(57)【要約】【課題】同様に一枚の基板に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置し、三軸方向の磁界の強さを検知することができる小型の磁気センサを得る。【解決手段】基板１上に形成された厚膜の平坦面に、Ｘ軸センサを構成する４個のＧＭＲ素子２ａ〜２ｄとＹ軸センサを構成する４個のＧＭＲ素子３ｅ〜３ｈを配置する。Ｚ軸センサは、厚膜の一部をエッチングして形成した複数の溝の斜面に形成した４個のＧＭＲ素子４ｉ〜４ｌで構成する。【選択図】図１
2007157979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された段差形成部を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、第一の斜面、および該第一の斜面に連続して形成され、前記第一の斜面よりも前記基板表面に対して急峻な角度を有する第二の斜面から構成される山部および溝部と、
前記第二の斜面に配置された磁気抵抗素子と、を備えたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜をエッチングして、第一の斜面、および該第一の斜面に連続して形成され、前記第一の斜面よりも前記基板表面に対して急峻な角度を有する第二の斜面から構成される山部および溝部を形成する工程と、
前記第二の斜面と前記絶縁膜の平坦面に、磁気抵抗素子を形成する工程とを有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項３】
基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この上にパッシベーション膜を成膜した後、
この上に厚膜を形成し、さらにこの厚膜上にレジスト膜を形成し、
このレジスト膜のうち、一部を除去し、残ったレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の側面を傾斜面となし、
次いで、レジスト膜と厚膜とを、そのエッチング選択比がほぼ１：１となるエッチング条件でエッチングして、厚膜に溝を形成し、
次に、厚膜の平坦面と、溝の斜面をなす第二の斜面、ならびに、頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜した後、基板をマグネットアレイ上に置いて熱処理を施し、
次いで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面、および、溝の斜面のうち上記パッシベーション膜側の第二の斜面に巨大磁気抵抗素子の帯状部を形成し、この上に保護膜を成膜することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項４】
基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この上にパッシベーション膜を成膜した後、
この上に厚膜を形成して、この厚膜に溝を形成し、
次に、厚膜の平坦面と、溝の斜面をなす第二の斜面、ならびに、頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜し、
次いで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面、および、溝の斜面のうち上記パッシベーション膜側の第一の面に巨大磁気抵抗素子の帯状部を形成し、この上に保護膜を成膜することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気センサの製造方法に関し、特に１枚の基板に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置し、三軸方向の磁界の強さを検知することができる小型の磁気センサを得るようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、既に特開２００４−６７５２号公報により、１枚の基板上に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置してなり、三軸方向の磁界の強さを測定することができる磁気センサを提案している。
【０００３】
この先行発明では、シリコン基板に溝を形成し、この溝の斜面にＺ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置し、基板平坦面にＸ軸検知用の巨大磁気抵抗素子とＹ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置したもので、小型化が可能なものである。
また、これに引き続いて、基板上に酸化ケイ素からなる山部を形成し、この山部の斜面にＺ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置し、基板の平坦面にＸ軸検知用の巨大磁気抵抗素子とＹ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置した三軸磁気センサを提案している。
【０００４】
また、これに関連して、基板上に１以上の溝あるいは堤状の突起部を並列して形成し、これらの溝または突起部の斜面に巨大磁気抵抗素子を設け、これら巨大磁気抵抗素子によりＺ軸方向の磁界の強さを計測し、一方基板の平坦面にＸ軸方向およびＹ軸法の感知軸を有する２以上の巨大磁気抵抗素子を設け、これら巨大磁気抵抗素子によって、三軸方向の磁界の強さを計測できる三軸磁気センサについても、特許出願している。
【０００５】
この先行発明にあっては、上記溝または突起部の形成を以下のようにして行っている。
まず、基板上に酸化ケイ素などからなる厚膜を形成し、この厚膜上にレジスト膜を設ける。ついで、このレジスト膜のうち、溝となる部分あるいは突起部の底部となる部分に相当する部分を除去して、レジストパターンを形成する。
【０００６】
ついで、レジストパターンが形成されたレジスト膜に加熱処理を施し、レジスト膜の端面を傾斜面とする。
こののち、レジストと酸化ケイ素とのエッチング速度比がほぼ１：１となるようなエッチング条件でプラズマエッチングを施し、レジスト膜と厚膜を同時にエッチングして、厚膜に溝となる凹部あるいは突起部の底部となる凹部を形成する方法である。
【０００７】
ところが、このようにレジストに加熱処理を施して得た傾斜面は上に凸形状となるため、このような形状レジストをマスクにしたエッチングでは、厚膜の斜面の傾斜を均一にすることが困難である。
【０００８】
このため、溝または突起部の同一斜面内の上と下では、傾斜角度が異なったものとなり、巨大磁気抵抗素子の上下方向の配置箇所によっては、Ｘ、Ｙ、Ｚ各成分の出力が異なるものとなり、特性の劣ったものとなる。
【特許文献１】特開２００４−６７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、これら先行発明の延長線上にあるもので、同様に一枚の基板に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置し、三軸方向の磁界の強さを検知することができる小型の磁気センサを得ることにあり、特に巨大磁気抵抗素子を配置する斜面の上下方向の位置を特定することで、各素子を同じ傾斜角度の斜面に配置するとともに、各成分の出力を大きくすることができ、特性の良好な巨大磁気抵抗素子を設ける点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、基板上に形成された段差形成部を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、第一の斜面、および該第一の斜面に連続して形成され、前記第一の斜面よりも前記基板表面に対して急峻な角度を有する第二の斜面から構成される山部および溝部と、
前記第二の斜面に配置された磁気抵抗素子と、を備えたことを特徴とする磁気センサである。
【００１１】
請求項２にかかる発明は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜をエッチングして、第一の斜面、および該第一の斜面に連続して形成され、前記第一の斜面よりも前記基板表面に対して急峻な角度を有する第二の斜面から構成される山部および溝部を形成する工程と、
前記第二の斜面と前記絶縁膜の平坦面に、磁気抵抗素子を形成する工程とを有することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【００１２】
請求項３にかかる発明は、基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この上にパッシベーション膜を成膜した後、
この上に厚膜を形成し、さらにこの厚膜上にレジスト膜を形成し、
このレジスト膜のうち、一部を除去し、残ったレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の側面を傾斜面となし、
次いで、レジスト膜と厚膜とを、そのエッチング選択比がほぼ１：１となるエッチング条件でエッチングして、厚膜に溝を形成し、
次に、厚膜の平坦面と、溝の斜面をなす第二の斜面、ならびに、頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜した後、基板をマグネットアレイ上に置いて熱処理を施し、
次いで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面、および、溝の斜面のうち上記パッシベーション膜側の第二の斜面に巨大磁気抵抗素子の帯状部を形成し、この上に保護膜を成膜することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【００１３】
請求項４にかかる発明は、基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この上にパッシベーション膜を成膜した後、
この上に厚膜を形成して、この厚膜に溝を形成し、
次に、厚膜の平坦面と、溝の斜面をなす第二の斜面、ならびに、頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜し、
次いで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面、および、溝の斜面のうち上記パッシベーション膜側の第二の斜面に巨大磁気抵抗素子の帯状部を形成し、この上に保護膜を成膜することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、三軸方向の磁界の強さを検知することができる小型の磁気センサを得ることができる。
【００１５】
請求項２ないし４に記載の発明によれば、溝の形成と、この溝の斜面への巨大磁気抵抗素子の形成と、ビア部およびパッド部の形成が一連のプロセスとして行えることになる。また、厚膜に形成される溝の斜面のうち、パッシベーション膜側の第一の面に巨大磁気抵抗素子膜の帯状部を設けることにより、帯状部の表面は、より均一な平坦面をなす。したがって、このような斜面に巨大磁気抵抗素子の帯状部が設けられた磁気センサを、Ｚ軸センサの感知軸の向きが揃った、感度の高いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（磁気センサ）
図１は、本発明の磁気センサの製造方法によって得られる磁気センサの一例を模式的に示すものであり、基板上の巨大磁気抵抗素子の配置を示すものである。
図１において、符号１は基板を示す。この基板１は、シリコンなどの半導体基板に磁気センサの駆動回路、信号処理回路などの半導体集積回路、配線層などが予め形成されており、この上に平坦化膜、パッシベーション膜、酸化ケイ素膜などからなる厚膜が順次積層されたものであり、これらの各膜は図示を省略してある。
【００１７】
この基板１の厚膜上には、Ｘ軸センサ２と、Ｙ軸センサ３と、Ｚ軸センサ４とが設けられている。Ｘ軸センサ２は、図１に示した座標軸において、Ｘ方向に、Ｙ軸センサ３は、同じくＹ方向に、Ｚ軸センサ４は、同じくＺ方向に感知軸を有するものである。
Ｘ軸センサ２は、４個の巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから構成され、Ｙ軸センサ３は、４個の巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈから構成され、Ｚ軸センサ４は、４個の巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌから構成されている。
【００１８】
Ｘ軸センサ２をなす４個の巨大磁気抵抗素子のうち、巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、基板１のほぼ中央部に並んで設けられ、残りの２個の巨大磁気抵抗素子２ｃ、２ｄは、これらからやや離れた基板１の端部に互い並んで、巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂと対峙するように設けられている。
【００１９】
Ｙ軸センサ３をなす４個の巨大磁気抵抗素子のうち、巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆは、基板１の一方の端部側に配され、残りの２個の巨大磁気抵抗素子３ｇ、３ｈは、基板１の他方の端部側に互いに並んで、巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆと対峙するように配置されている。
【００２０】
Ｚ軸センサ４をなす４個の巨大磁気抵抗素子のうち、２個の巨大磁気抵抗素子４ｋ、４ｌは、巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆに近い位置に互いに並んで配され、残りの２個の巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊは、巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂからやや離れた位置に互いに並んで配置されている。
【００２１】
これらの巨大磁気抵抗素子は、基本的には従来の巨大磁気抵抗素子と同様のもので、この例では図２に示すように、４個の帯状部５、５、５、５と、これらの帯状部５、５、５、５を電気的に直列に接続する３個のバイアス磁石部６、６、６とから構成されている。
帯状部５は、巨大磁気抵抗素子の本体をなす部分であり、細長い帯状の平面形状をなすものである。
【００２２】
帯状部５は、磁化の向きが所定の向きに固定されたピンド層と、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を備えたもので、具体的にはフリー層上に導電性のスペーサ層、ピンド層、キャッピング層を順次積層してなる多層金属薄膜積層物から構成されている。
【００２３】
フリー層としては、例えば、コバルト−ジルコニウム−ニオブのアモルファス磁性層とニッケル−鉄の磁性層とコバルト−鉄の磁性層との三層からなるものが用いられる。スペーサ層としては、例えば、銅からなるものが用いられる。ピンド層としては、例えば、コバルト−鉄の強磁性層と白金−マンガンの反磁性層との二層からなるものが用いられる。キャピング層としては、例えば、タンタルからなるものが用いられる。
【００２４】
バイアス磁石部６は、４個の帯状部５、５、５、５を電気的に直列に接続するとともに、帯状部５の磁気特性を整えるためのバイアス磁界を帯状部５に印加するためのものである。また、このバイアス磁石部６は、例えば、コバルト−白金−クロム層とクロム層との二層からなる薄膜金属積層物から構成されている。
【００２５】
基板１の平坦面に設けられたＸ軸センサ２およびＹ軸センサ３をなす巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈについての構造は、図２に示すように、４個の帯状部５、５、５、５と、３個のバイアス磁石部６、６、６とから構成されている。４個の帯状部５、５、５、５のうち、両外側の２個の帯状部５、５のバイアス磁石部６が接続されていない端部には配線層７、７が接続され、この配線層７、７は、図示しないビア部に接続されている。
【００２６】
図３ないし図７は、Ｚ軸センサ４をなす４個の巨大磁気抵抗素子のうち、巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊの構造を示すものである。他の巨大磁気抵抗素子４ｋ、４ｌは、巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊと同様の構造となっているので、これについては説明を省略する。
【００２７】
図３は、巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊの概略平面図であり、図４は、図３において破断線ＩＶ−ＩＶで切断した概略断面図であり、図５は、図４中の破線で囲んだ部分を拡大した断面図であり、図６は、巨大磁気抵抗素子の帯状部５とバイアス磁石部６の配置状態を模式的に示した斜視図である。
【００２８】
図４において、符号１は基板を示し、符号１１は基板１上に堆積された酸化ケイ素などからなる厚膜を示す。
この厚膜１１には、この厚膜１１を部分的に削り取って形成された４個のＶ字状の溝８、８、８、８が互いに並んで平行に設けられている。
【００２９】
この溝８は、その深さが３μｍ〜８μｍ、長さが２００μｍ〜４００μｍとされる細長い形状の凹部となっており、その斜面の幅が３μｍ〜１６μｍとなっている。
また、溝８の斜面は、上半分の第一の斜面８Ａ、８Ｅ、８Ｇ、・・・と、下半分の第二の斜面８Ｂ、８Ｄ、８Ｈ、・・・を有しており、それぞれ傾斜角度は異なっている。いずれも、斜面と厚膜１１の表面とのなす角度は６０〜８０度であるが、このうち第二の斜面の方が、第一の斜面より急峻となっている。
なお、図４では、溝の第一の斜面および第二の斜面を平坦面として描いているが、実際には製造プロセス上、外方に向けてやや張り出した湾曲面となっている。
【００３０】
また、図５に示すように、溝８の斜面は、例えば、第二の斜面８Ｄと窒化ケイ素膜３４とのなす角、すなわち、第二の斜面８Ｄと上記の基板１とのなす角をθ１（０°＜θ１＜９０°）、第一の斜面８Ｅと窒化ケイ素膜３４とのなす角、すなわち、第一の斜面８Ｅと上記の基板１とのなす角をθ２（０°＜θ２＜９０°）とすると、θ１＞θ２の関係を満たすような形状をなしている。
そして、基板１とのなす角θ１が大きい第二の斜面８Ｄに巨大磁気抵抗素子の帯状部５が設けられている。
このように、基板１とのなす角をθ１が大きい第二の斜面８Ｄに巨大磁気抵抗素子の帯状部５を設けることにより、Ｚ軸センサを感知軸の向きが揃った、感度の高いものとすることができる。
【００３１】
また、これらの溝８、８、８、８の互いに隣接する８つの斜面のうち、下半分となる第二の斜面に、斜面の長手方向に沿い、かつ斜面の中央部分の平坦性が良好な位置に、８個の巨大磁気抵抗素子の帯状部５、５、５、５が設けられている。
また、これら８つの第二の斜面の内、斜面８Ｂに形成された帯状部５の一方の端部から溝８の底部８Ｃを経て隣の斜面８Ｄに形成された帯状部５の一方の端部にかけてバイアス磁石部６が設けられて、電気的に接続されている。
【００３２】
また、図３に示すように、斜面８Ｄに形成された帯状部５の他方の端部から溝８の頂部８Ｆを跨ぐようにして隣の斜面８Ｈに形成された帯状部５の一方の端部にかけてバイアス磁石部６が設けられて、電気的に接続されている。
さらに、斜面８Ｈに形成された帯状部５の他方の端部から溝８の底部８Ｉを経て隣の斜面８Ｊに形成された帯状部５の一方の端部にかけてバイアス磁石部６が設けられて、電気的に接続され、１個の巨大磁気抵抗素子４ｉが構成されている。
そして、同様にして残りの４個の帯状部５、５、５、５が３個のバイアス磁石部６、６、６によって直列に接続され、１個の巨大磁気抵抗素子４ｊが構成されている。
【００３３】
また、厚膜１１の平坦部に設けられたＸ軸センサ２およびＹ軸センサ３をなす巨大磁気抵抗素子と同様に、これら帯状部５、５、５、５のうち、両外側の２個の帯状部５、５のバイアス磁石部６が接続されていない端部には、配線層７、７が接続され、この配線層７、７は、図示しないビア部に接続されている。この配線層７は、この例では巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６をなすマグネット膜から構成されており、これによりバイアス磁石部６と配線層７を同時に作製することができる。
また、配線層７の端部もバイアス磁石部として機能させることができる。
【００３４】
また、Ｘ軸センサ２をなす巨大磁気抵抗素子およびＹ軸センサ３をなす巨大磁気抵抗素子においては、図２に示すように、その感知軸は、帯状部５の長手方向に直交方向（図中の矢印の方向）で基板１の表面に平行に向けられている。また、帯状部５のピニング方向およびバイアス磁石部６のバイアス磁界の着磁方向は、帯状部５の長手方向に対して３０〜６０度、好ましくは４５度で、基板１の表面に平行となっている。
【００３５】
また、Ｚ軸センサ４をなす巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊにおいては、図６に示すように、その感知軸は、帯状部５の長手方向に対して直交方向（図中の矢印の方向）で溝８の第二の斜面に平行でかつ第二の斜面の上向きに向けられている。また、帯状部５のピニング方向およびバイアス磁石部６のバイアス磁界の着磁方向は、帯状部５の長手方向に対して３０〜６０度、好ましくは４５度で、溝８の第二の斜面に平行で第二の斜面の上向きとなっている。
【００３６】
一方、Ｚ軸センサ４をなす巨大磁気抵抗素子４ｋ、４ｌにおいては、図７に示すように、その感知軸は、帯状部５の長手方向に対して直交方向（図中の矢印の方向）で溝８の第二の斜面に平行でかつ第二の斜面の下向きに向けられている。また、帯状部５のピニング方向およびバイアス磁石部６のバイアス磁界の着磁方向は、帯状部５の長手方向に対して３０〜６０度、好ましくは４５度で、溝８の第二の斜面に平行で第二の斜面の下向きとなっている。
【００３７】
このような感知軸方向を得るためには、マグネットアレイを基板上方から接近させた状態で、基板を２６０〜２９０℃にて、３時間〜５時間加熱する加熱処理を施せばよく、これは従来のピニング処理と同様である。
【００３８】
通常の巨大磁気抵抗素子では、感知軸方向とピニング方向とは、ともに帯状部の長手方向に対して直交方向で、基板表面に平行とされている。一方、本発明では、上述のように、帯状部５の感知軸方向とピニング方向とを異ならせることによって、巨大磁気抵抗素子の耐強磁界性が向上することになる。
【００３９】
図８は、上述のＸ軸センサ２をなす４個の巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、Ｙ軸センサ３をなす４個の巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、および、Ｚ軸センサ４をなす４個の巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌの結線方法を示すもので、各軸センサの４個の巨大磁気抵抗素子の出力をブリッジ結線したものが示されている。
【００４０】
このようなブリッジ結線を行うことで、図１の座標軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の正方向に磁界を印加した時に、それぞれのＸ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４からの出力が増加し、逆方向に磁界を印加した時には、それぞれのＸ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４からの出力が低下する特性が得られることになる。
【００４１】
また、図１ないし図７では、図示していないが、Ｘ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４を構成するすべての巨大磁気抵抗素子を含む基板１全面には、窒化ケイ素などのパッシベーション膜、ポリイミドなどの保護膜が被覆されており、各センサは外界から保護されている。
【００４２】
図９は、基板１に設けられたビア部の構造の一例を示すもので、図９において符号２１ａは、ビア部を構成するアルミニウムなどからなる導体部を示し、この導体部２１ａは、下層の配線部に電気的に接続されている。
この導体部２１ａの表面の周辺部は、上述の平坦化膜２２、パッシベーション膜２３、厚膜１１で覆われている。厚膜１１の端縁部は、図示のように傾斜面となっている。
【００４３】
さらに、導体部２１の表面の中央部分は、配線膜２５で被覆されており、この配線膜２５は、上述の巨大磁気抵抗素子の配線層７に接続されている。この配線膜２５も配線層７と同様にバイアス磁石部６をなすマグネット膜から構成されており、バイアス磁石部６と同時に作製することができる。
【００４４】
この配線膜２５は、図示のように、厚膜１１の端縁部において、階段状の段差が形成されている。この段差部分の隅部では、プロセス上、配線膜２５の厚みが薄くなって断線のおそれがある。このため、この段差部分および中央部分を覆うように、配線膜２５上に保護導体膜２６が積層されている。
【００４５】
この保護導体膜２６としては、この例では、巨大磁気抵抗素子の帯状部５をなす巨大磁気抵抗素子膜が用いられており、これによれば帯状部５の作製と同時に配線膜２５上に保護導体膜２６を積層できる。これによって、配線膜２５の断線のおそれを回避できることになる。
さらに、このようなビア部には、窒化ケイ素などのパッシベーション膜２７、ポリイミドなどの保護膜２８が被覆され、外界から保護されている。
【００４６】
このような磁気センサにあっては、１枚の基板１に、Ｘ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４が配置されているので、小型の三軸磁気センサとして機能する。また、溝８の第二の斜面の平坦性の良好な部分に巨大磁気抵抗素子の帯状部を形成することができ、感度に優れる磁気センサが得られる。
【００４７】
ビア部の開口縁部でのバイアス磁石膜からなる配線膜２５の上に巨大磁気抵抗素子膜からなる保護導体膜２６が積層され、隅部での配線膜２５の断線が生じるおそれが少なくなる。
さらに、帯状部５のピニング方向を、帯状部５の長手方向に対して３０〜６０度としたことで、得られる巨大磁気抵抗素子の耐強磁界性が良好となる。
【００４８】
（磁気センサの製造方法）
次に、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施形態について説明する。
以下の説明においては、主に、上記の溝８、８、・・・の第二の斜面に形成されたＺ軸センサ４を構成する巨大磁気抵抗素子、ビア部、パッド部の作製方法について説明する。
まず、基板１を用意する。この基板１は、上述のように、シリコンなどの半導体基板に磁気センサの駆動回路、信号処理回路などの半導体集積回路、配線層などが予め形成されたものである。
【００４９】
図１０（ａ）に示すように、この基板１には、その最上層の配線層の一部をなすビア部Ａのアルミニウムなどからなる導体部２１ａと、パッド部Ｂのアルミニウムなどからなる導体部２１ｂが設けられている。
【００５０】
この基板１上に、まず平坦化膜３１を成膜する。この平坦化膜３１としては、例えば、プラズマＣＶＤ法による厚み３００ｎｍの酸化ケイ素膜、厚み６００ｎｍのＳＯＧ膜、トリエトキシシランを原料として製膜した厚み５０ｎｍの酸化ケイ素膜を順次積層したものなどが用いられる。
【００５１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ビア部Ａ、パッド部Ｂの導体部２１ａ、２１ｂ上の平坦化膜３１をエッチングにより取り除き、それらの導体部２１ａ、２１ｂを開口させる。
【００５２】
さらに、図１０（ｃ）に示すように、基板１全面にパッシベーション膜３２を成膜する。このパッシベーション膜３２としては、例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法により形成され、下層をなす厚み２５０ｎｍの酸化ケイ素膜３３と、プラズマＣＶＤ法により形成され、上層をなす厚み６００ｎｍの窒化ケイ素膜３４との積層膜などが用いられる。
【００５３】
次いで、図１０（ｄ）に示すように、ビア部Ａ、パッド部Ｂの導体部２１ａ、２１ｂの上方に堆積している窒化ケイ素膜３４をエッチングにより除去する。この際、酸化ケイ素膜３３は残し、窒化ケイ素膜３４の除去の範囲は、平坦化膜３１の開口幅よりも小さくする。このようにすることにより、ビア部Ａおよびパッド部Ｂの開口部分において、平坦化膜３１の端面が露出して、基板１に形成された配線層や半導体集積回路などに水分が侵入することが防止される。
【００５４】
次いで、図１１（ａ）に示すように、この上に厚み５μｍ程度のプラズマＣＶＤ法による酸化ケイ素からなる厚膜３５を形成する。この厚膜３５は、後述するように、上記の溝８、８、・・・が形成されるものである。
【００５５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、この厚膜３５上に厚み３μｍ程度のレジスト膜３６を全面に形成する。このレジスト膜３６の一部をエッチング処理により除去して、レジストパターンを形成する。このレジストパターンは、溝形成部Ｃの各溝に相当する部分、ビア部Ａおよびパッド部Ｂのみが開口するようにする。
【００５６】
つぎに、図１１（ｃ）にあるように、残っているレジスト膜３６に温度１５０℃、時間１０分程度の加熱処理を施し、レジスト膜３６を溶融させる。この加熱処理によりレジストが溶融し、溶融液の表面張力に起因して、図示のように、レジスト３６膜の上面が盛り上がり、同時に端面が傾斜面となる。特に、溝形成部Ｃに対応する部分のレジスト膜３６では、断面形状が山状となって、その高さが約５μｍ程度に盛り上がる。
【００５７】
この後、レジストと酸化ケイ素とのエッチング選択比がほぼ１対１となるような条件でレジスト膜３６と厚膜３５に対してドライエッチングを行う。
このドライエッチング条件は、以下の通りである。
例えば、ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｎ２／Ｏ２＝６０／１８０／１０／１００の混合ガスを用い、ガス圧４００ｍＴ、ＲＦパワー７５０Ｗ、電極温度１５℃とする。
【００５８】
このドライエッチングの際に、図１２（ａ）に示すように、ビア部Ａおよびパッド部Ｂでは、その開口の広さがパッシベーション膜３２の開口の広さよりも大きくならないようにする。
この後、厚膜３５上に残っているレジスト膜３６を除去する。
【００５９】
これにより、図１２（ａ）に示すように、厚膜３５の溝形成部Ｃには、溝８、８、・・・が形成される。
上述のようなドライエッチングにより厚膜３５に形成される溝８の斜面は、その途中で折れ曲がった連続する窒化ケイ素膜３４側の第二の斜面と、溝８の頂部側の第一の斜面とからなっている。
【００６０】
溝８の斜面は、第二の斜面と窒化ケイ素膜３４とのなす角、すなわち、第二の斜面と上記の基板１とのなす角をθ１（０°＜θ１＜９０°）、第一の斜面と窒化ケイ素膜３４とのなす角、すなわち、第一の斜面と上記の基板１とのなす角をθ２（０°＜θ２＜９０°）とすると、θ１＞θ２の関係を満たすような形状をなしている。
【００６１】
そこで、本発明では、基板１とのなす角θ１が大きい第二の斜面に巨大磁気抵抗素子の帯状部５を設ける。
角θ１および角θ２の大きさは、溝８を形成する際のエッチング条件によって変動するが、角θ１の大きさはできる限り大きいことが望ましく、９０°に近いことが好ましい。
【００６２】
このように、基板１とのなす角をθ１が大きい第二の斜面に巨大磁気抵抗素子の帯状部５を設けることにより、Ｚ軸センサを感知軸の向きが揃った、感度の高いものとすることができる。
【００６３】
さらに、図１２（ｂ）に示すように、ビア部Ａの導体部２１ａを覆っている厚膜３５および酸化ケイ素膜３３をエッチングにより取り除き、導体部２１ａを露出する。
【００６４】
次いで、基板１全面に、巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６となるマグネット膜をスパッタリングにより成膜し、レジストワーク、エッチングにより不要部分を除去し、図１２（ｃ）に示すように、溝８、８、・・・の第二の斜面上にバイアス磁石部６を形成し、これと同時にビア部Ａの導体部２１ａ上に配線膜２５を形成し、この配線膜２５と巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６とを繋ぐ配線層７を形成する。
【００６５】
このマグネット膜には、先に述べたとおりの多層金属薄膜が用いられる。
この際に、厚膜３５の平坦面にも、Ｘ軸センサ２、Ｙ軸センサ３を構成する各巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６とこれの配線層７も形成する。
【００６６】
このバイアス磁石部６の形成のためのレジストワークの際に、溝８の第二の斜面でのマグネット膜のエッチングを適切に行うため、パターン形成後のレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の端面を傾斜面とすることが好ましい。
【００６７】
次いで、この上に巨大磁気抵抗素子の帯状部５となる巨大磁気抵抗素子膜をスパッタリングにより全面に成膜する。この巨大磁気抵抗素子膜としては、先に述べた通りの多層金属薄膜が用いられる。
さらに、この状態の基板１をマグネットアレイ上にセットして、温度２６０〜２９０℃にて、３時間〜５時間の熱処理を施し、巨大磁気抵抗素子膜に対して、ピニング処理を施す。
【００６８】
この後、巨大磁気抵抗素子膜に対してレジストワーク、エッチングを行い、不要部分を除去して、図１３（ａ）に示すように、溝８、８、・・・の第二の斜面上に帯状部５、５、・・・を形成し、巨大磁気抵抗素子を作製する。これにより、Ｚ軸センサ４が完成する。
【００６９】
同時にビア部Ａの導体部２１ａ上に先に形成されたマグネット膜からなる配線膜２５上にも巨大磁気抵抗素子膜を残し、保護導体膜２６とする。これにより図８に示すビア部Ａの構造が得られる。
さらに、これと同時に、厚膜３５の平坦面にも、帯状部５を形成し、巨大磁気抵抗素子を作製する。これによりＸ軸センサ２と、Ｙ軸センサ３が完成する。
【００７０】
次いで、図１３（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法による厚み１μｍの窒化ケイ素膜からなるパッシベーション膜２７を成膜し、さらにこの上にポリイミドからなる保護膜２８を設ける。さらに、この保護膜２８、パッシベーション膜２７のうち、パッド部Ｂにある部分を除去し、開口する。
【００７１】
次いで、図１３（ｃ）に示すように、保護膜２８をマスクとして、エッチングを行い、パッド部Ｂの導体部２８を覆っている酸化ケイ素膜３３と厚膜３５を除去し、パッド部Ｂの導体部２１ｂを露出させて、目的とする磁気センサを得る。
【００７２】
このような磁気センサの製造方法によれば、１枚の基板にＸ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４を作製することができる上に、これと同時にビア部、パッド部も作製することができ、一連の連続したプロセスで小型の三軸磁気センサを一挙に製造することが可能になる。また、溝８、８、・・・の斜面をなす第二の斜面に巨大磁気抵抗素子膜の帯状部５、５、・・・を設けることにより、帯状部５の表面は、より均一な平坦面をなし、その結果として、磁気センサをＺ軸センサの感知軸の向きが揃った、感度の高いものとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、携帯電話をはじめとして、様々な携帯型電子機器に搭載する電子コンパスにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の磁気センサの一例を示す概略平面図である。
【図２】本発明でのＧＭＲの例を示す概略平面図である。
【図３】本発明でのＺ軸センサを構成するＧＭＲの例を示す概略平面図である。
【図４】本発明でのＺ軸センサを構成するＧＭＲの例を示す概略断面図である。
【図５】図４の破線で囲んだ部分の拡大図である。
【図６】本発明でのＺ軸センサを構成するＧＭＲの例を示す概略斜視図である。
【図７】本発明でのＺ軸センサを構成するＧＭＲの他の例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明での各軸センサをなすＧＭＲの結線方法の例を示す説明図である。
【図９】本発明の磁気センサのビア部の構造の例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の磁気センサの製造方法の一実施形態を工程順に示す概略断面図である。
【図１１】本発明の磁気センサの製造方法の一実施形態を工程順に示す概略断面図である。
【図１２】本発明の磁気センサの製造方法の一実施形態を工程順に示す概略断面図である。
【図１３】本発明の磁気センサの製造方法の一実施形態を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・基板、２・・・Ｘ軸センサ、３・・・Ｙ軸センサ、５・・・帯状部、６・・・バイアス磁石部、７・・・配線層、Ａ・・・ビア部、Ｂ・・・パッド部、８・・・溝、２１ａ，２１ｂ・・・導体部、２５・・・配線膜、２７・・・パッシベーション膜、２８・・・保護膜、３１・・・平坦化膜、３２・・・パッシベーション膜、３３・・・酸化ケイ素膜、３４・・・窒化ケイ素膜、３５・・・厚膜、３６・・・レジスト膜。
【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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