやすくなる。また、バイアス磁石層の残留磁化が大きいとピンド層が長期使用において劣化し易くなり、残留磁化が小さいとフリー層を単磁区化することが難しくなる。
【特許文献１】特開平１０−９１９２０号公報（段落０００４）
【特許文献２】特開２０００−１３７９０６号公報（段落０２７２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、バイアス磁石層を作製する際に使用するターゲットの組成を変更することなく、バイアス磁石層の磁気特性である保磁力と残留磁化の組合せを自由に設定することが可能な、磁気センサ及びそ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】
【００１１】
本発明に係る磁気センサは、基板上にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が配され、該磁気抵抗効果素子の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層がそれぞれ接続されて、該磁気抵抗効果素子により磁界の大きさを検出する磁気センサにおいて、前記バイアス磁石層は非磁性材料からなる下地層の上に設けられ、かつ、該下地層は厚膜の第一層と薄膜の第二層を順に積層した構造体であることを特徴としている。
【００１２】
上記構成では、バイアス磁石層の下地層として、厚膜の第一層と薄膜の第二層を順に積層した構造体を設けたことにより、所定の残留磁化をもつようにバイアス磁石層の厚さは一定値を保ちながら、第二層の膜厚を調整することにより保磁力を広範囲に制御することが可能となる。つまり、本発明は、成膜に用いるターゲット組成を変更せずに、保磁力と残留磁化を個別に制御し、その組合せを自由に選択できるバイアス磁石層を備えた磁気センサをもたらす。そのため、バイアス磁石層の膜厚を厚くしても所定の大きさの保磁力を持つことができ、かつ、残留磁化も所定の大きさを維持することが可能となるので、従来のように一方の特性を所望の数値に合わせた場合、他方の特性を犠牲にする必要はない。
【００１３】
よって、本発明によれば、バイアス磁石層が外乱磁界の影響を受けることなく、バイアス磁石層の着磁が困難にもならない範囲にバイアス磁石層の保磁力を維持しながら、ピンド層が長期使用において劣化し易くならずに、フリー層を単磁区化することが難しくない範囲にバイアス磁石層の残留磁化を制御できる、磁気センサが得られる。また、上述したように、下地層を構成する第二層の膜厚を制御することにより、従来要したバイアス磁石層のターゲット交換に伴う様々な問題は全て解消されるので、本発明に係る磁気センサは製造コストの大幅な低減が図れ、量産プロセスに好適である。
【００１４】
上記構成の磁気センサにおいて、下地層としてはＣｒ又はその合金が好適に用いられる。その際、下地層を構成する第二層の膜厚は、２ｎｍより薄いと均一な厚みをもつ薄膜形成が難しいため、第二層を設けずに第一層のみ設けた場合と違いが見られない。また、１０ｎｍより厚く第二層を設けても、保磁力は殆ど増加しない。したがって、下地層を構成する第二層の膜厚は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲がが好ましい。
また、上記構成の磁気センサにおいて、下地層を構成する第一層と第二層は、それぞれ相互に不連続な柱状構造をなす結晶粒からなり、前記第一層をなす結晶粒は、前記第二層をなす結晶粒より平均結晶粒径が小さい形態が好ましい。
さらに、上記構成の磁気センサにおいて、第一層は柱状構造をなす結晶粒からなり、第二層はアモルファスである形態が望ましい。
バイアス磁石層を載置する下地層は、一旦第一層を形成した後に、第二層を形成することで、二層構造となる。このうち、最初に設ける第一層は、膜厚が大きいため、結晶粒が比較的大きく成長し、柱状結晶の構造となる。後に設ける第二層は膜厚が小さいため、結晶粒が比較的小さい柱状構造をとるか、あるいは結晶成長の初期段階としての非結晶的な状態あるいはアモルファス状態にとどまる。結晶の大小については、ＳＥＭもしくはＴＥＭなどにより確認するか、結晶粒界を画像処理にて認識可能な公知の測定方法によって平均結晶粒径を測定することによって得られる。そして、本発明に係る磁気センサは、この形態をなす第二層上にバイアス磁石層を有する。図１０は、下地層を構成する２層を連続して成膜した様子をＳＥＭを用いて観察した一例を示す模式的な断面図であり、１１ａが第一層を、１１ｂが第二層をそれぞれ表している。
つまり、第一層をなす結晶粒に比べて第二層をなす結晶粒は細い形態とした下地層を採用し、その上にバイアス磁石層を設けることにより、第二層の結晶粒の大きさに比例してバイアス磁石層の磁気特性が変化するという特長をもつバイアス磁石層を成長させることができる。ひいては、ＧＭＲ素子を構成するフリー層やピンド層の仕様が変わっても、外乱磁場に強く、ＭＲ特性の長期安定性に優れた磁気センサの提供が可能となる。
【００１５】
本発明に係る磁気センサの製造方法は、基板上にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が配され、該磁気抵抗効果素子の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層がそれぞれ接続されて、該磁気抵抗効果素子により磁界の大きさを検出する磁気センサの製造方法であって、前記バイアス磁石層を載置する下地層として、厚膜の第一層を堆積した後、連続して前記第一層上に薄膜の第二層を堆積する工程Ａと、前記下地層をなす第二層上に前記バイアス磁石層を堆積する工程Ｂと、を少なくとも具備することを特徴としている。
【００１６】
かかる構成によれば、工程Ａでは、厚膜の第一層を堆積した後、前記第一層上に薄膜の第二層を堆積する際に２層の成膜を連続して行ったことにより、第一層と第二層の界面に不純物が殆ど介在することなく２層が積層されるので、第二層の厚さが極めて薄くても結晶成長が促され、結晶配向性の揃った薄膜が得られる。次に、工程ｂでは、このような第二層上にバイアス磁石層を堆積するので、バイアス磁石層も極めて結晶配向性の高いものとなる。
【００１７】
その結果、厚膜の第一層と薄膜の第二層を順に積層した構造体を設け、その上にバイアス磁石層を形成することにより、上述したように、所定の残留磁化をもつようにバイアス磁石層の厚さは一定値を保ちながら、第二層の膜厚のみ調整することにより保磁力を広範囲に制御することが可能な、磁気センサが製造できる。
【００１８】
特に、前記工程Ａでは、前記第一層上に酸化膜が形成される前に、前記第一層上に前記第二層を堆積することが好ましい。これにより、第一層上に設ける第二層がかなり極薄の場合でも、得られる結晶配向性が高い安定を持つことができる。上述した下地層及びバイアス磁石層の堆積法としては、スパッタ法が好適に用いられる。他の成膜法に比べて、スパッタ法であれば極薄膜を形成する場合でも高い密着性を確保できるという利点がある。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、バイアス磁石層を載置する下地層を厚膜の第一層と薄膜の第二層を順に積層した構造体としたことで、第二層の膜厚とバイアス磁石層の膜厚をそれぞれ変えることにより、バイアス磁石層の保磁力と残留磁化を個別に制御できることから、外乱磁場に強く、長期使用時にも安定して高い磁気抵抗効果を有することが可能な磁気センサを提供できる。
【００２０】
また、本発明に係る製造方法によれば、第二層の膜厚とバイアス磁石層の膜厚をそれぞれ変えるという成膜時の作製条件を変更するだけで上記特徴を備えた磁気センサを安定して作製することができることから、従来要したバイアス磁石層の組成変更、すなわち成膜の母材をなすターゲットを膜組成を変えるために交換するという作業は不要となる。したがって、このような作業に取られていた製造時間が著しく短縮されることから、本発明は大幅な製造時間の低減と労力の削減をもたらすので、本発明に係る製造方法は磁気センサの低コスト化に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係る磁気センサの一例を示す模式的な断面図である。図１の磁気センサ１は、基板１０上にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）１７が配され、ＧＭＲ素子１７の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層１２がそれぞれ接続されて、ＧＭＲ素子１７により磁界の大きさを検出するものである。ここで、ＧＭＲ素子１７としては、例えば図１に示すような、フリー層１３、導電層１４、ピンド層１５及び反強磁性層１６を順に積み重ねてなる構造体のものが好適に用いられるが、これに限定されるものではない。また、ＧＭＲ素子１７は公知の成膜法を用い、公知の材料によって形成されたものが利用できる。
【００２２】
なお、図１においては、ＧＭＲ素子１７の両端部の下面がバイアス磁石層１２の上面に乗り上げた形態（ガルウイング型）を例示したが、ＧＭＲ素子１７の両端部の側面がバイアス磁石層１２の側面と接触する形態（アバッテッドジャンクション型）や、ＧＭＲ素子１７の両端部の上面にバイアス磁石層１２の端部下面が乗り上げた形態（オーバーレイ型）にも本発明は適用することが可能である。
【００２３】
図２は、本発明に係る磁気センサの下地層とバイアス磁石層の積層関係を示す模式的なな断面図である。図２に示すように、本発明に係る磁気センサ１において、バイアス磁石層１２は非磁性材料からなる下地層１１の上に設けられており、この下地層１１は厚膜の第一層１１ａと薄膜の第二層１１ｂを順に積層した構造体からなる。下地層１１を構成する第一層１１ａと第二層１１ｂの膜厚、及び、その上に形成されるバイアス磁石層１２の膜厚は、バイアス磁石層１２の保磁力と残留磁化を制御する因子として機能する。以下、下地層１１としてはＣｒ膜を、バイアス磁石層１２としてはＣｏＣｒＰｔ膜を用いた例により、具体的に説明する。
【００２４】
図３は、図２の構成からなる下地層上に形成されたバイアス磁石層の膜厚と保磁力との関係を示すグラフである。ここでは、図２に示すように、下地層１１を構成する厚膜の第一層１１ａと薄膜の第二層１１ｂを順次積層する際、界面に不純物や酸素が介在しないように連続して成膜した後、その上にバイアス磁石層を成膜した。また成膜には、スパッタ法を用いた。そして、第一層１１ａと第二層１１ｂの合計膜厚が４００Å（４０ｎｍ）となるように設定し、第二層１１ｂの膜厚を０Åから２００Åまで変化させた。従って、バイアス磁石膜の、第二層による膜厚依存性も図３には示されている。
【００２５】
図３によれば、保磁力は下地層１１の下層をなす第一層１１ａで決まる基礎部（αと呼ぶ）と、バイアス磁石膜で決まる第一変動部（βと呼ぶ）と、下地層１１の上層をなす第二層１１ｂで決まる第二変動部（γ）とに分けることができる。
基礎部αをみると、保磁力は第一層１１ａの膜厚が２００Å以上あれば膜厚に依存せず一定の値（約６５０Ｏｅ）を有していることが分かる。一方、第一変動部βは、バイアス磁石膜が１０００Å以下のとき膜厚の増加に対し保磁力は減少傾向を示すことが分かる。これとは逆に、第二変動部γは、第二層１１ｂの膜厚を２０〜１００Åの範囲で増やすことにより、保磁力は増加傾向を示すことが分かる。
【００２６】
図３には、第二層１１ｂの膜厚を２０Å（●印）、３０Å（＊印）、５０Å（×印）、７０Å（△印）、１００Å（■印）、２００Å（◆印）に変えた結果を纏めて示した。このグラフから、以下の点が明らかとなった。
（１）わずか２０Åの第二層１１ｂを設けることにより、いずれのバイアス磁石層１２の膜厚でも、保磁力を２０〜３０［Ｏｅ］増加させることができる。
（２）第二層１１ｂを３０Å設けた場合は、いずれのバイアス磁石層１２の膜厚でも保磁力は急増し、２００［Ｏｅ］程度の大幅に増加する。
（３）第二層１１ｂを５０Å設けた場合は、３０Åとした場合から更に保磁力が１５０［Ｏｅ］程度上積みされる。
【００２７】
（４）第二層１１ｂを７０Å設けた場合は、５０Åとした場合から更に保磁力が１００［Ｏｅ］程度上積みされる。
（５）第二層１１ｂを１００Å設けた場合は、７０Åとした場合から更に保磁力が２０〜３０［Ｏｅ］程度上積みされる。
（６）第二層１１ｂを２００Å設けた場合は、１００Åとした場合と同じ保磁力であり、増加は殆ど確認されない。
【００２８】
以上の結果から、第二層１１ｂの膜厚を２０Å以上１００Å以下（２ｎｍ以上１０ｎｍ以下）の範囲で制御することにより、５００［Ｏｅ］の範囲で保磁力を調整できることが分かった。なお、第二層１１ｂがいずれの膜厚の場合でも、バイアス磁石層１２が１０００Å以下のとき保磁力の増加がみられることから、この傾向を利用して保磁力の微調整を図ってもよいことは言うまでもない。
【００２９】
図４は、バイアス磁石層の膜厚と残留磁化との関係を示すグラフである。図４より、バイアス磁石層の膜厚を増やせば残留磁化は線形に増加することが分かった。なお、図４には、下地層が第一層１１ａ［膜厚３６０Å（３６ｎｍ）］と第二層１１ｂ［膜厚４０Å（４ｎｍ）］からなる場合を示したが、このグラフの結果は下地層の構成に依存しない。すなわち、下地層として所定の膜厚とした第一層１１ａが設けてさえあれば、第二層１１ｂの有無または第二層１１ｂの膜厚に依存せず同様の結果となる。
【００３０】
以上の結果から、本発明に係る構成の磁気センサ、すなわち、バイアス磁石層の下地層として、厚膜の第一層と薄膜の第二層を順に積層した構造体を設けてなる磁気センサは、所定の残留磁化をもつようにバイアス磁石層の厚さは一定値を保ちながら、第二層の膜厚を調整することにより保磁力を広範囲に制御できるので、バイアス磁石層の膜組成を変更することなく、磁気抵抗効果素子が求めるバイアス磁石層の様々な組合せの磁気特性（残留磁化、保磁力）を作り出すことができる。
【００３１】
ここでは、下地層１１がＣｒからなる場合について詳述したが、同様の傾向は、Ｃｒ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔａ等のＣｒ合金においても確認された。また、バイアス磁石層１２がＣｏＣｒＰｔ合金からなる場合を例にとって説明したが、バイアス磁石層１２としては、Ｃｒ膜からなる下地層上に設ければ面内配向性を示すＣｏ系合金からなる面内磁化膜であれば、その膜組成に依存せず用いることができる。
【００３２】
（残留磁化の制御）
経験的に残留磁化が０．００４０ｅｍｕより小さい場合には磁化フリー層が単磁区化されず、スピンバルブ動作が不安定となるため、所望の磁気抵抗効果が安定して得られない。一方、残留磁化が０．００５５ｅｍｕより大きい場合には磁化フリー層が外部磁界により動きにくくなるので、大きなＭＲ比が得られないと共に、長期使用時において磁化固定層の磁化方向がフリー層の磁化方向と垂直を成しにくくなり、結果的にはさらにＭＲ比が低下してしまう（図９）。したがって、残留磁化を上記範囲に納めるためには、例えばバイアス磁石層１２がＣｏＣｒＰｔ合金の場合、その膜厚は８００Å〜９００Åの範囲が好ましい。
【００３３】
（保磁力の制御）
通常、磁気抵抗効果素子の作製においてはバイアス磁石層の磁化方向を整えるために、バルクの永久磁石を用いて着磁する工程が行われる。微小な領域に永久磁石の保磁力を越えるような大きな磁界が必要となり、バイアス磁石層の保磁力が１１００Ｏｅより大きいとバイアス磁石層の着磁が極めて困難になることから芳しくない。一方、バイアス磁石層の保磁力が８００Ｏｅより小さいと磁気抵抗効果素子に強い磁界が加わったときバイアス磁石層が着磁され、この影響を受けて磁化フリー層の磁化方向が不安定となり、ひいてはスピンバルブ動作も不安定になる恐れがある。したがって、保磁力を上記範囲、すなわち８００Ｏｅ以上１１００Ｏｅ以下の範囲に制御するためには、バイアス磁石層の厚さに合わせて下地層の厚さも変えることが必要である。
【００３４】
本発明に係る磁気センサの製造方法は、基板上にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が配され、該磁気抵抗効果素子の両端には永久磁石膜からなるバイアス磁石層がそれぞれ接続されて、該磁気抵抗効果素子により磁界の大きさを検出する磁気センサの製造方法であって、前記バイアス磁石層を載置する下地層として、厚膜の第一層を堆積した後、連続して前記第一層上に薄膜の第二層を堆積する工程Ａと、前記下地層をなす第二層上に前記バイアス磁石層を堆積する工程Ｂとを少なくとも具備している。
【００３５】
上述したように、図２は、工程Ａにより厚膜の第一層を堆積した後、連続して前記第一層上に薄膜の第二層を堆積したから、工程Ｂにより前記バイアス磁石層を堆積した場合を示しており、図３はその際に得られた保磁力の変化を示すグラフである。
図２に示すように下地層１１を構成する厚膜の第一層１１ａと薄膜の第二層１１ｂを順に積層する際、界面に不純物や酸素が介在しないように連続して成膜した後、その上にバイアス磁石層を成膜した場合は、上述したように、第二層１１ｂの膜厚を所定の範囲で変えて設けることにより、保磁力を７００Ｏｅ〜１１００Ｏｅの範囲で精度良く制御することが可能である。
【００３６】
これに対して、図５は、工程Ａにおいて、厚膜の第一層を堆積した後、大気暴露をしてから、前記第一層上に薄膜の第二層を堆積（以下、非連続とも呼ぶ）し、次いで工程Ｂにより前記下地層をなす第二層上に前記バイアス磁石層を堆積した場合を示しており、図６はその際に得られた保磁力の変化を示すグラフである。
【００３７】
図６は、図５の構成からなる下地層上に形成されたバイアス磁石層の膜厚と保磁力との関係を示すグラフである。下地層を構成する第二層の膜厚依存性も合わせて示してある。すなわち、図６は、図５に示すように第一層１１ａと第二層１１ｂを順に積層する際に、成膜を非連続とした場合の結果である。図６より、第二層１１ｂの膜厚を２０〜３０Åとしても、第二層１１ｂを設けた効果は見いだせない。第二層１１ｂの膜厚が５０Åのとき、保磁力が５０〜１００［Ｏｅ］増加する。第二層１１ｂの膜厚が７０Åを越えた途端、保磁力が４００［Ｏｅ］程度一挙に増加してしまう。
【００３８】
しかし、さらに第二層１１ｂの膜厚を１００〜２００Åに増加しても、７０Åの結果と保磁力は変わらない。ゆえに、図６から、下地層をなす第一層と第二層との間に、成膜の停止状態を挟んだ場合には、第二層１１ｂの膜厚を所定の範囲で変えて設けても、保磁力は第二層１１ｂの膜厚に比例して変化しないので、広範囲にわたって保磁力を精度良く制御することはできないことが分かる。
【００３９】
上述した図３と図６の結果を比較することにより、本発明に係る製造方法を用いて下地層を２層化する場合は、工程Ａにおいて、バイアス磁石層を載置する下地層として、厚膜の第一層を堆積した後、前記第一層上に薄膜の第二層を堆積するとき、界面に不純物や酸素が介在しないように連続して成膜することが強く求められる。ここで、界面に影響を与える不純物としては、成膜室の内部空間に残存する水分や成膜室の内壁等から剥がれた付着物が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、外乱磁場に強く長期に安定したＭＲ特性が得られる磁気センサ及びその製造方法を提供することができる。本発明に係る磁気センサは、使用環境が逐次変化しても安定した特性が求められる、携帯電話やカーナビシステムなどの携帯性の高い機器に内蔵されて使用される用途に好適である。本発明に係る製造方法は、バイアス磁石層の保磁力と残留磁化の組合せを膜厚制御のみでフレキシブルに変更できるので、磁気センサを安価にかつ安定して製造ことに寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る磁気センサの一例を示す断面図である。
【図２】下地層を構成する２層を連続して成膜した様子を示す断面図である。
【図３】図２の構成からなる下地層上に形成されたバイアス磁石層の膜厚と保磁力との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る磁気センサにおいて、バイアス磁石層の膜厚と残留磁化との関係を示すグラフである。
【図５】下地層を構成する２層を非連続して成膜した様子を示す断面図である。
【図６】図５の構成からなる下地層上に形成されたバイアス磁石層の膜厚と保磁力との関係を示すグラフである。
【図７】バイアス磁石層のヒステリシス曲線の一例を示すグラフである。
【図８】従来の磁気センサの一例を示す断面図である。
【図９】ＭＲ比の時間依存性を示すグラフである。
【図１０】下地層を構成する２層を連続して成膜した様子をＳＥＭを用いて観察した一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  磁気センサ、１０  基板、１１  下地層、１１ａ  第一層、１１ｂ  第二層、１２  バイアス磁石層、１３  フリー層、１４  導電層、１５  ピンド層、１６  反強磁性層、１７  磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）。
【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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