JP2000338211A - 磁気センサ及びその製造方法 - Google Patents
磁気センサ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子を同一基
板上に配列形成して、構造が複雑化することなくブリッ
ジ結線できるようにする。 【解決手段】 ４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子が単
一基板上で菱形の頂点位置に配列形成されると共に、前
記基板上でそれら各磁気抵抗素子間をループ状に接続す
る導電体層が形成されており、各磁気抵抗素子の磁界に
応答し難いピン止め磁性層の磁化方向が、対角の位置関
係にある磁気抵抗素子同士では平行、隣接する位置関係
にある磁気抵抗素子同士では反平行となっている構造で
ある。磁気抵抗素子は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子でも
よいし、スピンバルブ型トンネルＭＲ素子でもよい。こ
れらの磁気センサは、ストライプ状に多極着磁した永久
磁石板１０の上に基板を載せ、磁気抵抗素子１２の成膜
を行うか、あるいは磁気抵抗素子の熱処理を行うことで
製造する。
板上に配列形成して、構造が複雑化することなくブリッ
ジ結線できるようにする。 【解決手段】 ４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子が単
一基板上で菱形の頂点位置に配列形成されると共に、前
記基板上でそれら各磁気抵抗素子間をループ状に接続す
る導電体層が形成されており、各磁気抵抗素子の磁界に
応答し難いピン止め磁性層の磁化方向が、対角の位置関
係にある磁気抵抗素子同士では平行、隣接する位置関係
にある磁気抵抗素子同士では反平行となっている構造で
ある。磁気抵抗素子は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子でも
よいし、スピンバルブ型トンネルＭＲ素子でもよい。こ
れらの磁気センサは、ストライプ状に多極着磁した永久
磁石板１０の上に基板を載せ、磁気抵抗素子１２の成膜
を行うか、あるいは磁気抵抗素子の熱処理を行うことで
製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、４個のスピンバル
ブ型磁気抵抗素子を単一基板上で菱形の頂点に位置する
ように配列形成し、それらを導電体層でループ状に接続
した構造の磁気センサ及びその製造方法に関するもので
ある。この磁気センサは、例えば地磁気の検出や微小位
置決めセンサなどに有用である。
ブ型磁気抵抗素子を単一基板上で菱形の頂点に位置する
ように配列形成し、それらを導電体層でループ状に接続
した構造の磁気センサ及びその製造方法に関するもので
ある。この磁気センサは、例えば地磁気の検出や微小位
置決めセンサなどに有用である。
【０００２】
【従来の技術】微小な磁界を検知する超高感度磁気セン
サとして、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ膜の異方性磁気抵抗効果
（ＡＭＲ）を利用するものがある。この種の磁気センサ
は、フォトリソグラフィー技術によって基板上に多数個
形成するように、蒸着法あるいはスパッタ法などにより
作製される。これらの磁性膜は、温度変化に敏感である
ため、ブリッジを組んで差動出力をとるように構成す
る。
サとして、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ膜の異方性磁気抵抗効果
（ＡＭＲ）を利用するものがある。この種の磁気センサ
は、フォトリソグラフィー技術によって基板上に多数個
形成するように、蒸着法あるいはスパッタ法などにより
作製される。これらの磁性膜は、温度変化に敏感である
ため、ブリッジを組んで差動出力をとるように構成す
る。
【０００３】軟磁性膜の異方性の制御方法としては、素
子パターンの形状異方性を利用する方法と、永久磁石に
よる磁界やコイルへの通電による磁界を印加しながら成
膜して誘導磁気異方性を付与する方法がある。異方性磁
気抵抗効果（ＡＭＲ）を利用する磁気抵抗素子において
は、膜の磁化方向と電流の流れる向きとの相対角度で抵
抗が変化するため、零磁界から正負の磁界に対して抵抗
は対称に変化する。磁界センサとしては、ブリッジ回路
で差動出力を得るように結線するため、磁気抵抗素子に
バイアス磁界を加え、磁界に対する応答を線形にしてい
る。
子パターンの形状異方性を利用する方法と、永久磁石に
よる磁界やコイルへの通電による磁界を印加しながら成
膜して誘導磁気異方性を付与する方法がある。異方性磁
気抵抗効果（ＡＭＲ）を利用する磁気抵抗素子において
は、膜の磁化方向と電流の流れる向きとの相対角度で抵
抗が変化するため、零磁界から正負の磁界に対して抵抗
は対称に変化する。磁界センサとしては、ブリッジ回路
で差動出力を得るように結線するため、磁気抵抗素子に
バイアス磁界を加え、磁界に対する応答を線形にしてい
る。
【０００４】異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）は、抵抗変
化率（＝（抵抗変化量／抵抗値）×１００％）が２〜３
％と低く、そこで、より高感度化の要求に対応するため
ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）を利用したスピンバルブ型
ＧＭＲ素子やスピントンネル現象を利用したスピンバル
ブ型トンネルＭＲ素子を用いる磁気センサが提案されて
いる。
化率（＝（抵抗変化量／抵抗値）×１００％）が２〜３
％と低く、そこで、より高感度化の要求に対応するため
ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）を利用したスピンバルブ型
ＧＭＲ素子やスピントンネル現象を利用したスピンバル
ブ型トンネルＭＲ素子を用いる磁気センサが提案されて
いる。
【０００５】スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、外部磁界に
対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層と、非磁性
金属層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁性層を
積層した構造を有しており、２つの磁性層の磁化の向き
の相対角度に依存して電気抵抗が変化する現象を利用し
ている。このようなスピンバルブ型ＧＭＲ素子は、磁界
に対する線形性が優れ、且つ抵抗変化率が５〜１０％と
高い特性をもつ。
対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層と、非磁性
金属層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁性層を
積層した構造を有しており、２つの磁性層の磁化の向き
の相対角度に依存して電気抵抗が変化する現象を利用し
ている。このようなスピンバルブ型ＧＭＲ素子は、磁界
に対する線形性が優れ、且つ抵抗変化率が５〜１０％と
高い特性をもつ。
【０００６】スピンバルブ型トンネルＭＲ素子は、外部
磁界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層と、
絶縁層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁性層を
積層した構造を有しており、２つの磁性層間に電圧を印
加し、電子をトンネリングさせたときの２つの磁性層の
磁化の向きの相対角度により、電子のトンネル確率が変
化する現象を利用している。外部磁界に対する抵抗変化
率の変化を大きくするため、強磁性層に隣接して反強磁
性層（ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ）を積層する構成が提案され
ている（特開平９−１０６５１４号公報参照）。また、
ＮｉＦｅ／Ｃｏ／絶縁層（Ａｌ−Ａｌ2 Ｏ3 ）／Ｃｏ／
ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎの積層構造において抵抗変化率が１
０％以上得られることが報告されている（「磁化固定層
をもつ強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果」佐藤重雄、
小林和雄、日本応用磁気学会誌21,489-492(1997)参
照）。
磁界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層と、
絶縁層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁性層を
積層した構造を有しており、２つの磁性層間に電圧を印
加し、電子をトンネリングさせたときの２つの磁性層の
磁化の向きの相対角度により、電子のトンネル確率が変
化する現象を利用している。外部磁界に対する抵抗変化
率の変化を大きくするため、強磁性層に隣接して反強磁
性層（ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ）を積層する構成が提案され
ている（特開平９−１０６５１４号公報参照）。また、
ＮｉＦｅ／Ｃｏ／絶縁層（Ａｌ−Ａｌ2 Ｏ3 ）／Ｃｏ／
ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎの積層構造において抵抗変化率が１
０％以上得られることが報告されている（「磁化固定層
をもつ強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果」佐藤重雄、
小林和雄、日本応用磁気学会誌21,489-492(1997)参
照）。
【０００７】これらのスピンバルブ型磁気抵抗素子にお
いては、ピン止め磁性層の磁化方向で磁界に対する線形
動作方向を変化させることができる。このピン止め磁性
層は反強磁性材料（ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ，ＩｒＭｎ，Ｐ
ｄＰｔＭｎ等）を隣接して積層することで磁化方向を固
定する。
いては、ピン止め磁性層の磁化方向で磁界に対する線形
動作方向を変化させることができる。このピン止め磁性
層は反強磁性材料（ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ，ＩｒＭｎ，Ｐ
ｄＰｔＭｎ等）を隣接して積層することで磁化方向を固
定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】４個のスピンバルブ型
磁気抵抗素子でブリッジを組み、磁界に対して差動出力
を得るには、磁界に対して応答しにくいピン止め磁性層
の磁化の向きを隣り合う素子同士で１８０度変えなけれ
ばならない。ピン止め磁性層の磁化方向は、その上に成
膜する反強磁性膜で決定される。その磁化方向は、成膜
中の基板表面上に印加する磁界の向きによって規定され
るし、反強磁性膜のネール温度付近からの磁界中熱処理
における磁界方向によって規定される。
磁気抵抗素子でブリッジを組み、磁界に対して差動出力
を得るには、磁界に対して応答しにくいピン止め磁性層
の磁化の向きを隣り合う素子同士で１８０度変えなけれ
ばならない。ピン止め磁性層の磁化方向は、その上に成
膜する反強磁性膜で決定される。その磁化方向は、成膜
中の基板表面上に印加する磁界の向きによって規定され
るし、反強磁性膜のネール温度付近からの磁界中熱処理
における磁界方向によって規定される。
【０００９】成膜時や熱処理中の磁界は永久磁石や電磁
石によって与えられ、基板上には一方向の均一磁界が印
加される。そのためピン止め磁性層の磁化の向きを１８
０度変えたスピンバルブ型磁気抵抗素子を同一基板上に
混在させることができない。そこで、ブリッジを組んだ
磁気センサは、通常、個々のスピンバルブ型磁気抵抗素
子を基板から取り出しリード線などで配線することで組
み立てることになる。そうすると、配線などの工程が増
え、小型化の妨げになるし、パッケージングの面でも難
しくなる。
石によって与えられ、基板上には一方向の均一磁界が印
加される。そのためピン止め磁性層の磁化の向きを１８
０度変えたスピンバルブ型磁気抵抗素子を同一基板上に
混在させることができない。そこで、ブリッジを組んだ
磁気センサは、通常、個々のスピンバルブ型磁気抵抗素
子を基板から取り出しリード線などで配線することで組
み立てることになる。そうすると、配線などの工程が増
え、小型化の妨げになるし、パッケージングの面でも難
しくなる。
【００１０】このような問題を解決する技術として、同
一基板上でブリッジを組んだ磁気センサ上に、絶縁体層
を介して導電体層を形成し、この導電体層に通電して磁
界を発生させることによりピン止め磁性層の磁化の向き
を１８０度変える方法が提案されている（特開平８−２
２６９６０号公報参照）。しかし、この方法は、構成が
複雑になる問題がある。
一基板上でブリッジを組んだ磁気センサ上に、絶縁体層
を介して導電体層を形成し、この導電体層に通電して磁
界を発生させることによりピン止め磁性層の磁化の向き
を１８０度変える方法が提案されている（特開平８−２
２６９６０号公報参照）。しかし、この方法は、構成が
複雑になる問題がある。
【００１１】本発明の目的は、４個のスピンバルブ型磁
気抵抗素子を同一基板上に配列形成してブリッジを組ん
だ磁気センサ及びその製造方法を提供することである。
気抵抗素子を同一基板上に配列形成してブリッジを組ん
だ磁気センサ及びその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、４個のスピン
バルブ型磁気抵抗素子が単一基板上で菱形の頂点位置に
配列形成されると共に、前記基板上でそれら各磁気抵抗
素子間をループ状に接続する導電体層が形成されてお
り、前記各磁気抵抗素子の磁界に応答し難いピン止め磁
性層の磁化方向が、対角の位置関係にある磁気抵抗素子
同士では平行、隣接する位置関係にある磁気抵抗素子同
士では反平行となっている磁気センサである。４個のス
ピンバルブ型磁気抵抗素子を、単一基板上で菱形の頂点
位置に配列形成することにより、ピン止め磁性層の磁化
方向を制御すると共に、基板上でそれら各磁気抵抗素子
間を導電体層で接続することが可能となる。
バルブ型磁気抵抗素子が単一基板上で菱形の頂点位置に
配列形成されると共に、前記基板上でそれら各磁気抵抗
素子間をループ状に接続する導電体層が形成されてお
り、前記各磁気抵抗素子の磁界に応答し難いピン止め磁
性層の磁化方向が、対角の位置関係にある磁気抵抗素子
同士では平行、隣接する位置関係にある磁気抵抗素子同
士では反平行となっている磁気センサである。４個のス
ピンバルブ型磁気抵抗素子を、単一基板上で菱形の頂点
位置に配列形成することにより、ピン止め磁性層の磁化
方向を制御すると共に、基板上でそれら各磁気抵抗素子
間を導電体層で接続することが可能となる。
【００１３】ここでスピンバルブ型磁気抵抗素子は、外
部磁界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層
と、非磁性金属層と、外部磁界に対し応答し難いピン止
め磁性層と、該ピン止め磁性層をピン止めする反強磁性
層を積層した構造のスピンバルブ型ＧＭＲ素子、あるい
は外部磁界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性
層と、絶縁層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁
性層と、該ピン止め磁性層をピン止めする反強磁性層を
積層した構造のスピンバルブ型トンネルＭＲ素子であ
る。
部磁界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層
と、非磁性金属層と、外部磁界に対し応答し難いピン止
め磁性層と、該ピン止め磁性層をピン止めする反強磁性
層を積層した構造のスピンバルブ型ＧＭＲ素子、あるい
は外部磁界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性
層と、絶縁層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁
性層と、該ピン止め磁性層をピン止めする反強磁性層を
積層した構造のスピンバルブ型トンネルＭＲ素子であ
る。
【００１４】このような磁気センサは、ピン止め磁性層
の上に成膜する反強磁性層がＩｒＭｎやＦｅＭｎのよう
な不規則格子の場合には、ストライプ状に多極着磁した
永久磁石板の上に基板を載せ、対角の位置関係にある一
対の磁気抵抗素子が同一のストライプ状領域の上に位置
し、残りの２個の磁気抵抗素子が前記一対の磁気抵抗素
子の両側の逆向きに着磁されたストライプ状領域の上に
それぞれ位置するようにし、その上で磁気抵抗素子の成
膜を行うことで製造する。
の上に成膜する反強磁性層がＩｒＭｎやＦｅＭｎのよう
な不規則格子の場合には、ストライプ状に多極着磁した
永久磁石板の上に基板を載せ、対角の位置関係にある一
対の磁気抵抗素子が同一のストライプ状領域の上に位置
し、残りの２個の磁気抵抗素子が前記一対の磁気抵抗素
子の両側の逆向きに着磁されたストライプ状領域の上に
それぞれ位置するようにし、その上で磁気抵抗素子の成
膜を行うことで製造する。
【００１５】あるいは、ピン止め磁性層の上に成膜する
反強磁性層がＮｉＭｎやＰｄＰｔＭｎ等の規則格子の場
合には、ストライプ状に多極着磁した永久磁石板の上に
基板を載せ、対角の位置関係にある一対の磁気抵抗素子
が同一のストライプ状領域の上に位置し、残りの２個の
磁気抵抗素子が前記一対の磁気抵抗素子の両側の逆向き
に着磁されたストライプ状領域の上にそれぞれ位置する
ようにし、その上で磁気抵抗素子の熱処理を行うことに
より製造する。
反強磁性層がＮｉＭｎやＰｄＰｔＭｎ等の規則格子の場
合には、ストライプ状に多極着磁した永久磁石板の上に
基板を載せ、対角の位置関係にある一対の磁気抵抗素子
が同一のストライプ状領域の上に位置し、残りの２個の
磁気抵抗素子が前記一対の磁気抵抗素子の両側の逆向き
に着磁されたストライプ状領域の上にそれぞれ位置する
ようにし、その上で磁気抵抗素子の熱処理を行うことに
より製造する。
【００１６】
【発明の実施の形態】スピンバルブ型磁気抵抗素子のピ
ン止め磁性層、反強磁性層の成膜の際、あるいは熱処理
の際、各磁気抵抗素子の形状に対応してストライプ状に
微小着磁した永久磁石板を用いる。図１に示すように、
永久磁石板１０は、着磁方向が１８０度異なり同幅の細
長いＡ領域とＢ領域（ここではＡ領域の真上には図面右
向きの磁界Ｈが、Ｂ領域の真上には図面左向きの磁界Ｈ
が発生している）が交互に形成されたものである。本発
明で用いる永久磁石板は、１枚の永久磁石平板を上記の
ように着磁したものでもよいし、幅方向に着磁した細長
い永久磁石を多数配列した構成でもよい。図２に示すよ
うに、４個の磁気抵抗素子１２（素子〜）でブリッ
ジを組むとき、前記の永久磁石板１０上に基板を載せ、
図３に示すように、例えば素子と素子がＡ領域の真
上に、素子と素子がそれに隣接するＢ領域の真上に
位置するように、即ち各素子が菱形の頂点位置にくるよ
うに、基板にパターニングし成膜するか、あるいはその
ような状態で熱処理を行う。
ン止め磁性層、反強磁性層の成膜の際、あるいは熱処理
の際、各磁気抵抗素子の形状に対応してストライプ状に
微小着磁した永久磁石板を用いる。図１に示すように、
永久磁石板１０は、着磁方向が１８０度異なり同幅の細
長いＡ領域とＢ領域（ここではＡ領域の真上には図面右
向きの磁界Ｈが、Ｂ領域の真上には図面左向きの磁界Ｈ
が発生している）が交互に形成されたものである。本発
明で用いる永久磁石板は、１枚の永久磁石平板を上記の
ように着磁したものでもよいし、幅方向に着磁した細長
い永久磁石を多数配列した構成でもよい。図２に示すよ
うに、４個の磁気抵抗素子１２（素子〜）でブリッ
ジを組むとき、前記の永久磁石板１０上に基板を載せ、
図３に示すように、例えば素子と素子がＡ領域の真
上に、素子と素子がそれに隣接するＢ領域の真上に
位置するように、即ち各素子が菱形の頂点位置にくるよ
うに、基板にパターニングし成膜するか、あるいはその
ような状態で熱処理を行う。
【００１７】すると、素子とは図４の破線（ａ）で
示すような抵抗変化を呈し、素子とは図４の実線
（ｂ）で示すような抵抗変化を呈することになる。そこ
で、これら各素子間をループ状に導電体膜で結線する。
これにより、同一基板上に４個のスピンバルブ型磁気抵
抗素子を配列形成し且つ導電体膜でブリッジ結線するこ
とが可能となる。図５はスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用
いた配置例、図６はスピンバルブ型トンネルＭＲ素子を
用いた配置例である。なお符号１３は、導電体膜を示し
ている。
示すような抵抗変化を呈し、素子とは図４の実線
（ｂ）で示すような抵抗変化を呈することになる。そこ
で、これら各素子間をループ状に導電体膜で結線する。
これにより、同一基板上に４個のスピンバルブ型磁気抵
抗素子を配列形成し且つ導電体膜でブリッジ結線するこ
とが可能となる。図５はスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用
いた配置例、図６はスピンバルブ型トンネルＭＲ素子を
用いた配置例である。なお符号１３は、導電体膜を示し
ている。
【００１８】スピンバルブ型ＧＭＲ素子の基本膜構成の
例を図７に示す。これは、基板２０上に、下地層２２
（Ｔａ，Ｚｒ膜）、フリー磁性層２４（ＮｉＦｅ膜又は
ＣｏＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＦｅＢ膜）、非磁性金属層２６
（Ｃｕ膜）、固定層２８（ＣｏＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＦｅＢ
膜又はＮｉＦｅ膜からなるピン止め磁性層３０、及びＦ
ｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ膜の反強磁性層３２）、保
護層３４（Ｔａ膜）をその順序で積層した構成である。
これらの層は全てほぼ同じ矩形形状であり、同じ向きに
積層されている。
例を図７に示す。これは、基板２０上に、下地層２２
（Ｔａ，Ｚｒ膜）、フリー磁性層２４（ＮｉＦｅ膜又は
ＣｏＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＦｅＢ膜）、非磁性金属層２６
（Ｃｕ膜）、固定層２８（ＣｏＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＦｅＢ
膜又はＮｉＦｅ膜からなるピン止め磁性層３０、及びＦ
ｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ膜の反強磁性層３２）、保
護層３４（Ｔａ膜）をその順序で積層した構成である。
これらの層は全てほぼ同じ矩形形状であり、同じ向きに
積層されている。
【００１９】また、スピンバルブ型トンネルＭＲ素子の
基本膜構成の例を図８に示す。これは、基板４０上に、
下地層４２（Ｔａ，Ｚｒ膜）、フリー磁性層４４（Ｎｉ
Ｆｅ膜又はＣｏＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＦｅＢ膜）、絶縁層４
６（Ａｌ2 Ｏ3 膜）、固定層４８（ＣｏＦｅ，Ｃｏ，Ｃ
ｏＦｅＢ膜又はＮｉＦｅ膜からなるピン止め磁性層５
０、及びＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ膜の反強磁性層
５２）、保護層５４（Ｔａ膜）を積層した構成である。
例えば、横向き細長状で中央が窄まったフリー磁性層４
４、円形の絶縁層４６、縦向き細長状で中央が窄まった
固定層４８が積層されている。
基本膜構成の例を図８に示す。これは、基板４０上に、
下地層４２（Ｔａ，Ｚｒ膜）、フリー磁性層４４（Ｎｉ
Ｆｅ膜又はＣｏＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＦｅＢ膜）、絶縁層４
６（Ａｌ2 Ｏ3 膜）、固定層４８（ＣｏＦｅ，Ｃｏ，Ｃ
ｏＦｅＢ膜又はＮｉＦｅ膜からなるピン止め磁性層５
０、及びＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ膜の反強磁性層
５２）、保護層５４（Ｔａ膜）を積層した構成である。
例えば、横向き細長状で中央が窄まったフリー磁性層４
４、円形の絶縁層４６、縦向き細長状で中央が窄まった
固定層４８が積層されている。
【００２０】
【実施例】（実施例１−１）Ｓｉ基板上に絶縁層ＳｉＯ
2 を２０００Å形成する。次に、各素子を菱形配置する
ためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセット
する。そして、各素子の長手方向に同一方向に均一磁界
が加わるように永久磁石板を配置する。その状態で、下
地層（Ｔａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜）／非磁性
金属層（Ｃｕ膜）を順次成膜する。各膜の厚さは、下地
層Ｔａ：５０Å、フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、非
磁性金属層Ｃｕ：３０Åである。
2 を２０００Å形成する。次に、各素子を菱形配置する
ためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセット
する。そして、各素子の長手方向に同一方向に均一磁界
が加わるように永久磁石板を配置する。その状態で、下
地層（Ｔａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜）／非磁性
金属層（Ｃｕ膜）を順次成膜する。各膜の厚さは、下地
層Ｔａ：５０Å、フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、非
磁性金属層Ｃｕ：３０Åである。
【００２１】次に基板をストライプ着磁した永久磁石上
に配置して、真空チャンバ内にセットする。ここでは、
予めストライプ着磁した永久磁石板を真空チャンバ内に
設置しておき、その上に基板を載せる方法で行った。こ
の状態でピン止め磁性層（ＮｉＦｅ膜）／反強磁性層
（ＦｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を順次成膜する。各
膜の厚さは、ピン止め磁性層ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁
性層ＦｅＭｎ：９０Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そ
して、これらの素子間を接続するようにメタルマスクを
施し、導電体層（Ａｇ膜）を形成する。
に配置して、真空チャンバ内にセットする。ここでは、
予めストライプ着磁した永久磁石板を真空チャンバ内に
設置しておき、その上に基板を載せる方法で行った。こ
の状態でピン止め磁性層（ＮｉＦｅ膜）／反強磁性層
（ＦｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を順次成膜する。各
膜の厚さは、ピン止め磁性層ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁
性層ＦｅＭｎ：９０Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そ
して、これらの素子間を接続するようにメタルマスクを
施し、導電体層（Ａｇ膜）を形成する。
【００２２】この試料の電圧印加端子（図１の端子１及
び２）に電圧Ｖ（１００ｍＶ）を印加して、出力電圧端
子（図１の端子３及び４）間で磁界に対するブリッジ出
力電圧を測定した。その結果、図９に示すように、印加
磁界に対して出力電圧が変化し、磁界センサとして機能
していることが確認できた。
び２）に電圧Ｖ（１００ｍＶ）を印加して、出力電圧端
子（図１の端子３及び４）間で磁界に対するブリッジ出
力電圧を測定した。その結果、図９に示すように、印加
磁界に対して出力電圧が変化し、磁界センサとして機能
していることが確認できた。
【００２３】（実施例１−２）Ｓｉ基板上に絶縁層Ｓｉ
Ｏ2 を２０００Å形成する。次に、各素子を菱形配置す
るためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセッ
トする。そして、各素子の長手方向に均一磁界が加わる
ように永久磁石板を配置する。その状態で、下地層（Ｔ
ａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜）／非磁性金属層
（Ｃｕ膜）を順次成膜する。各膜の厚さは、下地層Ｔ
ａ：５０Å、フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、非磁性
金属層Ｃｕ：３０Åである。
Ｏ2 を２０００Å形成する。次に、各素子を菱形配置す
るためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセッ
トする。そして、各素子の長手方向に均一磁界が加わる
ように永久磁石板を配置する。その状態で、下地層（Ｔ
ａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜）／非磁性金属層
（Ｃｕ膜）を順次成膜する。各膜の厚さは、下地層Ｔ
ａ：５０Å、フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、非磁性
金属層Ｃｕ：３０Åである。
【００２４】次に、基板への磁界が９０度異なるように
向きを変えて真空チャンバ内にセットする。ここでは、
予め９０度回転させた永久磁石板を真空チャンバ内に設
置しておき、その上に基板を載せる方法で行った。この
状態でピン止め磁性層（ＮｉＦｅ膜）／反強磁性層（Ｆ
ｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を順次成膜する。各膜の
厚さは、ピン止め磁性層ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁性層
ＦｅＭｎ：９０Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そし
て、これらの素子間を接続するようにメタルマスクを施
し、導電体層（Ａｇ膜）を形成する。
向きを変えて真空チャンバ内にセットする。ここでは、
予め９０度回転させた永久磁石板を真空チャンバ内に設
置しておき、その上に基板を載せる方法で行った。この
状態でピン止め磁性層（ＮｉＦｅ膜）／反強磁性層（Ｆ
ｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を順次成膜する。各膜の
厚さは、ピン止め磁性層ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁性層
ＦｅＭｎ：９０Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そし
て、これらの素子間を接続するようにメタルマスクを施
し、導電体層（Ａｇ膜）を形成する。
【００２５】反強磁性層でピン止め磁性層を固定してい
る場合は、反強磁性層のネール温度付近の温度から磁場
中冷却を施すことにより、磁界方向にピン止め磁性層を
固定できる。そこで、上記のように作製した試料を、真
空中２００℃で約１時間熱処理し徐冷する。磁界は、ス
トライプ状に着磁した永久磁石上に基板を配置すること
で印加する。永久磁石としては、２００℃においても磁
界を発生できる２−１７系ＳｍＣｏ磁石を用いた。
る場合は、反強磁性層のネール温度付近の温度から磁場
中冷却を施すことにより、磁界方向にピン止め磁性層を
固定できる。そこで、上記のように作製した試料を、真
空中２００℃で約１時間熱処理し徐冷する。磁界は、ス
トライプ状に着磁した永久磁石上に基板を配置すること
で印加する。永久磁石としては、２００℃においても磁
界を発生できる２−１７系ＳｍＣｏ磁石を用いた。
【００２６】この試料の電圧印加端子に電圧Ｖ（１００
ｍＶ）を印加し、出力電圧端子間で磁界に対するブリッ
ジ出力電圧を測定した。その結果、図９に示すのと同
様、印加磁界に対して出力電圧が変化し、磁界センサと
して機能していることが確認できた。
ｍＶ）を印加し、出力電圧端子間で磁界に対するブリッ
ジ出力電圧を測定した。その結果、図９に示すのと同
様、印加磁界に対して出力電圧が変化し、磁界センサと
して機能していることが確認できた。
【００２７】（実施例２−１）Ｓｉ基板上に絶縁層Ｓｉ
Ｏ2 を２０００Å形成する。次に各素子を菱形配置する
ためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセット
する。そして、各素子の長手方向に垂直に均一磁界が加
わるように永久磁石板を配置する。その状態で下地層
（Ｔａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜＋ＣｏＦｅ膜）
を順次成膜する。各膜の厚さは、下地層Ｔａ：５０Å、
フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、ＣｏＦｅ：３０Åで
ある。次に絶縁層を成膜する。基板を一旦大気中に取り
出し、絶縁層用のマスクに切り替え、真空チャンバ内に
セットする。このとき磁界印加用の永久磁石は無くても
よい。ここでＡｌ金属膜を１３Å成膜する。そして大気
中に取り出し、室温、大気中で２４０時間保持し、Ａｌ
膜を酸化させてＡｌ2 Ｏ3 膜にする。プラズマ酸化や高
温酸化してもよい。
Ｏ2 を２０００Å形成する。次に各素子を菱形配置する
ためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセット
する。そして、各素子の長手方向に垂直に均一磁界が加
わるように永久磁石板を配置する。その状態で下地層
（Ｔａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜＋ＣｏＦｅ膜）
を順次成膜する。各膜の厚さは、下地層Ｔａ：５０Å、
フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、ＣｏＦｅ：３０Åで
ある。次に絶縁層を成膜する。基板を一旦大気中に取り
出し、絶縁層用のマスクに切り替え、真空チャンバ内に
セットする。このとき磁界印加用の永久磁石は無くても
よい。ここでＡｌ金属膜を１３Å成膜する。そして大気
中に取り出し、室温、大気中で２４０時間保持し、Ａｌ
膜を酸化させてＡｌ2 Ｏ3 膜にする。プラズマ酸化や高
温酸化してもよい。
【００２８】その後、基板をストライプ着磁した永久磁
石上に配置して、真空チャンバ内にセットする。ここで
は、予めストライプ着磁した永久磁石板を真空チャンバ
内に設置しておき、その上に基板を載せる方法で行っ
た。この状態でピン止め磁性層（ＣｏＦｅ膜＋ＮｉＦｅ
膜）／反強磁性層（ＦｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を
順次成膜する。各膜の厚さは、ピン止め磁性層ＣｏＦ
ｅ：３０Å、ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁性層ＦｅＭｎ：
９０Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そして、これらの
素子間を接続するようにメタルマスクを施し、導電体層
（Ａｇ膜）を形成する。
石上に配置して、真空チャンバ内にセットする。ここで
は、予めストライプ着磁した永久磁石板を真空チャンバ
内に設置しておき、その上に基板を載せる方法で行っ
た。この状態でピン止め磁性層（ＣｏＦｅ膜＋ＮｉＦｅ
膜）／反強磁性層（ＦｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を
順次成膜する。各膜の厚さは、ピン止め磁性層ＣｏＦ
ｅ：３０Å、ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁性層ＦｅＭｎ：
９０Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そして、これらの
素子間を接続するようにメタルマスクを施し、導電体層
（Ａｇ膜）を形成する。
【００２９】この試料の電圧印加端子に電圧Ｖ（１００
ｍＶ）を印加し、磁界に対してブリッジ出力電圧を測定
した。その結果、図１０に示すように、印加磁界に対し
て出力電圧が変化し、磁界センサとして機能しているこ
とが確認できた。
ｍＶ）を印加し、磁界に対してブリッジ出力電圧を測定
した。その結果、図１０に示すように、印加磁界に対し
て出力電圧が変化し、磁界センサとして機能しているこ
とが確認できた。
【００３０】（実施例２−２）Ｓｉ基板上に絶縁層Ｓｉ
Ｏ2 を２０００Å形成する。次に各素子を菱形配置する
ためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセット
する。そして、各素子の長手方向に垂直に均一磁界が加
わるように永久磁石板を配置する。その状態で下地層
（Ｔａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜＋ＣｏＦｅ膜）
を順次成膜する。各膜の厚さは、下地層Ｔａ：５０Å、
フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、ＣｏＦｅ：３０Åで
ある。次に絶縁層を成膜する。基板を一旦大気中に取り
出し、絶縁層用のマスクに切り替え、真空チャンバ内に
セットする。このとき磁界印加用の永久磁石は無くても
よい。ここでＡｌ金属膜を１３Å成膜する。そして大気
中に取り出し、室温、大気中で２４０時間保持し、Ａｌ
膜を酸化させてＡｌ2 Ｏ3 膜にする。
Ｏ2 を２０００Å形成する。次に各素子を菱形配置する
ためメタルマスクを取り付け、真空チャンバ内にセット
する。そして、各素子の長手方向に垂直に均一磁界が加
わるように永久磁石板を配置する。その状態で下地層
（Ｔａ膜）／フリー磁性層（ＮｉＦｅ膜＋ＣｏＦｅ膜）
を順次成膜する。各膜の厚さは、下地層Ｔａ：５０Å、
フリー磁性層ＮｉＦｅ：１２０Å、ＣｏＦｅ：３０Åで
ある。次に絶縁層を成膜する。基板を一旦大気中に取り
出し、絶縁層用のマスクに切り替え、真空チャンバ内に
セットする。このとき磁界印加用の永久磁石は無くても
よい。ここでＡｌ金属膜を１３Å成膜する。そして大気
中に取り出し、室温、大気中で２４０時間保持し、Ａｌ
膜を酸化させてＡｌ2 Ｏ3 膜にする。
【００３１】その後、基板への磁界が９０度異なるよう
に向きを変えて真空チャンバ内にセットする。ここで
は、予め９０度回転させた永久磁石板を真空チャンバ内
に設置しておき、その上に基板を載せる方法で行った。
この状態でピン止め磁性層（ＣｏＦｅ膜＋ＮｉＦｅ膜）
／反強磁性層（ＦｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を順次
成膜する。各膜の厚さは、ピン止め磁性層ＣｏＦｅ：３
０Å、ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁性層ＦｅＭｎ：９０
Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そして、これらの素子
間を接続するようにメタルマスクを施し、導電体層（Ａ
ｇ膜）を形成する。
に向きを変えて真空チャンバ内にセットする。ここで
は、予め９０度回転させた永久磁石板を真空チャンバ内
に設置しておき、その上に基板を載せる方法で行った。
この状態でピン止め磁性層（ＣｏＦｅ膜＋ＮｉＦｅ膜）
／反強磁性層（ＦｅＭｎ膜）／保護層（Ｔａ膜）を順次
成膜する。各膜の厚さは、ピン止め磁性層ＣｏＦｅ：３
０Å、ＮｉＦｅ：３０Å、反強磁性層ＦｅＭｎ：９０
Å、保護層Ｔａ：５０Åである。そして、これらの素子
間を接続するようにメタルマスクを施し、導電体層（Ａ
ｇ膜）を形成する。
【００３２】反強磁性層でピン止め磁性層を固定してい
る場合は、反強磁性層のネール温度付近の温度から磁場
中冷却を施すことにより、磁界方向にピン止め磁性層を
固定できる。そこで、上記のように作製した試料を、真
空中２００℃で約１時間熱処理し徐冷する。磁界は、ス
トライプ状に着磁した永久磁石上に基板を配置すること
で印加する。永久磁石としては、２００℃においても磁
界を発生できる２−１７系ＳｍＣｏ磁石を用いた。
る場合は、反強磁性層のネール温度付近の温度から磁場
中冷却を施すことにより、磁界方向にピン止め磁性層を
固定できる。そこで、上記のように作製した試料を、真
空中２００℃で約１時間熱処理し徐冷する。磁界は、ス
トライプ状に着磁した永久磁石上に基板を配置すること
で印加する。永久磁石としては、２００℃においても磁
界を発生できる２−１７系ＳｍＣｏ磁石を用いた。
【００３３】この試料の電圧印加端子に電圧Ｖ（１００
ｍＶ）を印加し、磁界に対してブリッジ出力電圧を測定
した。その結果、図１０に示すのと同様、印加磁界に対
して出力電圧が変化し、磁界センサとして機能している
ことが確認できた。
ｍＶ）を印加し、磁界に対してブリッジ出力電圧を測定
した。その結果、図１０に示すのと同様、印加磁界に対
して出力電圧が変化し、磁界センサとして機能している
ことが確認できた。
【００３４】上記の各実施例においては、素子形成にメ
タルマスクを用いているが、フォトリソグラフィー技術
により作製しても何ら問題はない。実際には、同一基板
上に多数の磁気センサを一括して形成し、個々に切り出
して製品とする。
タルマスクを用いているが、フォトリソグラフィー技術
により作製しても何ら問題はない。実際には、同一基板
上に多数の磁気センサを一括して形成し、個々に切り出
して製品とする。
【００３５】
【発明の効果】本発明は上記のように構成した磁気セン
サであるから、構造が複雑化することなく同一基板上に
４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子を一括して配列形成
してブリッジを組むことができ、小型化に適し、磁界応
答性を高くできる。
サであるから、構造が複雑化することなく同一基板上に
４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子を一括して配列形成
してブリッジを組むことができ、小型化に適し、磁界応
答性を高くできる。
【００３６】また本発明によれば、同一基板上に４個の
スピンバルブ型磁気抵抗素子を配列形成してブリッジを
組んだ小型の磁気センサを、効率よく安価に製造するこ
とが可能となる。
スピンバルブ型磁気抵抗素子を配列形成してブリッジを
組んだ小型の磁気センサを、効率よく安価に製造するこ
とが可能となる。
【図１】本発明で用いるストライプ状に着磁した永久磁
石板の説明図。
石板の説明図。
【図２】磁気センサにおけるブリッジ構成の説明図。
【図３】本発明におけるストライプ状に着磁した永久磁
石板と各スピンバルブ型磁気抵抗素子の位置関係を示す
説明図。
石板と各スピンバルブ型磁気抵抗素子の位置関係を示す
説明図。
【図４】各スピンバルブ型磁気抵抗素子の外部磁界−抵
抗値の特性説明図。
抗値の特性説明図。
【図５】本発明に係るスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用い
た磁気センサの一例を示す配置接続説明図。
た磁気センサの一例を示す配置接続説明図。
【図６】本発明に係るスピンバルブ型トンネルＭＲ素子
を用いた磁気センサの一例を示す配置接続説明図。
を用いた磁気センサの一例を示す配置接続説明図。
【図７】スピンバルブ型ＧＭＲ素子の積層構造の一例を
示す説明図。
示す説明図。
【図８】スピンバルブ型トンネルＭＲ素子の積層構造の
一例を示す説明図。
一例を示す説明図。
【図９】本発明に係るスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用い
た磁気センサの出力特性の一例を示す説明図。
た磁気センサの出力特性の一例を示す説明図。
【図１０】本発明に係るスピンバルブ型トンネルＭＲ素
子を用いた磁気センサの出力特性の一例を示す説明図。
子を用いた磁気センサの出力特性の一例を示す説明図。
１０ 永久磁石板 １２ スピンバルブ型磁気抵抗素子 １４ 導電体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定行 勝 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 中野 廣文 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD62 AD63 AD65
Claims (5)
- 【請求項１】 ４個のスピンバルブ型磁気抵抗素子が単
一基板上で菱形の頂点位置に配列形成されると共に、前
記基板上でそれら各磁気抵抗素子間をループ状に接続す
る導電体層が形成されており、前記各磁気抵抗素子の磁
界に応答し難いピン止め磁性層の磁化方向が、対角の位
置関係にある磁気抵抗素子同士では平行、隣接する位置
関係にある磁気抵抗素子同士では反平行となっているこ
とを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項２】 スピンバルブ型磁気抵抗素子が、外部磁
界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層と、非
磁性金属層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁性
層と、該ピン止め磁性層をピン止めする反強磁性層を積
層した構造のスピンバルブ型ＧＭＲ素子である請求項１
記載の磁気センサ。 - 【請求項３】 スピンバルブ型磁気抵抗素子が、外部磁
界に対し磁化の向きを自由に変えるフリー磁性層と、絶
縁層と、外部磁界に対し応答し難いピン止め磁性層と、
該ピン止め磁性層をピン止めする反強磁性層を積層した
構造のスピンバルブ型トンネルＭＲ素子である請求項１
記載の磁気センサ。 - 【請求項４】 請求項１乃至３記載の磁気センサを製造
する方法において、ストライプ状に多極着磁した永久磁
石板の上に基板を載せ、対角の位置関係にある一対の磁
気抵抗素子が同一のストライプ状領域の上に位置し、残
りの２個の磁気抵抗素子が前記一対の磁気抵抗素子の両
側の逆向きに着磁されたストライプ状領域の上にそれぞ
れ位置するようにし、その上で磁気抵抗素子の成膜を行
うことを特徴とする磁気センサの製造方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至３記載の磁気センサを製造
する方法において、ストライプ状に多極着磁した永久磁
石板の上に基板を載せ、対角の位置関係にある一対の磁
気抵抗素子が同一のストライプ状領域の上に位置し、残
りの２個の磁気抵抗素子が前記一対の磁気抵抗素子の両
側の逆向きに着磁されたストライプ状領域の上にそれぞ
れ位置するようにし、その上で磁気抵抗素子の熱処理を
行うことを特徴とする磁気センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14844199A JP4338060B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 磁気センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14844199A JP4338060B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 磁気センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000338211A true JP2000338211A (ja) | 2000-12-08 |
| JP4338060B2 JP4338060B2 (ja) | 2009-09-30 |
Family
ID=15452878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14844199A Expired - Fee Related JP4338060B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 磁気センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4338060B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-05-27 JP JP14844199A patent/JP4338060B2/ja not_active Expired - Fee Related
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