(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、一対の固定抵抗とがブリッジ接続された複数のセンサブリッジ回路が形成され、前記検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、
前記基板は、傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、各センサブリッジ回路内の一対の検知部は、同一の傾斜面上にそれぞれ配されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、外部の磁界に影響されること無く一定の抵抗値を示す一対の固定抵抗とがブリッジ接続された第１から第３のセンサブリッジ回路が形成され、これら第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、
前記基板は傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部は傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜面の法線方向が同一である傾斜面上に配したことを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、一対の固定抵抗とがブリッジ接続された複数のセンサブリッジ回路が形成され、前記検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、
（１００）単結晶シリコンウエハからなり、該基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面を傾斜面とし斜面の法線方向が三次元的に交差する傾斜面を有し、各センサブリッジ回路内の一対の検知部は、同一の傾斜面上にそれぞれ配されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項４】
基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と外部の磁界に影響されること無く一定の抵抗値を示す一対の固定抵抗とがブリッジ接続された第１から第３のセンサブリッジ回路が形成され、これら第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、
（１００）単結晶シリコンウエハからなり、該基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面を傾斜面とし斜面の法線方向が三次元的に交差する傾斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部は傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜面の法線方向が同一である斜面上に配したことを特徴とする磁気センサ。
【請求項５】
前記固定抵抗は、前記検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子からなり、電気的な絶縁が得られる絶縁部材を介して磁気シールド部材で覆われていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記固定抵抗は、前記基板に形成した傾斜面上へ配置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項８】
基板を準備する工程と、
前記基板に傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を形成する工程と、
各センサブリッジ回路内の一対の検知部を同一の傾斜面上にそれぞれ配する工程と、
前記基板全体を加熱しながら前記基板表面に対して垂直方向からの磁場をかけることで磁気抵抗効果素子からなる検知部のピンド層の着磁を行う工程とを備えたことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項９】
前記磁気抵抗効果素子にトンネル磁気抵抗効果素子を用いることを特徴とする請求項８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、磁気抵抗素子を用いた磁気センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の磁気抵抗素子を用いたセンサとして、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、フラックスゲートセンサ、半導体ホール効果センサ等が用いられている。
例えば、ＭＩセンサによれば、ＭＩ素子という磁気抵抗素子を用いることで薄膜化・小型化が容易であり、その改良も盛んに行われている。また、ＭＲ素子の場合には、高周波電流を流した場合のその高周波インピーダンスの磁界による変化をもって磁界強度を検知することができる。
【０００３】
磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた磁気センサの素子として、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）や、トンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）等が知られている。ＧＭＲ素子とは、強磁性層と非強磁性層とが交互に複数層形成され、隣接する２つの磁性層の磁化方向が、外部磁界の強さに応じて平行な場合と反平行な場合とで変化する抵抗を利用して磁気検知を行うものである。
また、ＴＭＲ素子とは、磁性薄膜層が絶縁層を介して複数層形成され、伝導に関わる電子がスピンを維持しながら絶縁層をトンネル現象によって伝導されることで、このときの磁化の状態によってトンネル透過係数が異なることを利用して磁界検知を行うものである。
【０００４】
これら磁気抵抗効果素子は磁化の向きが所定の向きに固定されたピンド層（固定層）と、磁化の向きが外部磁界の向きに応じて変化するフリー層（自由層）とを備えている。磁気センサとして外部磁界を検知する時は固定されたピンド層の磁化方向に対して外部磁界の向きに応じて変化するフリー層の磁化方向の相対関係に応じて抵抗値は変化することを利用して磁界の方向を検知するものである。
【０００５】
ところで、近年、カーナビゲーションや携帯電話機器などＧＰＳを用いた機器が増えてきている。そのような中で、ＧＰＳからの電波が遮られる場所における現在地確認での使用などにおいて、超小型の磁気センサが求められている。そのため、ＩＣと一体化ができるシリコンウエハ上に作られた磁気センサは好都合である。また、磁気センサを二次元平面若しくは三次元空間での方位検知が要求されている。
【０００６】
二次元平面の方位検知ができる磁気センサとして特許文献１に開示された技術がある。
また、三次元空間の方位検知ができる磁気センサとして特許文献２、特許文献３、特許文献３に開示されたがある。
【０００７】
特許文献１に記載の発明は、直交する２方向（Ｘ軸方向,Ｙ軸方向）の磁界の変化をそれぞれ検出するように磁気抵抗効果素子それぞれ直交する位置関係になるよう基板上に平面配置し、各方向数個の磁気抵抗効果素子でホイーストンブリッジ接続したものである。
【０００８】
特許文献２に記載の発明は、ＴＭＲ素子を適用した技術が開示されており、ＴＭＲ素子を３軸上に独立に配置している。この１軸の磁界変化を検出する磁気センサが実装技術を用いてお互いに直交する３軸へ配置した説明図になっている。
【０００９】
特許文献３に記載の発明は、ＭＲ素子からなる２軸の磁気検知部と１軸の検知部を可撓性基板上に形成し、両検知部を電気的に接続する薄膜導体部で可撓性基材を曲げることで３軸方位センサを構成している。
【００１０】
特許文献４に記載の発明は、直交する２方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）の磁界の変化をそれぞれ検出するように磁気抵抗効果素子それぞれ直交する位置関係になるよう基板上に平面配置し、さらに基板上に形成した斜面上にZ軸方向の磁界の変化を検出するように磁気抵抗効果素子を配置している。また、各方向数個の磁気抵抗効果素子でホイーストンブリッジ接続している。
【特許文献１】特許第３４９８７３７号公報
【特許文献２】特開２００３−００８１０１号公報
【特許文献３】特開２００６−０１０５９１号公報
【特許文献４】特開２００６−３０８５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
３軸の磁気センサとして、特許文献２に記載の発明のように単軸の磁気センサチップを直交する３軸方向に実装させた３軸磁気センサや、特許文献３に記載の発明のように２軸の磁気検知部と１軸の検知部を可撓性基板上に形成し、可撓性基材を曲げることで３軸磁気センサを構成したものが提案されている。
【００１２】
特許文献２に記載の発明は、三次元実装になることで各軸の直交度の精度を向上させるのは難しく、電気配線の引き回しも複雑である。必然的に３軸の磁気センサとしては比較的大きなものになる。特許文献３に記載の発明は、２軸の磁気検知部は各々の軸のピンド層（固定層）の磁化方向の相対位置関係は高い精度で作りこむことができる。
【００１３】
一方、２軸の磁気検知部と１軸の検知部との磁化方向の相対位置関係は可撓性基材の曲げ方（曲がり方）により精度が決まってくる。そのため、２軸の磁気検知部と１軸の検知部との磁化方向の相対位置関係は２軸の磁気検知部内の位置関係と比較すると精度は低下する。また、可撓性基材を曲げて固定するためにある幅の糊代が必要となるため、可撓性基材を固定する基材は厚く大きくなってくる。
【００１４】
このように３軸間での相対位置精度のバラツキは測定した外部磁界の出力から読み取る位置精度の低下に繋がる。
また、携帯電話などの機器への搭載を行う場合、小型で薄型のセンサが要求されるが、特許文献２、特許文献３に記載の発明では限界が生じる。これらの特許文献１〜３に記載の発明の課題を解決した構成例として、特許文献４に記載の発明がある。
【００１５】
磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた磁気センサは前述の通り、磁化の向きが所定の向きに固定されたピンド層（固定層）と、磁化の向きが外部磁界の向きに応じて変化するフリー層（自由層）とを備えている。磁気センサとして外部磁界を検知する時は固定されたピンド層の磁化方向に対して外部磁界の向きに応じて変化するフリー層の磁化方向の相対関係に応じて抵抗値は変化することを利用して磁界の方向を検知するものなので、ピンド層（固定層）の磁化の方向は多軸のセンサでは最適な方向は異なってくる。ピンド層の磁化方向は磁場中で所定の温度で熱処理することで決定される。そのため、同一基板上へ２軸以上のセンサでは各軸毎に磁界の向きを変えてピンド層（固定層）の着磁を行っていた（特許文献１、特許文献４参照。）。
【００１６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、同一基板上に３軸の磁気センサを配置することで各軸の相対位置関係を高精度にし、ブリッジ接続される基準抵抗（外部磁界の方向の影響を受けることなく一定の抵抗値を示す抵抗）を同一基板中に形成し、全ての軸のピンド層（固定層）の着磁を一方向の磁界からなる磁場中で熱処理をすることで同時に形成できる３軸の磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明の目的は、製造工数が少なく、同時に複数の軸を有する磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、一対の固定抵抗とがブリッジ接続された複数のセンサブリッジ回路が形成され、前記検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、前記基板は、傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、各センサブリッジ回路内の一対の検知部は、同一の傾斜面上にそれぞれ配されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、外部の磁界に影響されること無く一定の抵抗値を示す一対の固定抵抗とがブリッジ接続された第１から第３のセンサブリッジ回路が形成され、これら第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、前記基板は傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部は傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜面の法線方向が同一である傾斜面上に配したことを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、一対の固定抵抗とがブリッジ接続された複数のセンサブリッジ回路が形成され、前記検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、（１００）単結晶シリコンウエハからなり、該基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面を傾斜面とし斜面の法線方向が三次元的に交差する傾斜面を有し、各センサブリッジ回路内の一対の検知部は、同一の傾斜面上にそれぞれ配されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と外部の磁界に影響されること無く一定の抵抗値を示す一対の固定抵抗とがブリッジ接続された第１から第３のセンサブリッジ回路が形成され、これら第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、（１００）単結晶シリコンウエハからなり、該基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面を傾斜面とし斜面の法線方向が三次元的に交差する傾面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部は傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜面の法線方向が同一である斜面上に配したことを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の発明において、前記固定抵抗は、前記検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子からなり、電気的な絶縁が得られる絶縁部材を介して磁気シールド部材で覆われていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の発明において、前記固定抵抗は前記基板へ形成した傾斜面上へ配置したことを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項記載の発明において、前記磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明は、基板を準備する工程と、前記基板に傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を形成する工程と、各センサブリッジ回路内の一対の検知部を同一の傾斜面上にそれぞれ配する工程と、前記基板全体を加熱しながら前記基板表面に対して垂直方向からの磁場をかけることで磁気抵抗効果素子からなる検知部のピンド層の着磁を行う工程とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記磁気抵抗効果素子にトンネル磁気抵抗効果素子を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、複数のセンサブリッジ回路における一対の検知部を傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜斜面の法線方向が同一である斜面上に配しているので、一方向の磁界を付与しながらの磁場中熱処理を１回行うだけで、同一ブリッジ内検知部のピンド層は同一方向に着磁でき、かつ各座標系のピンド層の磁化方向を三次元的に交差する三つの磁化方向に着磁できるため、製造工程の低減ができ、製造歩留まりの向上に繋がる。また、同一基板上へ一体配置できるため小型且つ薄型にできる。小型にできることでセンサの取れ数も増え生産性向上に繋がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明に係る磁気センサの一実施の形態は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、一対の固定抵抗とがブリッジ接続された複数のセンサブリッジ回路が形成され、検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、基板は、傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、各センサブリッジ回路内の一対の検知部は、同一の傾斜面上にそれぞれ配されていることを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、基板は、傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、各センサブリッジ回路内の一対の検知部は、同一の傾斜面上にそれぞれ配されていることにより、一方向の磁界を付与しながらの磁場中熱処理を１回行うだけで、同一ブリッジ内検知部のピンド層は同一方向に着磁でき、かつ各座標系のピンド層の磁化方向を三次元的に交差する三つの磁化方向に着磁できるため、製造工程の低減ができ、製造歩留まりの向上に繋がる。また、同一基板上へ一体配置できるため小型且つ薄型にできる。小型にできることでセンサの取れ数も増え生産性向上に繋がる。
【００３０】
本発明に係る磁気センサの他の実施の形態は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と、外部の磁界に影響されること無く一定の抵抗値を示す一対の固定抵抗とがブリッジ接続された第１から第３のセンサブリッジ回路が形成され、これら第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、基板は傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部は傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜面の法線方向が同一である傾斜面上に配したことを特徴とする。
【００３１】
上記構成によれば、基板は傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部は傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜面の法線方向が同一である傾斜面上に配したことにより、一方向の磁界を付与しながらの磁場中熱処理を１回行うだけで、同一ブリッジ内検知部のピンド層は同一方向に着磁でき、かつ各座標系のピンド層の磁化方向を三次元的に交差する三つの磁化方向に着磁できるため、製造工程の低減ができ、製造歩留まりの向上に繋がる。また、同一基板上へ一体配置できるため小型且つ薄型にできる。小型にできることでセンサの取れ数も増え生産性向上に繋がる。
【００３２】
本発明に係る磁気センサの他の実施の形態は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対検知部と、一対の固定抵抗とがブリッジ接続された複数のセンサブリッジ回路が形成され、知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、（１００）単結晶シリコンウエハからなり、基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１)方向の結晶方位面を傾斜面とし斜面の法線方向が三次元的に交差する傾斜面を有し、各センサブリッジ回路内の一対の検知部は、同一の傾斜面上にそれぞれ配されていることを特徴とする。
【００３３】
上記構成によれば、基板が（１００）単結晶シリコンウエハからなり、基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面からなる傾斜斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における一対の検知部を傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜斜面の法線方向が同一である斜面上に配しているので、一方向の磁界を付与しながらの磁場中熱処理を１回行うだけで、同一ブリッジ内検知部のピンド層は同一方向に着磁でき、かつ各座標系のピンド層の磁化方向を三次元的に交差する三つの磁化方向に着磁できるため、製造工程の低減ができ、製造歩留まりの向上に繋がる。また、同一基板上へ一体配置できるため小型且つ薄型にできる。小型にできることでセンサの取れ数も増え生産性向上に繋がる。さらには検知部を配置する斜面は結晶面で規定されるため各軸間での検知部位置精度が高くなり、３軸間での位置関係が結晶面位置関係で一意的に決まるため、ばらつきの少ない安定した製造ができる。
【００３４】
本発明に係る磁気センサの他の実施の形態は、基板上に磁気抵抗効果素子からなる一対の検知部と外部の磁界に影響されること無く一定の抵抗値を示す一対の固定抵抗とがブリッジ接続された第１から第３のセンサブリッジ回路が形成され、これら第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されている磁気センサにおいて、（１００）単結晶シリコンウエハからなり、基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面を傾斜面とし斜面の法線方向が三次元的に交差する傾斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における検知部は傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜面の法線方向が同一である斜面上に配したことを特徴とする。
【００３５】
上記構成によれば、基板が（１００）単結晶シリコンウエハからなり、基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面からなる傾斜斜面を有し、第１から第３のセンサブリッジ回路における一対の検知部を傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜斜面の法線方向が同一である斜面上に配しているので、一方向の磁界を付与しながらの磁場中熱処理を１回行うだけで、同一ブリッジ内検知部のピンド層は同一方向に着磁でき、かつ各座標系のピンド層の磁化方向を三次元的に交差する三つの磁化方向に着磁できるため、製造工程低減ができ、製造歩留まりの向上に繋がる。また、同一基板上へ一体配置できるため小型且つ薄型にできる。小型にできることでセンサの取れ数も増え生産性向上に繋がる。さらには検知部を配置する斜面は結晶面で規定されるため各軸間での検知部位置精度が高くなり、３軸間での位置関係が結晶面位置関係で一意的に決まるため、ばらつきの少ない安定した製造ができる。
【００３６】
本発明に係る磁気センサの他の実施の形態は、上記構成に加え、固定抵抗は、検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子からなり、電気的な絶縁が得られる絶縁部材を介して磁気シールド部材で覆われていることを特徴とする。
【００３７】
上記構成によれば、固定抵抗は電気的な絶縁が取れる絶縁部材を介して磁気シールド部材で覆われているので、磁気抵抗効果素子等の外部磁界に対して感度をもつ素子を提供した場合でも外部磁界に影響されること無く固定抵抗として機能するとともに、検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子なので、素子の温度特性を同一にでき、磁気センサ特性が安定する。
【００３８】
本発明に係る磁気センサの他の実施の形態は、上記構成に加え、固定抵抗は前記基板に形成した傾斜面上へ配置したことを特徴とする。
【００３９】
上記構成によれば、磁気センサの占有面積を小さくすることができるので、シリコンウエハから切り出せるチップ数が増えることになり、コスト低減に繋がる。
【００４０】
本発明に係る磁気センサの他の実施の形態は、上記構成に加え、磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする。
【００４１】
上記構成によれば、磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果素子であることにより、少ない消費電力で磁気検知が可能となるため地球環境負荷が低減できる。
【００４２】
本発明の磁気センサの製造方法に係る一実施の形態は、基板を準備する工程と、基板に傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を形成する工程と、各センサブリッジ回路内の一対の検知部を同一の傾斜面上にそれぞれ配する工程と、基板全体を加熱しながら基板表面に対して垂直方向からの磁場をかけることで磁気抵抗効果素子からなる検知部のピンド層の着磁を行う工程とを備えたことを特徴とする。
【００４３】
上記構成によれば、基板全体を加熱しながら基板表面に対して垂直方向からの磁場をかけることで磁気抵抗効果素子からなる検知部のピンド層の着磁（磁化方向を固定する）を行うので、一度の着磁工程で検知部の着磁ができる。
【００４４】
本発明の磁気センサの製造方法に係る他の実施の形態は、上記構成に加え、固定抵抗を検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子とし、電気的な絶縁が得られる絶縁部材を介して磁気シールド部材で覆う工程を備えたことを特徴とする。
【００４５】
上記構成によれば、固定抵抗を検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子とし、電気的な絶縁が得られる絶縁部材を介して磁気シールド部材で覆う工程を備えたことにより、磁気抵抗効果素子等の外部磁界に対して感度をもつ素子を提供した場合でも外部磁界に影響されること無く固定抵抗として機能するとともに、検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子なので、素子の温度特性を同一にでき、磁気センサ特性が安定する。
【００４６】
本発明の磁気センサの製造方法に係る他の実施の形態は、上記構成に加え、磁気抵抗効果素子にトンネル磁気抵抗効果素子を用いることを特徴とする。
【００４７】
上記構成によれば、少ない消費電力で磁気検知が可能となるため地球環境負荷が低減できる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【実施例１】
【００４９】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。
＜検知部を一定の角度をもつ同一傾斜面上に配置した例＞
以下に、本実施例の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサについて図面を用いて説明する。なお、本発明はこれらの実施例に述べるものに限定されることなく、その目的を逸脱しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００５０】
図１は、本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。また、図２は図１のII−II線断面で斜面上に磁気抵抗効果素子を配置した概略断面図である。図３は図１の磁気抵抗効果素子構造であり、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図１のIIIb−IIIb線断面図である。図４はブリッジ結線を示すブロック図である。
【００５１】
本実施例の磁気センサ１は、二つの検知部２Ａ，２Ｂと二つの固定抵抗部３Ａ，３Ｂを備えている。なお、検知部２Ａ，２Ｂ及び固定抵抗部３Ａ，３ＢはＴＭＲ素子であり、これらの各素子の膜構成は同等である。固定抵抗部３Ａ，３Ｂには磁気シールド膜を形成し外部磁界に対する感度を持たないようにしている。磁気シールド膜の構成については第３の実施例で具体的に説明するとして、ここでは説明を省略する。
【００５２】
検知部２Ａ，２Ｂ及び固定抵抗部３Ａ，３Ｂは基板４に設けられた斜面上に形成されており、磁化の向きは斜面内になるように形成されているとともに、磁化の感度方向は磁気抵抗効果素子（検知部２Ａ，２Ｂ及び固定抵抗部３Ａ，３Ｂ）の長手方向対して交差する方向であり、斜面の深さ方向になるように磁化の方向を決めている。本実施例の磁気センサ１の基板４は（１００）シリコンウエハを使用した。（１００）シリコンウエハはシリコン窒化膜をエッチングマスクにし、ＫＯＨ溶液（ＴＭＡＨ溶液でも適用可）にて１００μｍの深さで二つの溝５Ａと溝５Ｂとが形成されている。溝５Ａ,５Ｂの形状はシリコンウエハの表面に対して約５５°の角度を有する４つの斜面から構成されている。
【００５３】
本実施例では溝底面に平坦部（基板４の表面と略平行な面）を有しているが、平坦部を有しない形状でも発明上は何ら影響が無い。そのため、図示しないが溝底面に平坦部を有しないＶ溝構造を有する基板への適用も可能である。溝底面に平坦部を有しないＶ溝構造の場合は溝底面に平坦部を有しない分磁気センサの占有エリアが狭くなりより小型化が狙える。
【００５４】
また、本実施例の図１のように磁気抵抗効果素子は斜面に対して幅方向に長く形成しており、磁気抵抗効果素子をお互い向かい合う傾斜面にのみ形成するようにすることで、よりＶ溝形状に近い形状とすることができるため磁気センサの小型に有利である。検知部２Ａ，２Ｂ及び固定抵抗部３Ａ，３Ｂはそれぞれ、図４のブリッジ結線ブロック図を反映した配線６で結線されそれぞれ入出力端子にあたるボンディングパッド７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに接続されている。二つの溝５Ａと溝５Ｂとの間は配線６が形成できるようなスペースからなる。
【００５５】
また、本実施例では基板４に二つの溝５Ａ,５Ｂを掘り込む形態をとったが、この溝が逆に突起となるようエッチングマスクを反転しＫＯＨ溶液（ＴＭＡＨ溶液でも適用可）にて加工した基板４としても適用できる。
【００５６】
但し、配線６とボンディングパッド７Ａ〜７Ｄがエッチング加工された平面上に配置されるためエッチング加工された平面の平坦性が要求される。さらに、本実施例の磁気抵抗効果素子に用いられる基板には、（１００）シリコンウエハの他に（１１０）シリコンウエハ、シリコン以外の半導体、ガラス材、セラミック材、非磁性金属などが適用可能である。本実施例では４角錐の頂部を切り取った逆台形形状を適用しているが、４角錐のほかに３角錐以上の多角錐、円錐でももちろんよい。
【００５７】
これらの基板の中でも本実施例で採用した（１００）シリコンウエハはＫＯＨ溶液等を用いた異方性ウエットエッチングで基板表面に対して約５５°の傾斜角度で（１１１）方向の結晶面が安定して作れるため、検知部２Ａ，２Ｂの位置関係が一定となり、再現性の高い製造と高い製造歩留まりが得られることから本発明の基板構成としては最適である。
【００５８】
次に、図４のブリッジ結線ブロック図を参照してブリッジ回路について説明する。
本実施例のブリッジ回路を構成する抵抗は同一傾斜面に形成した検知部２Ａ，２Ｂと検知部２とは異なる斜面で平行な二つの面にそれぞれ一つずつ形成した固定抵抗部３Ａ，３Ｂとからなる。
図４のＲ１は検知部２Ｂ、Ｒ２は固定抵抗部３Ａ、Ｒ３は固定抵抗部３Ｂ、Ｒ４は検知部２Ａに相当する。このように本実施例の磁気センサはブリッジ回路を構成してなるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない零位法による高精度の磁界検出が可能である。
【００５９】
次に、図３を参考に検知部２Ａを例に挙げて磁気抵抗効果素子であるＴＭＲ素子について説明する。
検知部２Ａは、フリー層２１、ピンド層２２、絶縁層２３、ピンド層側電極２４、及びキャップ層２５の各層からなる。また、基板との絶縁を保つ絶縁性薄膜２６、パッシベーション膜２７で表裏覆われている。パッシベーション膜２７にはピンド層側電極２４及びキャップ層２５のそれぞれに配線電極を接合させるためのピンド層側コンタクトホール３１とフリー層側コンタクトホール３２が開口しており、それらコンタクトホールを通して電気配線される（電気配線用の配線は図中省略）。フリー層２１は、外部磁界の向きに応じて磁化の方向が変化する層であり、一方、ピンド層２２は、外部磁化の向きに関わらず磁化の方向が固定される層である。また、絶縁層２３は、フリー層２１およびピンド層２２に挟持されトンネル層としての役割を果たす。
【００６０】
ＴＭＲ素子としては、基板４上に、例えばＦｅ−Ｎｉのような反強磁性体２２−１とＣｏ−Ｆｅ２２−２などの磁性層とで構成されたピンド層２２が積層される。そして、このピンド層２２の上部に絶縁層２３を積層して、さらにその上層にフリー層２１を積層する。絶縁層２３としては、ＳｉＯ2などの絶縁材料や、Ａｌ2Ｏ3, ＭｇＯのような非磁性金属酸化物などが用いられる。また、フリー層２１としては、例えばＣｏ−ＦｅやＦｅ−Ｎｉなどを用いることができる。
また、磁気抵抗効果素子はＴＭＲ素子に限定されず、ＧＭＲ素子を用いることも可能である。
【００６１】
図５は、１軸の磁気センサを３組、組み合わせて配置した３軸磁気センサ構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。本実施例の３軸磁気センサ１Ａは、検知部２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ）と固定抵抗部３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ）とをそれぞれ６個ずつと合計１２個のボンディングパッド７さらには各ボンディングパッド７と各検知部２及び各固定抵抗部３を電気的に接続する配線６とを備えている。
【００６２】
なお、検知部２及び固定抵抗部３はＴＭＲ素子であり、これらの各素子の膜構成は同等である。検知部２及び固定抵抗部３は基板４に設けられた斜面上に形成されていて、磁化の向きは斜面内になるように形成されているとともに、磁化の感度方向は磁気抵抗効果素子（検知部２及び固定抵抗部３）の長手方向対して交差する方向であり、斜面の深さ方向になるように磁化の方向を決めている。
【００６３】
本実施例の磁気センサ１Ａの基板４は（１００）シリコンウエハを使用した。（１００）シリコンウエハはシリコン窒化膜をエッチングマスクにし、ＫＯＨ溶液（ＴＭＡＨ溶液でも適用可）にて１００μｍの深さで５つの溝５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ）が形成されている。溝５の形状はシリコンウエハの表面に対して約５５°の角度を有する４つの斜面から構成されている。
【００６４】
本実施例では溝底面に平坦部（基板１０４の表面と略平行な面）を有しているが、平坦部を有しない形状でも本発明上は何ら影響が無い。そのため、図示しないが溝底面に平坦部を有しないＶ溝構造を有する基板への適用も可能である。溝底面に平坦部を有しないＶ溝構造の場合は溝底面に平坦部を有しない分、磁気センサの占有エリアが狭くなりより小型化が狙える。
また、本実施例の図１のように磁気抵抗効果素子は斜面に対して幅方向に長く形成しており、磁気抵抗効果素子をお互い向かい合う傾斜面にのみ形成するようにすることで、よりＶ溝形状に近い形状とすることができるため磁気センサの小型に有利である。
【００６５】
検知部２Ａ，２Ｂは一つの軸方向の磁気センサとして働き、固定抵抗部３Ａ，３Ｂと組み合わせたセンサブリッジ回路を回路１とする。
検知部２Ｃ，２Ｄは一つの軸方向の磁気センサとして働き、固定抵抗部３Ｃ，３Ｄと組み合わせたセンサブリッジ回路を回路２とする。検知部２Ｅ，２Ｆは一つの軸方向の磁気センサとして働き、固定抵抗部３Ｅ，３Ｆと組み合わせたセンサブリッジ回路を回路３とする。検知部２におけるピンド層２１の磁化方向は回路１、回路２、回路３の磁気センサでそれぞれ異なるように配置している。軸Ｙに対して軸Ｘと軸Ｚのピンド層２１の磁化方向は紙面上で直行する位置関係を持ち、軸Ｘと軸Ｙのピンド層２１の磁化方向は紙面上で平行逆向きになる位置関係を持っている。つまり、立体的には基板面から約５５°の角度で３方向に放射方向を示す位置関係を持っている。
【実施例２】
【００６６】
＜検知部を一定の角度をもつ同一傾斜面上に配置した他の例＞
図１４は、本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。また、図１５は、図１４のXV−XV線断面で斜面上へ磁気抵抗効果素子を配置した概略断面図である。
本実施例の磁気センサ３０１は第１の実施例の固定抵抗部３０３を基板３０４の上ボンディングパッド３０７形成面と同一の面へ形成した構成で、二つの検知部３０２Ａ，３０２Ｂと二つの固定抵抗部３０３Ａ，３０３Ｂとを備えている。
【００６７】
なお、検知部３０２Ａ，３０２Ｂ及び固定抵抗部３０３Ａ，３０３ＢはＴＭＲ素子であり、これらの各素子の膜構成は同等である。固定抵抗部３０３には磁気シールド膜を形成し外部磁界に対する感度を持たないようにしている。
磁気シールド膜の構成については第５の実施例で具体的に説明するとして、ここでは説明を省略する。
検知部３０２Ａ，３０２Ｂは基板３０４に設けられた斜面上に形成されており、磁化の向きは斜面内になるように形成されているとともに、磁化の感度方向は磁気抵抗効果素子（検知部３０２Ａ，３０２Ｂ）の長手方向対して交差する方向であり、斜面の深さ方向になるように磁化の方向を決めている。
【００６８】
本実施例の磁気センサ３０１の基板３０４は（１００）シリコンウエハを使用した。（１００）シリコンウエハはシリコン窒化膜をエッチングマスクにし、ＫＯＨ溶液（ＴＭＡＨ溶液でも適用可）にて２００μｍの深さで溝３０５Ａが形成されている。溝３０５Ａの形はシリコンウエハの表面に対して約５５°の角度を有する４つの斜面から構成されている。
本実施例では溝３０５底面に平坦部（基板３０４の表面と略平行な面）をもつ構造にしているが、平坦部（基板３０４の表面と略平行な面）をもたないＶ溝構造を有する溝３０５も本発明上は何ら影響が無い。検知部３０２Ａ，３０２Ｂ及び固定抵抗部３０３Ａ，３０３Ｂはそれぞれ、図４のブリッジ結線ブロック図を反映した配線３０６で結線されそれぞれ出力端子にあたるボンディングパッド３０７Ａ,３０７Ｂ,３０７Ｃ,３０７Ｄに繋がっている。
【００６９】
本実施例の磁気抵抗効果素子に用いられる基板３０４には、（１００）シリコンウエハの他に（１１０）シリコンウエハ、シリコン以外の半導体、ガラス材、セラミック材、非磁性金属などが適用可能である。
これらの基板の中でも本実施例で採用した（１００）シリコンウエハはＫＯＨ溶液等を用いた異方性ウエットエッチングで基板表面に対して約５５°の傾斜角度で（１１１）方向の結晶面が安定して作れるため、異なる二つの平行な斜面にそれぞれ配置した検知部３０２Ａ，３０２Ｂの位置関係は一定となり、再現性の高い製造と高い製造歩留まりが得られることから本発明の基板３０４構成としては最適である。
【００７０】
次に、図４のブリッジ結線ブロック図を参照してブリッジ回路について説明する。
本実施例のブリッジ回路を構成する抵抗は同一斜面にそれぞれ配置した検知部３０２Ａ，３０２Ｂと基板３０４の平坦な面に形成した固定抵抗部３０３Ａ，３０３Ｂとからなる。Ｒ１は検知部３０２Ｂ、Ｒ２は固定抵抗部３０３Ａ、Ｒ３は固定抵抗部３０３Ｂ、Ｒ４は検知部３０２Ａに相当する。
このように本実施例の磁気センサはブリッジ回路を構成してなるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない零位法による高精度の磁界検出が可能である。
本実施例の検知部３０２と固定抵抗部３０３を構成する磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を適用しているが、ＴＭＲ素子については実施例１と同様な構成をとることができるので、説明を割愛する。
１軸の磁気センサを３組、組み合わせて配置した３軸磁気センサ構成は図１４を３組組み合わせ実施例１と同様に配列した構成をとることができるので、説明を割愛する。
また、本実施例においても磁気抵抗効果素子はＴＭＲ素子に限定されず、ＧＭＲ素子を用いることも可能である。
【００７１】
(本実施例の効果)
検知部４０２を配置する溝(突起でも構わない)に配置し、固定抵抗部３０３を基板３０４の上ボンディングパッド３０７形成面と同一の面へ形成した構成を取ることにより、実施例１と比較して磁気センサ４０１の占有面積が小さくできる。したがって、シリコンウエハから切り出せるチップ数が増えることになり、コスト低減に繋がる。
【実施例３】
【００７２】
＜検知部と固定抵抗部を一つの溝の斜面上へ配置した例＞
図１６は、本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。また、図１７は、図１６のXVII−XVII線概略断面である。
本実施例の磁気センサ４０１は第１の実施例の固定抵抗部４０３を検知部４０２と同一溝の斜面上へ形成した構成で、二つの検知部４０２Ａ，４０２Ｂと二つの固定抵抗部４０３Ａ，４０３Ｂを備えている。
なお、検知部４０２Ａ，４０２Ｂ及び固定抵抗部４０３Ａ，４０３ＢはＴＭＲ素子であり、これらの各素子の膜構成は同等である。固定抵抗部４０３には磁気シールド膜を形成し外部磁界に対する感度を持たないようにしている。
【００７３】
磁気シールド膜の構成については第５の実施例で具体的に説明するとして、ここでは説明を省略する。
検知部４０２Ａ，４０２Ｂは基板４０４に設けられた斜面上に形成されており、磁化の向きは斜面内になるように形成されているとともに、磁化の感度方向は磁気抵抗効果素子（検知部４０２Ａ，４０２Ｂ）の長手方向対して交差する方向であり、斜面の深さ方向になるように磁化の方向を決めている。
本実施例の磁気センサ４０１の基板４０４は（１００）シリコンウエハを使用した。（１００）シリコンウエハはシリコン窒化膜をエッチングマスクにし、ＫＯＨ溶液（ＴＭＡＨ溶液でも適用可）にて２００μｍの深さで溝４０５が形成されている。溝４０５の形状はシリコンウエハの表面に対して約５５°の角度を有する４つの斜面から構成されている。
【００７４】
本実施例では溝４０５底面に平坦部（基板４０４の表面と略平行な面）をもつ構造にしているが、平坦部（基板４０４の表面と略平行な面）をもたないＶ溝構造を有する溝４０５でも本発明上は何ら影響が無い。検知部４０２Ａ，４０２Ｂ及び固定抵抗部４０３Ａ，４０３Ｂはそれぞれ、図４のブリッジ結線ブロック図を反映した配線４０６で結線されそれぞれ入出力端子にあたるボンディングパッド４０７Ａ,４０７Ｂ,４０７Ｃ,４０７Ｄに繋がっている。
二本の配線４０６が交差するところができる。その配線間は直接接触しないように層間絶縁膜４０９を形成して絶縁を取っている。層間絶縁膜としてはプラズマCVD装置を使ったシリコン酸化膜が特に適している。シリコン酸化膜以外にも絶縁性の層間膜材料であればその製法もこの限りではない。
【００７５】
本実施例の磁気抵抗効果素子に用いられる基板４０４には、（１００）シリコンウエハの他に（１１０）シリコンウエハ、シリコン以外の半導体、ガラス材、セラミック材、非磁性金属などが適用可能である。
これらの基板の中でも本実施例で採用した（１００）シリコンウエハはＫＯＨ溶液等を用いた異方性ウエットエッチングで基板表面に対して約５５°の傾斜角度で（１１１）方向の結晶面が安定して作れるため、異なる二つの平行な斜面にそれぞれ配置した検知部４０２Ａ，４０２Ｂの位置関係は一定となり、再現性の高い製造と高い製造歩留まりが得られることから本発明の基板４０４構成としては最適である。
【００７６】
次に、図４のブリッジ結線ブロック図を参照してブリッジ回路について説明する。
本実施例のブリッジ回路を構成する抵抗は同一斜面にそれぞれ配置した検知部４０２Ａ，４０２Ｂと検知部４０２を配した斜面を構成する溝４０５の検知部４０２と対向する斜面に形成した固定抵抗部４０３Ａ，４０３Ｂとからなる。Ｒ１は検知部４０２Ｂ、Ｒ２は固定抵抗部４０３Ａ、Ｒ３は固定抵抗部４０３Ｂ、Ｒ４は検知部４０２Ａに相当する。
【００７７】
このように本実施例の磁気センサはブリッジ回路を構成してなるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない零位法による高精度の磁界検出が可能である。
本実施例の検知部４０２と固定抵抗部４０３を構成する磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を適用しているが、ＴＭＲ素子については実施例１と同様な構成をとることができるので、説明を割愛する。
１軸の磁気センサを３組、組み合わせて配置した３軸磁気センサ構成は図１６を実施例１と同様に配列した構成をとることができるので、説明を割愛する。
また、本実施例においても磁気抵抗効果素子はＴＭＲ素子に限定されず、ＧＭＲ素子を用いることも可能である。
【００７８】
(本実施例の効果)
検知部４０２と固定抵抗部４０３を配置する溝(突起でも構わない)を一つにする構成を取る本実施例の構成をとることにより、実施例１と比較して磁気センサ４０１の占有面積が小さくできる。よって、シリコンウエハから切り出せるチップ数が増えることになり、コスト低減に繋がる。また、固定抵抗部４０３も斜面上へ作ることで、検知部４０２と固定抵抗部４０３の温度特性などの素子特性が実施例２と比較してより近くできる。よって、より高精度な磁界検出が可能になる。
【実施例４】
【００７９】
＜二つの検知部を平行な二つの傾斜斜面上に配した例＞
図６は、本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。また、図７は図６のVII−VII線断面で斜面上へ磁気抵抗効果素子を配置した概略断面図である。図８はブリッジ結線を示すブロック図である。
本実施例の磁気センサ１は第１の実施例の検知部２と固定抵抗部３との位置を入れ替えた構成で、二つの検知部１０２Ａ，１０２Ｂと二つの固定抵抗部１０３Ａ，１０３Ｂを備えている。
【００８０】
なお、検知部１０２Ａ，１０２Ｂ及び固定抵抗部１０３Ａ，１０３ＢはＴＭＲ素子であり、これらの各素子の膜構成は同等である。固定抵抗部１０３には磁気シールド膜を形成し外部磁界に対する感度を持たないようにしている。
磁気シールド膜の構成については第３の実施例で具体的に説明するとして、ここでは説明を省略する。
【００８１】
検知部１０２Ａ，１０２Ｂ及び固定抵抗部１０３Ａ，１０３Ｂは基板１０４に設けられた斜面上に形成されており、磁化の向きは斜面内になるように形成されているとともに、磁化の感度方向は磁気抵抗効果素子（検知部１０２Ａ，１０２Ｂ及び固定抵抗部１０３Ａ，１０３Ｂ）の長手方向対して交差する方向であり、斜面の深さ方向になるように磁化の方向を決めている。
【００８２】
本実施例の磁気センサ１０１の基板１０４は（１００）シリコンウエハを使用した。（１００）シリコンウエハはシリコン窒化膜をエッチングマスクにし、ＫＯＨ溶液（ＴＭＡＨ溶液でも適用可）にて２００μｍの深さで二つの溝１０５Ａと溝１０５Ｂが形成されている。溝１０５Ａ,１０５Ｂの形状はシリコンウエハの表面に対して約５５°の角度を有する４つの斜面から構成されている。
【００８３】
本実施例では溝１０５底面に平坦部（基板１０４の表面と略平行な面）をもたないＶ溝構造にしているが、第１の実施例と同様の平坦部（基板１０４の表面と略平行な面）を有する溝１０５でも本発明上は何ら影響が無い。検知部１０２Ａ，１０２Ｂ及び固定抵抗部１０３Ａ，１０３Ｂはそれぞれ、図８のブリッジ結線ブロック図を反映した配線１０６で結線されそれぞれ入出力端子にあたるボンディングパッド１０７Ａ,１０７Ｂ,１０７Ｃ,１０７Ｄに繋がっている。二つの溝１０５Ａと溝１０５Ｂの間は配線１０６が這いまわせるスペースからなる。
【００８４】
本実施例の磁気抵抗効果素子に用いられる基板１０４には、（１００）シリコンウエハの他に（１１０）シリコンウエハ、シリコン以外の半導体、ガラス材、セラミック材、非磁性金属などが適用可能である。
これらの基板の中でも本実施例で採用した（１００）シリコンウエハはＫＯＨ溶液等を用いた異方性ウエットエッチングで基板表面に対して約５５°の傾斜角度で（１１１）方向の結晶面が安定して作れるため、異なる二つの平行な斜面にそれぞれ配置した検知部１０２Ａ，１０２Ｂの位置関係は一定となり、再現性の高い製造と高い製造歩留まりが得られることから本発明の基板１０４構成としては最適である。
【００８５】
次に、図８のブリッジ結線ブロック図を参照してブリッジ回路について説明する。
本実施例のブリッジ回路を構成する抵抗は異なる二つの平行な斜面にそれぞれ配置した検知部１０２Ａ，１０２Ｂと検知部１０２とは異なる斜面に形成した固定抵抗部１０３Ａ，１０３Ｂとからなる。Ｒ１は検知部１０２Ｂ、Ｒ２は固定抵抗部１０３Ａ、Ｒ３は固定抵抗部１０３Ｂ、Ｒ４は検知部１０２Ａに相当する。
【００８６】
このように本実施例の磁気センサはブリッジ回路を構成してなるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない零位法による高精度の磁界検出が可能である。
本実施例の検知部１０２と固定抵抗部１０３を構成する磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を適用しているが、ＴＭＲ素子については実施例１と同様な構成をとることができるので、説明を割愛する。
【００８７】
また、本実施例においても磁気抵抗効果素子はＴＭＲ素子に限定されず、ＧＭＲ素子を用いることも可能である。
【００８８】
図９は、１軸の磁気センサを３組、組み合わせて配置した３軸磁気センサ構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。本実施例の３軸磁気センサ１０１Ａは、検知部１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ，１０２Ｅ，１０２Ｆ）と固定抵抗部１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ，１０３Ｅ，１０３Ｆ）をそれぞれ６個ずつと合計１２個のボンディングパッド１０７さらには各ボンディングパッド１０７と各検知部１０２及び各固定抵抗部１０３を電気的に接続する配線１０６とを備えている。
【００８９】
なお、検知部１０２及び固定抵抗部１０３はＴＭＲ素子であり、これらの各素子の膜構成は同等である。検知部１０２及び固定抵抗部１０３は基板１０４に設けられた斜面上に形成されており、磁化の向きは斜面内になるように形成されているとともに、磁化の感度方向は磁気抵抗効果素子（検知部１０２及び固定抵抗部１０３）の長手方向対して交差する方向であり、斜面の深さ方向になるように磁化の方向を決めている。
【００９０】
本実施例の磁気センサ１０１Ａの基板１０４は（１００）シリコンウエハを使用した。
（１００）シリコンウエハはシリコン窒化膜をエッチングマスクにし、ＫＯＨ溶液（ＴＭＡＨ溶液でも適用可）にて２００μｍの深さで５つの溝１０５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ）が形成されている。溝５の形状はシリコンウエハの表面に対して約５５°の角度を有する４つの斜面から構成されている。本実施例では溝１０５底面に平坦部（基板１０４の表面と略平行な面）をもたないＶ溝構造にしているが、第1の実施例同様の平坦部（基板１０４の表面と略平行な面）を有する溝１０５でも本発明上は何ら影響が無い。
【００９１】
検知部１０２Ａ，１０２Ｂは一つの軸方向の磁気センサとして働き、固定抵抗部１０３Ａ，１０３Ｂと組み合わせたセンサブリッジ回路を回路１とする。
検知部１０２Ｃ，１０２Ｄは一つの軸方向の磁気センサとして働き、固定抵抗部１０３Ｃ，１０３Ｄと組み合わせたセンサブリッジ回路を回路２とする。検知部１０２Ｅ，１０２Ｆは一つの軸方向の磁気センサとして働き、固定抵抗部１０３Ｅ，１０３Ｆと組み合わせたセンサブリッジ回路を回路３とする。
【００９２】
検知部１０２におけるピンド層２１（第1の実施例と同様構成のＴＭＲ素子のピンド層２１）の磁化方向は回路１、回路２、回路３の磁気センサでそれぞれ異なるように配置している。回路２に対して回路１と回路３のピンド層２１の磁化方向は紙面上で直行する位置関係を持ち、回路１及び回路２のピンド層２１の磁化方向は紙面上で平行逆向きになる位置関係を持っている。つまり、立体的には基板面から約５５°の角度で３方向に放射方向を示す位置関係を持っている。
【００９３】
以上、代表して実施例１，２を示したが、回路１、回路２、回路３でピンド層２１の磁化の方向がそれぞれ異なる方向であれば、検知部（２，１０２）と固定抵抗層（３，１０３）の斜面上の配置は必ずしも実施例１や実施例２の配置でなくても構わない。
【実施例５】
【００９４】
＜磁気シールド膜構成例＞
図１０は、本実施例を示す磁気センサの概略平面を模式的に示す図であり、第１の実施例の磁気シールド膜を配した固定抵抗部に関して説明するための説明図である。
本実施例では第１の実施例を例にとるが第２の実施例にも同様に適用できる。また、図１１は図１０のXI−XI線断面図であり、第１の実施例（図３（ｂ））に磁気シールド膜を配した固定抵抗部の断面図である。
【００９５】
本実施例の磁気センサ２０１は、二つの検知部２０２Ａ，２０２Ｂと二つの固定抵抗部２０３Ａ，２０３Ｂを備えている。なお、検知部２０２Ａ，２０２Ｂ及び固定抵抗部２０３Ａ，２０３ＢはＴＭＲ素子であり、これらの各素子の膜構成は同等である。固定抵抗部２０３は絶縁性薄膜を介して磁気シールド膜が形成されている。固定抵抗部２０３はこのように磁気シールド膜を形成し外部磁界に対する感度を持たないようにしている。
【００９６】
次に、図１１を参考に固定抵抗部２０３Ａを例に挙げて磁気抵抗効果素子であるＴＭＲ素子について説明する。
固定抵抗部２０３Ａは、フリー層２２１、ピンド層２２２、絶縁層２２３、ピンド層側電極２２４、キャップ層２２５、配線電極２３５、下部磁気シールド膜２４１、上部磁気シールド膜２４２、各磁気シールド膜（２４１，２４２）と各電極（２２４，２３５）との絶縁を保つ絶縁性薄膜（２２８，２２９）、基板との絶縁を保つ絶縁性薄膜２２６、及びパッシベーション膜２２７の各層から構成されている。
【００９７】
パッシベーション膜２２７にはピンド層側電極２２４とキャップ層２２５それぞれに配線電極２３５を接合させるためのピンド層側コンタクトホール２３１とフリー層側コンタクトホール２３２とが開口しており、それらコンタクトホールを通して電気配線される。
フリー層２２１は、外部磁界の向きに応じて磁化の方向が変化する層であり、一方、ピンド層２２２は、外部磁化の向きに関わらず磁化の方向が固定される層である。また、絶縁層２２３は、フリー層２２１およびピンド層２２２に挟持されトンネル層としての役割を果たす。
しかし、フリー層２２１の表裏を磁気シールド膜（２４１，２４２）で覆っているため外部磁界による感度が得られなくなる。
【００９８】
ＴＭＲ素子としては、基板２０４上に、例えばＦｅ−Ｎｉのような反強磁性体２２２−１とＣｏ−Ｆｅ２２２−２などの磁性層とで構成されたピンド層２２２が積層される。そして、このピンド層２２２の上部に絶縁層２２３を積層して、さらにその上層にフリー層２２１を積層する。絶縁層２２３としては、ＳｉＯ2などの絶縁材料や、Ａｌ2Ｏ３, ＭｇＯのような非磁性金属酸化物などが用いられる。また、フリー層２２１としては、例えばＣｏ−ＦｅやＦｅ−Ｎｉなどを用いることができる。
【００９９】
また、磁気抵抗効果素子はＴＭＲ素子に限定されず、ＧＭＲ素子を用いることも可能である。本実施例のように、センサブリッジ回路を構成する検知部と固定抵抗部を同一材料、層構成にし、固定抵抗部のみを絶縁性薄膜を介して磁気シールド膜で覆うようにすることで、検知部と固定抵抗部の温度特性を同一にできるので、環境温度による特性のばらつきを抑制することができる。
【０１００】
ここで、本実施例の磁気センサ２０１に用いられる磁気抵抗効果素子の形成方法について説明する。
図１２は、本発明に係る磁気センサの製造方法を示すフローチャートの一部であり、図１３は本発明に係る磁気センサの製造方法を示すフローチャートの残りである。
なお、本実施例においては、基板上に所望の傾斜面が予め形成されていることとする。
【０１０１】
まず、傾斜面が形成された基板に対し、絶縁性薄膜（シリコン酸化膜など）を形成する（ステップＳ１０１）。
Ｎｉ-Ｆｅ合金膜、Ｓｉ−Ｆｅ合金膜,Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｕ合金膜等の磁気シールド膜を形成する（ステップＳ１０２）。
成膜された磁気シールド膜にフォトリソ・エッチングを施し、少なくとも検知部が配置される位置近傍の磁気シールド膜を除去する（ステップＳ１０３）。
絶縁性薄膜(シリコン酸化膜など)を形成する（ステップＳ１０４）。
磁気抵抗効果素子となる所望の層構成を有する各膜を成膜する（ステップＳ１０５）。
成膜された各層にフォトリソ・エッチングの工程を二回施し２段のパターン形状を形成する（ステップＳ１０６）。
【０１０２】
そしてパターニングされた素子に絶縁性を有する保護層を形成する（ステップＳ１０７）。  フォトリソ・エッチングにて保護層へコンタクトホールを形成する（ステップＳ１０８）。
コンタクトホールを覆うように基板表面全面に配線・ボンディングパッド用非磁性金属膜を形成する（ステップＳ１０９）。
【０１０３】
各コンタクトホール間を結ぶ配線と入出力端子と結線するためのボンディングパッド用メタルをフォトリソ・エッチング工程にて形成する（ステップＳ１１０）。
絶縁性薄膜（シリコン酸化膜など）を形成する（ステップＳ１１１）。
基板表面側（磁気抵抗効果素子が形成されている面）の絶縁性薄膜表層にＮｉ−Ｆｅ合金膜、Ｓｉ−Ｆｅ合金膜、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｕ合金膜等の磁気シールド膜を形成する（ステップＳ１１２）。
固定抵抗部３Ａ，３Ｂを覆うように磁気シールド膜を残し、他の領域をフォトリソ・エッチングにて除去する（ステップＳ１１３）。
ボンディングパッド用メタル上の絶縁性薄膜をフォトリソ・エッチングにて除去する（ステップＳ１１４）。
【０１０４】
次に、磁場中アニール処理を施しピンド層の方向が確定する（ステップＳ１１５）。
このとき、磁場印加方向は、基板表面に対して垂直方向になるようにする。本実施例のような１軸のセンサとして使う場合は傾斜面に対して垂直以外の方向であれば構わない。
ピンド層の磁化方向が確定した後、ステップＳ１１５よりも低い温度で再度磁場中アニール処理を施しフリー層の方向が確定する（ステップＳ１１６）。
【０１０５】
このステップでの磁場印加方向は、基板面に対して平行になるように印加する。このときピンド層の磁化方向は、ステップＳ１１５で確定しているのでその方向は変更されない。以上、基板全体を加熱しながら基板表面に対して垂直方向からの磁場をかけることで磁気抵抗効果素子からなる検知部のピンド層の着磁（磁化方向を固定する）を行うので、一度の着磁工程で検知部の着磁ができる。
【０１０６】
以上、実施例１〜５の基板（４、１０４、２０４、３０４、４０４）へ形成する（１００）シリコンウエハを使用し、溝（５、１０５、２０５、３０５、４０５）の形状はシリコンウエハの表面に対して約５５°の角度を有する４つの斜面から構成されている。としたが、傾斜角度は水平を除く角度であれば任意の角度で良く、溝以外に突起でも適用可能である。基板の材料も(１００)シリコンウエハ以外にも（１１０）シリコンウエハ、シリコン以外の半導体、ガラス材、セラミック材、非磁性金属などが適用可能である (各実施例中にも記載) 。（１００）シリコン基板を使うなら、その結晶方位面５４.７°（約５５°）が都合がよい。
【０１０７】
〔作用効果〕
第１〜第３のセンサブリッジ回路における一対の検知部を傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜斜面の法線方向が同一である斜面上に配しているので、一方向の磁界を付与しながらの磁場中熱処理を１回行うだけで、同一ブリッジ内検知部のピンド層は同一方向に着磁でき、かつ各座標系のピンド層の磁化方向を三次元的に交差する三つの磁化方向に着磁できるため、製造工程の低減ができ、製造歩留まりの向上に繋がる。また、同一基板上へ一体配置できるため小型且つ薄型にできる。小型にできることでセンサの取れ数も増え生産性向上に繋がる。
【０１０８】
基板が（１００）単結晶シリコンウエハからなり、基板表面と約５５°の傾斜角度を成す（１１１）方向の結晶方位面からなる傾斜斜面を有し、第１〜第３のセンサブリッジ回路における一対の検知部を傾斜の法線方向が三次元的に交差する傾斜斜面上にそれぞれ配し、同一センサブリッジ回路内の一対の検知部は傾斜斜面の法線方向が同一である斜面上に配しているので、一方向の磁界を付与しながらの磁場中熱処理を１回行うだけで、同一ブリッジ内検知部のピンド層は同一方向に着磁でき、かつ各座標系のピンド層の磁化方向を三次元的に交差する三つの磁化方向に着磁できるため、製造工程の低減ができ、製造歩留まりの向上に繋がる。
【０１０９】
また、同一基板上へ一体配置できるため小型且つ薄型にできる。小型にできることでセンサの取れ数も増え生産性向上に繋がる。さらには検知部を配置する斜面は結晶面で規定されるため各軸間での検知部位置精度が高くなり、３軸間での位置関係が結晶面位置関係で一意的に決まるため、ばらつきの少ない安定した製造ができる。
【０１１０】
固定抵抗は電気的な絶縁が取れる絶縁部材を介して磁気シールド部材で覆われているので、磁気抵抗効果素子等の外部磁界に対して感度をもつ素子を提供した場合でも外部磁界に影響されること無く固定抵抗として機能するとともに、検知部と同一膜種から構成される磁気抵抗効果素子なので、素子の温度特性を同一にでき、磁気センサ特性が安定する。
【０１１１】
磁気抵抗効果素子に高感度であるＴＭＲ素子を採用しているので、少ない消費電力で磁気検知が可能となるため地球環境負荷が低減できる。
【０１１２】
基板全体を加熱しながら基板表面に対して垂直方向からの磁場をかけることで磁気抵抗効果素子からなる検知部のピンド層の着磁（磁化方向を固定する）を行うので、一度の着磁工程で検知部の着磁ができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、カーナビゲーションや携帯電話機器などＧＰＳを用いた機器に搭載し、ＧＰＳからの電波が遮られる場所における現在地確認等の用途として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。
【図２】図１のII−II線断面で斜面上に磁気抵抗効果素子を配置した概略断面図である。
【図３】図１の磁気抵抗効果素子構造であり、(a)はその平面図、(b)は図１のIIIb−IIIb線断面図である。
【図４】ブリッジ結線を示すブロック図である。
【図５】１軸の磁気センサを３組、組み合わせて配置した３軸磁気センサ構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。
【図６】本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。
【図７】図６のVII−VII線断面で斜面上へ磁気抵抗効果素子を配置した概略断面図である。
【図８】ブリッジ結線を示すブロック図である。
【図９】１軸の磁気センサを３組、組み合わせて配置した３軸磁気センサ構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。
【図１０】本実施例を示す磁気センサの概略平面を模式的に示す図であり、第１の実施例の磁気シールド膜を配した固定抵抗部に関して説明するための説明図である。
【図１１】図１０のXI−XI線断面図であり、第１の実施例（図３(b)）に磁気シールド膜を配した固定抵抗部の断面図である。
【図１２】本発明に係る磁気センサの製造方法を示すフローチャートの一部である。
【図１３】本発明に係る磁気センサの製造方法を示すフローチャートの残りである。
【図１４】本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。
【図１５】図１４のXV−XV線断面で斜面上へ磁気抵抗効果素子を配置した概略断面図である。
【図１６】本実施例の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路配線されて配置した磁気センサの構成の一例で、概略平面を模式的に示す図である。
【図１７】図１６のXVII−XVII線略断面である。
【符号の説明】
【０１１５】
１    磁気センサ
２Ａ、２Ｂ    検知部
３Ａ、３Ｂ    固定抵抗部
４    基板
５Ａ、５Ｂ    溝
６    配線
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ    ボンディングパッド
【図１】
0005157611.tif 000002
【図２】
0005157611.tif 000003
【図３】
0005157611.tif 000004
【図４】
0005157611.tif 000005
【図５】
0005157611.tif 000006
【図６】
0005157611.tif 000007
【図７】
0005157611.tif 000008
【図８】
0005157611.tif 000009
【図９】
0005157611.tif 000010
【図１０】
0005157611.tif 000011
【図１１】
0005157611.tif 000012
【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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