專利名稱：磁傳感器及其制造方法、適合該制造方法的磁鐵陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了由釘扎層和自由層構(gòu)成的磁阻效應(yīng)元件的磁傳感器、該磁傳感器的制造方法、及適合于該制造方法的磁鐵陣列。
背景技術(shù)：
至今，在磁傳感器中應(yīng)用著大型磁阻元件(GMR元件)等磁阻效應(yīng)元件，該大型磁阻元件具有磁化方向被釘扎(ピン)(固定)在規(guī)定方向上的釘扎(ピンド)層和磁化方向根據(jù)外部磁場而變化的自由層，呈現(xiàn)出對應(yīng)釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向的相對關(guān)系的電阻值。在這樣的磁傳感器中，為了高精度地檢測微小的外部磁場，必須要將沒對該磁傳感器施加該外部磁場時的自由層的各磁區(qū)的磁化方向穩(wěn)定維持在規(guī)定的方向(以下，將該規(guī)定的方向稱作“初始狀態(tài)的方向”)上。
因此，一般地，在將薄膜的自由層的平視形狀設(shè)為矩形的同時，通過使該矩形的長邊(長軸)與所述初始狀態(tài)的方向一致，就可以利用使磁化方向與縱向一致的形狀各向異性，使該自由層的各磁區(qū)的磁化方向與該初始狀態(tài)的方向一致。此外，將永久磁膜即偏磁膜配置在自由層的縱向的兩端部，由該偏磁膜對該自由層施加該初始狀態(tài)的方向的磁場，使得在消除了外部磁場時，自由層的各磁區(qū)的磁化方向可以長期穩(wěn)定地恢復(fù)到所述初始狀態(tài)的方向(例如，參照專利文獻1)。(專利文獻1)特開2002-299728(圖42～圖44)參照該自由層和該偏磁膜的平面圖17，來說明這樣的自由層和偏磁膜的磁化的形態(tài)。在圖17中，自由層100形成為X軸方向上具有縱向，在該縱向的兩端設(shè)置一對偏磁膜101、102。
在形成了這些膜的階段，如圖17(A)的箭頭所示，自由層100和偏磁膜101、102的各磁區(qū)的磁化方向不與自由層的縱向方向即初始狀態(tài)的方向一致。對于自由層100和偏磁膜101、102處于這種狀態(tài)的磁傳感器，若在垂直于自由層的縱向的方向(Y軸方向)中施加大小變化的外部磁場，檢查該磁傳感器的電阻值，則如圖18(A)所示，發(fā)生磁滯。由此可知，在自由層100和偏磁膜101、102的磁化方向不與該自由層的縱向一致的磁傳感器中，外部磁場是“0“附近時的電阻值在如圖18(A)的箭頭所示的范圍內(nèi)變動，其結(jié)果，該磁傳感器不能高精度地檢測微小磁場。
下面，對自由層100和偏磁膜101、102處于圖17(A)中示出的狀態(tài)的磁傳感器，若在自由層100的縱向(X軸正方向)上施加大于偏磁膜101、102的矯頑力Hc的磁場，進行自由層100的初始化和偏磁膜101、102的起磁，則如圖17(B)所示，該自由層100和該偏磁膜101、102的各磁區(qū)的磁化方向與初始狀態(tài)的方向一致。
若對處于這種狀態(tài)的磁傳感器，在Y軸方向施加在小于偏磁膜101、102的矯頑力的范圍內(nèi)變化的外部磁場，則自由層100的各磁區(qū)的磁化方向就如圖17(C)所示地變化，之后，若使外部磁場消除，則該自由層100的各磁區(qū)的磁化方向恢復(fù)到與圖17(B)相同的圖17(D)中示出的初始狀態(tài)的方向。該情況下，若檢查磁傳感器的電阻值，則如圖18(B)所示，磁滯降低，外部磁場是“0”附近時的該電阻值變得大致一定。從而，進行了自由層100的初始化和偏磁膜101、102的起磁的磁傳感器，就能高精度地檢測微小磁場。
但是，若對有關(guān)磁傳感器(進行了自由層100的初始化和偏磁膜101、102的起磁的磁傳感器)施加比偏磁膜101、102的矯頑力小但較大的、且在與初始狀態(tài)的方向相反的方向(X軸負方向)上有主要成分的外部磁場，則自由層的各磁區(qū)的磁化方向就從圖19(A)中示出的狀態(tài)向圖19(B)中示出的狀態(tài)變化，之后，即使消除了該外部磁場，如圖19(C)所示，該自由層100的各磁區(qū)的磁化方向也不與初始狀態(tài)的方向一致(恢復(fù))。其結(jié)果，就有磁傳感器對于再次的外部磁場的變化具有磁滯、磁場的檢測精度惡化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的一個目的是提供一種即使施加大的外部磁場之后，也能良好地維持檢測精度的磁傳感器。此外，本發(fā)明的另外一個目的是提供一種能高效地進行所述偏磁膜的起磁的磁傳感器、該磁傳感器的制造方法、及適合于該制造方法的磁鐵陣列。
本發(fā)明的特征在于，一種由具有釘扎層和自由層的磁阻效應(yīng)元件構(gòu)成的磁傳感器，其具有偏磁膜，其由設(shè)置在所述自由層的兩端同時使該自由層上產(chǎn)生規(guī)定方向的偏磁場的永久磁鐵構(gòu)成；初始化用線圈，其與所述自由層鄰近設(shè)置，通過在規(guī)定條件下通電，對該自由層施加與所述偏磁場同一方向的磁場。
這樣，由于初始化用線圈在規(guī)定條件下通電，使其產(chǎn)生用于將自由層的各磁區(qū)的磁化方向返回到與由偏磁膜產(chǎn)生的偏磁場相同的方向的初始化用磁場，因此，即使在由于對磁傳感器施加強磁場等某種原因而干擾了自由層的各磁區(qū)的磁化方向的情況下，也可以修正它，其結(jié)果，可以提供一種在對磁場的電阻值變化中沒有磁滯，而可以長期高精度地檢測微小磁場的磁傳感器。
本發(fā)明的另一個特征在于，提供一種磁傳感器的制造方法，該磁傳感器具有磁阻效應(yīng)元件，所述磁阻效應(yīng)元件在基板上具有釘扎層、自由層和對該自由層給予偏磁場的由永久磁鐵構(gòu)成的偏磁膜，且所述磁阻效應(yīng)元件的電阻值根據(jù)釘扎層的磁化方向和該自由層的磁化方向所形成的夾角變化。所述方法包括下述工序準備磁鐵陣列的工序，其將多個永久磁鐵設(shè)置在正方格的格點上，同時各永久磁鐵的磁極的極性與間隔最短距離鄰接的其他磁極的極性不同；制造單晶片的工序，其在所述基板上散布多個島狀的單元膜，該單元膜包括成為所述釘扎層的膜、成為所述自由層的膜和成為所述偏磁膜的膜；進行起磁工序，其將該單晶片配置在與該磁鐵陣列鄰近的位置上，使得所述單晶片和所述磁鐵陣列具有規(guī)定的相對的位置關(guān)系，并利用磁場進行成為所述多個單元膜所述偏磁膜的膜的起磁，所述磁場形成在該磁鐵陣列的磁極中的一個磁極和與該磁極間隔最短距離鄰接的該磁鐵陣列的磁極中的其他磁極之間。
所述磁鐵陣列的結(jié)構(gòu)為，將多個永久磁鐵設(shè)置在正方格的格點上，使得各永久磁鐵的磁極的極性與平視中(在同一平面內(nèi))間隔最短距離鄰接的其他磁極的極性不同。從而，在磁鐵陣列的上方，在該磁鐵陣列的平視中，從一個N極向存在于該N極的右側(cè)的S極形成右方向的磁場、從該N極向存在于該N極的上側(cè)的S極形成上方向的磁場、從該N極向存在于該N極的左側(cè)的S極形成左方向的磁場及從該N極向存在于該N極的下側(cè)的S極形成下方向的磁場(參照圖13)。同樣地，對于某個S極，從存在于該S極的右側(cè)的N極形成左方向的磁場、從存在于該S極的上側(cè)的N極形成下方向的磁場、從存在于該S極的左側(cè)的N極形成右方向的磁場、從存在于該S極的下側(cè)的N極形成上方向的磁場。
所述方法中，對形成這樣的磁場的磁鐵陣列，具有規(guī)定的相對的位置關(guān)系鄰近配置單晶片，所述單晶片在所述基板上散布多個包括成為所述釘扎層的膜、成為所述自由層的膜、成為所述偏磁膜的膜的島狀的單元膜，利用由該磁鐵陣列形成的所述磁場，進行使所述多個單元膜成為所述偏磁膜的膜的起磁。從而，可以高效地制造單個基板上偏磁膜的起磁方向相互交叉(該情況下垂直)的磁傳感器。
更具體地說，制造所述單晶片的工序包括，形成成為多個單元膜的各自由層的膜，使得在把成為所述多個單元膜的各自由層的膜形成為具有長軸和短軸的形狀的同時，至少成為該多個單元膜的自由層的膜的一個長軸與成為另一自由層的膜的長軸垂直，并且，把成為所述偏磁膜的膜形成在成為各自由層的膜的長軸方向的兩端部。進行成為所述偏磁膜的膜的起磁的工序中的所述規(guī)定的相對的位置關(guān)系是所述單晶片與該磁鐵陣列的相對的位置關(guān)系，即由所述磁鐵陣列形成的磁場，使成為該偏磁膜的膜的磁化方向與在兩端形成了該偏磁膜的成為所述自由層的膜的長軸方向一致。
此外，在此時，最好包括以下工序，將該單晶片與該磁鐵陣列鄰近配置，使得所述單晶片和所述磁鐵陣列具有與所述規(guī)定的相對位置關(guān)系不同的相對的位置關(guān)系，利用由該磁鐵陣列形成的所述磁場，釘扎成為所述多個單元膜的所述釘扎層的膜的磁化方向。
這樣，由于在固定釘扎層的磁化方向時也使用用于成為偏磁膜的膜的起磁的磁鐵陣列，因此，可以高效且廉價地制造單個基板上釘扎層的磁化方向相互交叉(該情況下垂直)的磁傳感器(可以分別檢測垂直方向的磁場的二軸磁傳感器)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種磁鐵陣列，其構(gòu)成為，設(shè)置大致是長方體形狀，垂直于該長方體的某一中心軸的斷面的形狀是大致正方形的多個永久磁鐵，使得具有大致正方形的端面的重心與正方格的格點一致，同時，該已設(shè)置的各永久磁鐵的磁極的極性(出現(xiàn)在該端面的磁極的極性)與間隔最短距離鄰接的其他永久磁鐵的磁極的極性(出現(xiàn)在該端面的磁極的極性)不同。
即，該磁鐵陣列的配置所述多個永久磁鐵，使具有各個所述大致正方形的端面的重心與正方格的格點一致，具有各個所述大致正方形的端面的邊與同一列上的其他端面的邊存在于大致同一直線上，該端面存在于大致同一平面上，并且，該端面的磁極的極性與間隔最短距離鄰接的其他永久磁鐵的端面的磁極的極性不同。
如上所述，由于使用有關(guān)的磁鐵陣列，可以高效地固定所述二軸磁傳感器的成為各偏磁膜的膜的起磁和/或成為各釘扎層的層的磁化方向，因此，可以廉價地制造該二軸磁傳感器。
此外，該磁鐵陣列也是“一種磁鐵陣列，其具有是大致長方體形狀，垂直于該長方體的某一中心軸的斷面的形狀是大致正方形，且在垂直于該中心軸的該大致正方形的端面上形成有磁極的多個永久磁鐵，所述多個永久磁鐵的具有各個所述大致正方形的端面的重心與正方格的格點一致，同時，配置在所述正方格的任意一列上的所述多個永久磁鐵中的一個永久磁鐵的所述端面的一邊與配置在相同列上的其他永久磁鐵的所述端面的一邊存在于大致同一直線上，所述多個永久磁鐵的端面的存在于大致同一平面上，并且，使所述多個永久磁鐵中的間隔最短距離相互鄰接的兩個永久磁鐵的端面上形成的磁極的極性不同?！笔褂糜谶M行所述磁傳感器的偏磁膜等的起磁是理想的。
另外，所述“一種磁鐵陣列，在具有是大致長方體形狀，垂直于該長方體的某一中心軸的斷面的形狀是大致正方形，且在垂直于該中心軸的該大致正方形的端面上形成了磁極的多個永久磁鐵的同時，具有由磁性材料構(gòu)成的薄板形的軛鐵；所述多個永久磁鐵的具有各個所述大致正方形的端面的重心與正方格的格點一致的同時，配置在所述正方格的任意一列上的所述多個永久磁鐵中的一個永久磁鐵的所述端面的一邊與配置在相同列上的其他永久磁鐵的所述端面的一邊存在于大致同一直線上，所述全部多個永久磁鐵的端面的存在于大致同一平面上，并且，使所述多個永久磁鐵中的間隔最短距離相互鄰接的兩個永久磁鐵的端面上形成的磁極的極性不同；所述軛鐵在與所述配置的多個永久磁鐵大致相同的位置上具有多個形狀與該永久磁鐵的所述大致正方形的斷面的形狀大致相同的通孔，在該通孔中插入該永久磁鐵，存在所述永久磁鐵的端面的平面存在于該軛鐵的上表面和下表面之間?！笔褂糜谶M行所述磁傳感器的偏磁膜等的起磁是理想的。
由于該磁鐵陣列具有由磁性材料構(gòu)成的軛鐵，因此可以使來自永久磁鐵的磁力線導(dǎo)向所需要的地方。從而，由該磁鐵陣列可以有效地進行磁傳感器的偏磁膜的起磁等。
此時，所述軛鐵最好在所述多個通孔中的間隔最短距離相互鄰接的通孔彼此之間形成成為空氣隙的通孔。
該磁鐵陣列由于在間隔最短距離鄰接的通孔彼此之間(在這兩個通孔中插入磁極的極性彼此不同的永久磁鐵的端面)形成成為空氣隙的通孔，因此磁通集中在通孔內(nèi)和通孔的附近部分的空間。換言之，磁鐵陣列可以在局部的狹窄空間區(qū)域中產(chǎn)生強度大且方向一定的磁場。從而，由該磁鐵陣列可以有效地進行磁傳感器的偏磁膜的起磁等。
所述軛鐵最好在包圍正方形的重心的位置上形成開口，所述正方形是在平視中連接所述正方格的各格點而形成的。
該磁鐵陣列不僅具有所述的通孔，還具有開口。形成了該開口的位置是包圍連接正方格的各格點而形成的正方形的重心的位置。該位置是來自各磁極的磁力線交叉而磁場變得不穩(wěn)定的部分。從而，由開口消除磁場的不穩(wěn)定。其結(jié)果，在間隔最短距離鄰接的異極的磁極間產(chǎn)生的磁場變?yōu)橹本€，可以在所述通孔的附近部分局部地產(chǎn)生更穩(wěn)定的且強度一樣的磁場。因此，根據(jù)有關(guān)的磁鐵陣列，可以有效地進行磁傳感器的偏磁膜的起磁等。
另外，所述軛鐵的各通孔最好具有正方形部和邊緣部，所述正方形部是平視中與所述永久磁鐵的具有大致正方形的斷面相同的正方形，所述邊緣部從該正方形部的各角部凸出到了該正方形的外側(cè)。
在由蝕刻對軛鐵形成正方形的通孔的情況下，若蝕刻不充分，則正方形的角部就成為圓弧形，恐怕不能插入永久磁鐵。對此，在所述軛鐵中，由于邊緣部也被蝕刻，故可以準確地將永久磁鐵插入到通孔內(nèi)。


圖1是本發(fā)明的磁傳感器的實施例的平面圖；圖2是圖1中示出的第一X軸GMR元件的示意放大平面圖；圖3是由沿圖2的1-1線的平面切割了圖2中示出的第一X軸GMR元件的示意平面圖；圖4是示出圖2中示出的第一X軸GMR元件的自旋開關(guān)膜(spin valvefilm)結(jié)構(gòu)的圖；圖5是用實線示出了圖1中示出的第一X軸GMR元件在X軸方向上變化的磁場的電阻值變化、用虛線示出了在Y軸方向上變化的磁場的電阻值變化的曲線圖；圖6(A)是圖1中示出的磁傳感器具有的X軸磁傳感器的等效電路，圖6(B)是示出該X軸磁傳感器的在X軸方向上變化的磁場的輸出變化的曲線圖；圖7(A)是圖1中示出的磁傳感器具有的Y軸磁傳感器的等效電路，圖7(B)是示出該Y軸磁傳感器的在Y軸方向上變化的磁場的輸出變化的曲線圖；圖8(A)是圖1中示出的磁傳感器具有的另一X軸磁傳感器的等效電路，圖8(B)是示出該X軸磁傳感器的在X軸方向上變化的磁場的輸出變化的曲線圖；圖9(A)是圖1中示出的磁傳感器具有的另一Y軸磁傳感器的等效電路，圖9(B)是示出該Y軸磁傳感器的在Y軸方向上變化的磁場的輸出變化的曲線圖；圖10是制造圖1中示出的磁傳感器的過程中的、形成了自旋開關(guān)膜的石英玻璃的平面圖；圖11是示出了金屬板和插入到該金屬板中的永久條形磁鐵的平面圖，該金屬板用于準備在制造圖1中示出的磁傳感器時使用的磁鐵陣列；圖12是在制造圖1中示出的磁傳感器時使用的磁鐵陣列的剖面圖；圖13是取出了圖12中示出的磁鐵陣列的磁鐵的一部分的立體圖；圖14是示出了制造圖1中示出的磁傳感器的工序之一的圖；圖15是示出了起磁圖1中示出的磁傳感器的各GMR元件的偏磁膜的方法的概念圖；圖16是示出了釘扎圖1中示出的磁傳感器的各GMR元件的釘扎層的磁化方向的方法的概念圖；圖17是示出了GMR元件的自由層和偏磁膜的磁化的形態(tài)的平面圖，圖17(A)是示出了偏磁膜的起磁前的狀態(tài)的圖，圖17(B)是示出了偏磁膜的起磁后的狀態(tài)的圖，圖17(C)是示出了施加外部磁場后的狀態(tài)的圖，圖17(D)是示出了消除了外部磁場后的狀態(tài)的圖；
圖18(A)是示出了偏磁膜的起磁前的狀態(tài)中的在GMR元件的外部磁場的電阻值變化的曲線圖，圖18(B)是示出了偏磁膜的起磁后的狀態(tài)中的在GMR元件的外部磁場的電阻值變化的曲線圖；圖19是示出了GMR元件的自由層和偏磁膜的磁化的形態(tài)的平面圖，圖19(A)示出了在偏磁膜的起磁后沒有加外部磁場的狀態(tài)的圖，圖19(B)是示出了施加了強外部磁場的狀態(tài)的圖，圖19(C)是示出了消除了強外部磁場后的狀態(tài)的圖；圖20是本發(fā)明涉及的磁傳感器的另一實施例中的第一X軸GMR元件的示意放大平面圖；圖21是本發(fā)明的其他的磁傳感器(N類型)的實施例的平面圖；圖22是本發(fā)明的其他的磁傳感器(S類型)的實施例的平面圖；圖23是本發(fā)明涉及的磁鐵陣列MB的軛鐵的部分平面圖；圖24是圖23中示出的軛鐵的部分放大圖；圖25是由沿圖24的2-2線的平面切割軛鐵的剖面圖；圖26是圖23中示出的軛鐵的一個通孔的平面圖；圖27是本發(fā)明涉及的磁鐵陣列MB的陣列用基板的剖面圖；圖28是圖27中示出的陣列用基板的部分平面圖；圖29是成為圖27中示出的陣列用基板的材料的薄板體；圖30是示出了制造磁鐵陣列MB的一個工序的圖；圖31是示出了制造磁鐵陣列MB的一個工序的圖；圖32是示出了制造磁鐵陣列MB的一個工序的圖；圖33是示出了制造磁鐵陣列MB的一個工序的圖；圖34是取出了磁鐵陣列MB的磁鐵的一部分和軛鐵的立體圖；圖35是磁鐵陣列MB的部分剖面圖；圖36是用于說明磁鐵陣列MB涉及的磁場的該磁鐵陣列MB的平面圖；圖37是用于說明磁鐵陣列MA涉及的磁場的該磁鐵陣列MA的平面圖；圖38是示出了釘扎圖21和圖22中示出的磁傳感器的各GMR元件的釘扎層的磁化方向的方法的概念圖；圖39是示出了起磁圖21和圖22中示出的磁傳感器的各GMR元件的偏磁膜時的磁鐵陣列MB與基板的位置關(guān)系的剖面圖；圖40是示出了起磁圖21和圖22中示出的磁傳感器的各GMR元件的偏磁膜的方法的概念圖。
附圖標記的說明10、50...磁傳感器11～14、21～24、51～54、61～64...GMR元件11a～14a、21a～24a、51a～54a、61a～64a...窄帶形部11b～14b、21b～24b、51b～54b、61b～64b...偏磁膜31～34、41～44、71～74、81～84...初始化用線圈MA...磁鐵陣列具體實施方式
以下，參照

本發(fā)明涉及的磁傳感器的實施例。該磁傳感器根據(jù)后述的制造方法，分為N類型和S類型。圖1是列舉了N類型的磁傳感器10和S類型的磁傳感器50的平面圖。N類型的磁傳感器10和S類型的磁傳感器50，除了如圖1中的涂黑箭頭所示的釘扎層的已固定的磁化方向和如圖1中的空心箭頭所示的自由層的初始狀態(tài)的磁化方向等相互不同這點之外，實質(zhì)上具有相同的形狀和結(jié)構(gòu)。從而，以下以N類型的磁傳感器10為主進行說明。
如圖1所示，磁傳感器10是具有在平面圖中沿相互垂直的X軸和Y軸的邊的矩形(大致正方形)形狀，其結(jié)構(gòu)包括由石英玻璃構(gòu)成的在垂直于X軸和Y軸的Z軸方向上厚度很小的單個的基片(單個基板)10a；層疊在圖3中示出的基板10a之上的多個絕緣層10b(在該絕緣層中包含配線層)；形成在該絕緣層10b的最上層10b1之上的共八個GMR元件11～14、21～24；共八個初始化用線圈31～34、41～44。
第一X軸GMR元件11形成在基片10a的Y軸方向大致中央部下方、X軸負方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為X軸負方向。第二X軸GMR元件12形成在基片10a的Y軸方向大致中央部上方、X軸負方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為X軸負方向。第三X軸GMR元件13形成在基片10a的Y軸方向大致中央部上方、X軸正方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為X軸正方向。第四X軸GMR元件14形成在基片10a的Y軸方向大致中央部下方、X軸正方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為X軸正方向。
第一Y軸GMR元件21形成在基片10a的X軸方向大致中央部左方、Y軸正方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為Y軸正方向。第二Y軸GMR元件22形成在基片10a的X軸方向大致中央部右方、Y軸正方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為Y軸正方向。第三Y軸GMR元件23形成在基片10a的X軸方向大致中央部右方、Y軸負方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為Y軸負方向。第四Y軸GMR元件24形成在基片10a的X軸方向大致中央部左方、Y軸負方向端部附近，如圖1的涂黑箭頭所示，釘扎層的釘扎磁化方向為Y軸負方向。
各GMR元件11～14、21～24除了在基片10a中的配置不同這點之外，實質(zhì)上具有彼此相同的結(jié)構(gòu)。因而，以下以第一X軸GMR元件11為代表例，就其結(jié)構(gòu)進行說明。
如平面圖2和沿圖2的1-1線的平面切割了第一X軸GMR元件11的示意剖面圖的圖3所示，第一X軸GMR元件11包括由自旋開關(guān)膜SV構(gòu)成且Y軸方向作為縱向的多個窄帶形部11a...11a和形成在各窄帶形部11a的縱向(Y軸方向)的兩個端部的下方的由CoCrPt等硬質(zhì)鐵磁性材料即具有高矯頑力和高角型比的材質(zhì)構(gòu)成的偏磁膜(是硬鐵磁薄膜層，由起磁成為永久磁膜的膜)11b...11b，偏磁膜11b...11b。各窄帶形部11a...11a在各偏磁膜11b...11b的上表面上向X軸方向延伸，并且與鄰接的窄帶形部11a接合，形成所謂的“曲折狀”，同時在各偏磁膜11b...11b的上表面與各偏磁膜11b...11b磁耦合。
如圖4中的膜結(jié)構(gòu)所示，第一X軸GMR元件11的自旋開關(guān)膜SV由依次層疊在基板即基片10a之上的自由層(自由層)F、由Cu構(gòu)成的膜厚2.4nm(24)的導(dǎo)電襯墊層S、固定層(釘扎層)P、由鈦(Ti)或鉭(Ta)構(gòu)成的膜厚2.5nm(25)的壓頂層C構(gòu)成。
自由層F是其磁化方向隨外部磁場方向而變化的層，由形成在基板10a正上方的膜厚8nm(80)的CoZrNb非晶質(zhì)磁層11-1、形成在CoZrNb非晶質(zhì)磁層11-1之上的膜厚3.3nm(33)的NiFe磁層11-2、形成在NiFe磁層11-2之上的膜厚1～3nm(10～30)左右的CoFe層11-3構(gòu)成。CoZrNb非晶質(zhì)磁層11-1和NiFe磁層11-2構(gòu)成軟磁薄膜層。CoFe層11-3用于防止NiFe磁層11-2的Ni和襯墊層S的Cu11-4的擴散。
固定層(釘扎層)P是膜厚2.2nm(22)的CoFe磁層11-5和膜厚24nm(240)的反鐵磁膜11-6疊加形成的層，該反鐵磁膜11-6由包含45～55％(摩爾)Pt的PtMn合金形成。CoFe磁層11-5以交換耦合的方式貼在起磁(磁化)的反鐵磁膜11-6上，以便構(gòu)成磁化(磁化矢量)的方向釘扎(固定)在X軸負方向上的釘扎層。
偏磁膜11b...11b用于維持自由層F的同軸各向異性，在該自由層F的縱向即Y軸負方向(由圖1和圖2的空心箭頭示出的方向)上給自由層F施加偏磁場。
如此構(gòu)成的第一X軸GMR元件11，如圖5的實線所示，相對沿X軸變化的外部磁場在-Hc～+Hc的范圍內(nèi)電阻值與外部磁場成比例變化，該外部磁場如圖5的虛線所示，相對沿Y軸變化的外部磁場，電阻值大致不變。
下面，關(guān)于初始化用線圈31～34、41～44進行說明。如圖1和圖3所示，初始化用線圈31～34、41～44分別在GMR元件11～14、21～24的大致正下方，通過絕緣層的最上層10b1埋設(shè)在下層的絕緣層10b2內(nèi)。初始化用線圈31～34、41～44具有彼此相同的形狀，與各對應(yīng)的正上方的GMR元件的相對位置關(guān)系也彼此相同，對各對應(yīng)的GMR元件施加圖1中空心箭頭所示的方向的初始化用磁場。
以下，以初始化用線圈31為代表例進行說明，該初始化用線圈31卷繞成在平視時的外形為大致矩形，具有多個初始化用磁場發(fā)生部31a...31a，該多個初始化用磁場發(fā)生部31a...31a在平視的第一X軸GMR元件11的正下方，在與該第一X軸GMR元件11的窄帶形部11a的縱向垂直的方向(X軸方向)上直線延伸。此外，初始化用線圈的一個端部31b和另一個端部31c分別與穩(wěn)壓電源的正極和負極連接，在規(guī)定的條件成立時，向初始化用線圈31接通規(guī)定的電流，如圖1的空心箭頭所示，使得對第一X軸GMR元件11的窄帶形部11a施加Y軸負方向的初始化用磁場。
下面，關(guān)于分別由所述GMR元件11～14和GMR元件21～24構(gòu)成的X軸磁傳感器(設(shè)X軸方向為磁場檢測方向的磁傳感器)和Y軸磁傳感器(設(shè)Y軸方向為磁場檢測方向的磁傳感器)進行說明，X軸磁傳感器如圖6(A)中的等效電路所示，通過圖1中沒示出的導(dǎo)線，全橋式連接第一～第四X軸GMR元件11～14而構(gòu)成。再有，在圖6(A)中，在與第一～第四X軸GMR元件11～14各自鄰接的位置上示出的曲線圖示出與各曲線圖鄰接的GMR元件的特性(對外部磁場的電阻值R的變化)。這一點對圖7和圖9也一樣。這些曲線圖中的HX、Hy分別示出其大小沿著X軸和Y軸而變化的外部磁場。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，第一X軸GMR元件11和第四X軸GMR元件14的連接點、第二X軸GMR元件12和第三X軸GMR元件13的連接點分別與沒圖示的穩(wěn)壓電源的正極、負極(接地)連接，分別給予電位+V(本例中是5(V))和電位-V(本例中是0(V))。然后，取出第一X軸GMR元件11和第三X軸GMR元件13的連接點與第四X軸GMR元件14和第二X軸GMR元件12的連接點的電位差Vox，作為傳感器輸出。其結(jié)果，如圖6(B)所示，X軸磁傳感器顯示與沿X軸變化的外部磁場Hx大致成正比變化的輸出電壓Vox。
Y軸磁傳感器如圖7(A)的等效電路所示，通過圖1中沒圖示的導(dǎo)線，全橋式連接第一～第四Y軸GMR元件21～24而構(gòu)成。然后，第一Y軸GMR元件21和第四Y軸GMR元件24的連接點、第二Y軸GMR元件22和第三Y軸GMR元件23的連接點分別與沒圖示的穩(wěn)壓電源的正極、負極(接地)連接，分別給予電位+V(本例中是5(V))和電位-V(本例中是0(V))。此外，取出第一Y軸GMR元件21和第三Y軸GMR元件23的連接點與第四Y軸GMR元件24和第二Y軸GMR元件22的連接點的電位差Voy，作為傳感器輸出。其結(jié)果，如圖7(B)所示，Y軸磁傳感器顯示與沿Y軸變化的外部磁場Hy大致成正比變化的輸出電壓Voy。以上是N類型的磁傳感器10的結(jié)構(gòu)。
另一方面，S類型磁傳感器50，如圖1所示，包括GMR元件51～54、61～64和初始化用線圈71～74、81～84，具有與磁傳感器10相同的結(jié)構(gòu)，包括X軸磁傳感器和Y軸磁傳感器。
即，磁傳感器50的X軸磁傳感器如圖8(A)的等效電路所示，通過圖1中沒圖示的導(dǎo)線，全橋式連接第一～第四X軸GMR元件51～54而構(gòu)成。在這樣的結(jié)構(gòu)中，第一X軸GMR元件51和第四X軸GMR元件54的連接點、第二X軸GMR元件52和第三X軸GMR元件53的連接點分別與沒圖示的穩(wěn)壓電源的正極、負極(接地)連接，分別給予電位+V(本例中是5(V))和電位-V(本例中是0(V))。然后，取出第一X軸GMR元件51和第三X軸GMR元件53的連接點與第四X軸GMR元件54和第二X軸GMR元件52的連接點之間的電位差Vox，作為傳感器輸出。其結(jié)果，如圖8(B)所示，X軸磁傳感器顯示與沿X軸變化的外部磁場Hx大致成正比變化的輸出電壓Vox。
此外，磁傳感器50的Y軸磁傳感器如圖9(A)的等效電路所示，通過圖1中沒圖示的導(dǎo)線，全橋式連接第一～第四Y軸GMR元件61～64而構(gòu)成。然后，第一Y軸GMR元件61和第四Y軸GMR元件64的連接點、第二Y軸GMR元件62和第三Y軸GMR元件63的連接點分別與沒圖示的穩(wěn)壓電源的正極、負極(接地)連接，分別給予電位+V(本例中是5(V))和電位-V(本例中是0(V))。此外，取出第四Y軸GMR元件64和第二Y軸GMR元件62的連接點與第一Y軸GMR元件61和第三Y軸GMR元件63的連接點之間的電位差Voy，作為傳感器輸出。其結(jié)果，如圖9(B)所示，Y軸磁傳感器顯示與沿Y軸變化的外部磁場Hy大致成正比變化的輸出電壓Voy。
下面，關(guān)于如上所述構(gòu)成的磁傳感器10、50的制造方法進行說明。首先，如平面圖10所示，在其后成為基板10a、50a的矩形石英玻璃10a1上，與規(guī)定的配線或LSI的形成同時層疊各絕緣層10b，在絕緣層10b2內(nèi)形成了初始化用線圈31～34、41～44、71～74、81～84之后，形成其后是最上層的絕緣層10b1(參照圖1～圖3)。
接著，島狀形成多個構(gòu)成所述GMR元件11～14、21～24、51～54、61～64的膜M。具體說，形成所述偏磁膜11b，在其上形成構(gòu)成所述GMB元件11～1421～24、51～54、61～64的膜M。該膜使用超高真空裝置，通過連續(xù)層疊成膜到精確的厚度。膜M制成配線圖形，形成多個成為島狀GMR元件的部分。形成這些膜M，使當通過后面的切割工序沿著圖10的虛線切割石英玻璃10a1，將其分割為圖1中示出的各個磁傳感器10、50時，形成配置成位于在該圖1中示出的GMR元件11～14、21～24、51～54、61～64的各位置上。
下面，如平面圖11所示，準備矩形的金屬板91，其以正方形點陣結(jié)構(gòu)形成了多個正方形通孔(即，彼此等間距地沿著X軸和Y軸設(shè)置具有平行于X軸和Y軸的邊的正方形通孔)，將具有與該通孔大致相同的正方形截面長方體形狀的永久條形磁鐵92...92插入該金屬板91的各通孔中，使得形成該永久條形磁鐵92...92的磁極的端面平行于該金屬板91。這時，配置該永久條形磁鐵92...92，使得在包括永久條形磁鐵92...92的各端面的平面中，在最短距離上鄰接的磁極的極性不同。再有，使用的永久條形磁鐵92...92的各磁荷的大小全部大致相等。
下面，如示出了沿X-Z平面的斷面的圖12所示，準備厚度大約0.5mm、由透明石英玻璃構(gòu)成的板93，該板93具有與所述金屬板91大致相同形狀的矩形，由粘合劑粘接永久條形磁鐵92...92的上表面(與形成了所述磁極的端面相對一側(cè)的面)和板93的下表面，從下方除去金屬板91。在該階段，由永久條形磁鐵92...92和板93形成以下列方式構(gòu)成的磁鐵陣列MA，即，設(shè)置大致長方體形狀的、與該長方體的某一個中心軸垂直的斷面形狀是大致正方形的多個永久磁鐵，使與具有正方形端面的重心與正方形格的格點處一致，同時，使該永久磁鐵的磁極的極性與和其相鄰并間隔最短距離的其他永久磁鐵的磁極的極性不同。
圖13是示出取出了4個所述永久條形磁鐵92...92的狀態(tài)的立體圖。從該圖可知，在永久條形磁鐵92...92的端面(形成了所述磁極的端面)中形成磁場，該磁場從一個N極。向與該N極鄰接的距離最短的S極各自90°的方向上不同。在本實施方式中，使用該磁場，作為用于GMR元件11～14、21～24、51～54、61～64的各偏磁膜11b～14b、21b～24b、51b～54b、61b～64b的起磁的磁場和固定各固定層P(固定層P的釘扎層)的磁化方向時的磁場。
即，首先，如圖14所示，配置形成了成為GMR元件的膜M的石英玻璃10a1，使得形成了成為該GMR元件的膜M的面與板93的上表面連接，由夾具C將板93和石英玻璃10a1彼此固定。這時，如平面圖15所示，該圖以后面將成為磁傳感器10、50的部分為著眼點，各放大了兩個磁傳感器10、50的部分，相對地配置該石英玻璃10a1和磁鐵陣列MA，使得成為該磁傳感器10、50的各邊的石英玻璃10a1的切割線CL的各交點CP分別與永久條形磁鐵92...92的各自的重心一致。從而，如圖15中的箭頭所示，在板93的上面放置了石英玻璃10a1的狀態(tài)中，對成為GMR元件的各膜M施加該膜M的窄帶形部的縱向的磁場。
在本實施方式中，在利用有關(guān)磁場進行偏磁膜11b～14b、21b～24b、51b～54b、61b～64b的起磁的同時，使自由層F的各磁區(qū)的磁化方向與初始狀態(tài)中的方向一致。即，初始化自由層F的各磁區(qū)的磁化。
下面，如圖16的平面圖所示，改變形成了成為GMR元件的膜M的石英玻璃10a1與磁鐵陣列MA(板93)的相對位置關(guān)系，配置成形成了成為該GMR元件的膜M的面與板93的上表面連接。這時，相對地配置該石英玻璃10a1和磁鐵陣列MA，使得成為磁傳感器10、50的各邊的石英玻璃10a1的切割線CL的各交點CP分別與相互鄰接的4個永久條形磁鐵92...92的重心一致。從而，如圖16中的箭頭所示，在板93的上面載置了石英玻璃10a1的狀態(tài)中，對成為GMR元件的各膜M施加方向垂直于該膜M的窄帶形部的縱向的磁場。
在本實施方式中，利用有關(guān)的磁場進行固定固定層P(固定層P的釘扎層)的磁化方向的熱處理(規(guī)則化熱處理)。即，在圖16中示出的狀態(tài)中，由夾具C將板93和石英玻璃10a1彼此固定，在真空中加熱到250℃～280℃，在該狀態(tài)放置4個小時左右。
之后，取出石英玻璃10a1，形成連接各膜M的配線等，最后，沿圖10等中示出的虛線(切割線CL)切割石英玻璃10a1。這樣，就同時制造出許多個圖1中示出的磁傳感器10、50。
如上所述，所述實施例由于具有偏磁膜11b～11b，其由永久磁鐵構(gòu)成，在設(shè)置在自由層F的縱向的兩端的同時使其在該自由層上產(chǎn)生規(guī)定方向(該自由層的縱向)的偏磁場，因此，可以穩(wěn)定不存在外部磁場狀態(tài)中的自由層的各磁區(qū)的磁化方向，并保持在規(guī)定的方向上。
此外，初始化用線圈31～34、41～44在規(guī)定條件下通電，由于產(chǎn)生用于將自由層的各磁區(qū)的磁化方向返回到與由偏磁膜產(chǎn)生的偏磁場的方向相同的方向(即，自由層的縱向)的初始化用磁場，因此，即使在向自由層施加強磁場而打亂了該自由層的各磁區(qū)的磁化方向的情況下，也可以可靠地將其磁化方向返回到初始狀態(tài)。其結(jié)果，由于磁傳感器10、50對于外部磁場的變化，維持該外部磁場為“0”附近時所產(chǎn)生的磁滯很小，故可以長期高精度地檢測微小磁場。
另外，根據(jù)所述的制造方法的實施例，準備磁鐵陣列MA，其構(gòu)成方式為，在正方格的格點上設(shè)置多個永久磁鐵，使得各永久磁鐵的磁極的極性與間隔最短距離鄰接的其他磁極的極性不同；通過該磁鐵陣列MA所形成的磁場進行自由層的各磁區(qū)的磁化方向的初始化和偏磁膜的起磁，及使成為釘扎層的磁層的磁化方向釘扎的釘扎(pinning)工序。從而，可以在單個基片上高效且容易地形成磁場檢測方向不同(相互垂直)的多個GMR元件，可以廉價地制造由至少能檢測相互垂直的方向上大小變化的各個磁場的單個基片構(gòu)成的磁傳感器。
另外，在所述實施例，在制成圖形偏磁膜(磁鐵)后形成GMR膜(GMR元件的膜)，在制成圖形GMR膜M后進行規(guī)則化處理。但該規(guī)則化處理也可以在制成GMR膜M前進行，另外，也可以在GMR膜后形成偏磁膜。
下面，關(guān)于本發(fā)明涉及的磁傳感器的其他實施例(第二實施例)進行說明。與所述磁傳感器一樣，該磁傳感器中有圖21中示出了平面圖的N類型和圖22中示出了平面圖的S類型。N類型磁傳感器110和S類型磁傳感器150，除了在圖21和圖22中的涂黑箭頭所示的釘扎層的已固定的磁化方向和空心箭頭所示的自由層的初始化狀態(tài)的磁化方向相互不同這點之外，實質(zhì)上具有相同的形狀和結(jié)構(gòu)。再有，在圖21和圖22中，省略了初始化用線圈的圖示。
除了N類型的磁傳感器10的GMR元件和初始化用線圈的配置不同這點之外，N類型的磁傳感器110具有與磁傳感器10相同的結(jié)構(gòu)。即，磁傳感器110的結(jié)構(gòu)包括與單個基片10a相同的單個基片110a；與絕緣層10b相同的絕緣層；形成在該絕緣層的最上層之上的共計8個GMR元件111～114、121～124；共計8個的初始化用線圈。GMR元件111～114、121～124和8個初始化用線圈的相對位置關(guān)系與GMR元件11～14、21～24和初始化用線圈31～34、41～44的相對位置關(guān)系相同。此外，與GMR元件11～14同樣，全橋連接GMR元件111～114，構(gòu)成X軸磁傳感器。與GMR元件21～24同樣，全橋連接GMR元件121～124，構(gòu)成Y軸磁傳感器。
第一X軸GMR元件111形成在基片110a的Y軸方向大致中央部、X軸負方向端部附近。第二X軸GMR元件112形成在基片110a的Y軸方向大致中央部、距X軸正方向從第一X軸GMR元件111離開一點距離的位置上。第三X軸GMR元件113形成在基片110a的Y軸方向大致中央部、X軸正方向端部附近。第四X軸GMR元件114形成在基片110a的Y軸方向大致中央部、距X軸負方向從第三X軸GMR元件113離開一點距離的位置上。第一～第四X軸GMR元件111～114的各縱向為Y軸方向。
第一Y軸GMR元件121形成在基片110a的X軸方向大致中央部、Y軸正方向端部附近。第二Y軸GMR元件122形成在基片110a的X軸方向大致中央部、距Y軸負方向從第一Y軸GMR元件121離開一點距離的位置上。第三Y軸GMR元件123形成在基片110a的X軸方向大致中央部、Y軸負方向端部附近。第四Y軸GMR元件124形成在基片110a的X軸方向大致中央部、距Y軸正方向從第三Y軸GMR元件123離開一點距離的位置上。第一～第四Y軸GMR元件121～124的各縱向為X軸方向。
除了S類型的磁傳感器50的GMR元件和初始化用線圈的配置不同這點之外，S類型的磁傳感器150具有與磁傳感器50相同的結(jié)構(gòu)。即，磁傳感器150的結(jié)構(gòu)包括與單個基片50a相同的單個基片150a；與絕緣層10b相同的絕緣層；形成在該絕緣層的最上層之上的共計8個GMR元件151～154、161～164；共計8個的初始化用線圈。GMR元件151～154、161～164和8個初始化用線圈的相對位置關(guān)系與GMR元件51～54、61～64和初始化用線圈71～74、81～84的相對位置關(guān)系相同。此外，與GMR元件51～54同樣，全橋連接GMR元件151～154，構(gòu)成X軸磁傳感器。與GMR元件61～64同樣，全橋連接GMR元件161～164，構(gòu)成Y軸磁傳感器。
第一～第四X軸GMR元件151～154的相對基板150a的位置關(guān)系，與第一～第四X軸GMR元件111～114的相對基板110a的位置關(guān)系相同。第一～第四X軸GMR元件151～154的各縱向為Y軸方向。此外，第一～第四X軸GMR元件161～164的相對基板150a的位置關(guān)系，與第一～第四Y軸GMR元件121～124的相對基板110a的位置關(guān)系相同。第一～第四Y軸GMR元件161～164的各縱向為X軸方向。
下面，關(guān)于如上所述構(gòu)成的磁傳感器110、150的制造方法進行說明。在該制造方法中，使用所述的磁鐵陣列MA和區(qū)別于磁鐵陣列MA的磁鐵陣列MB。
首先，在由所述方法準備了磁鐵陣列MA的同時，按以下所述的方法準備磁鐵陣列MB。在該磁鐵陣列MB的制造方法的說明之前，說明關(guān)于構(gòu)成磁鐵陣列MB的各部分。磁鐵陣列MB由軛鐵(軛鐵板)200、陣列用基板210、多個永久磁鐵(永久條形磁鐵)230構(gòu)成。
圖23至圖25中示出軛鐵200。圖23是軛鐵200的部分平面圖，圖24是圖23的部分放大圖，圖25是由沿圖24的2-2線的平面切割了軛鐵200的剖面圖。該軛鐵200是由具有比空氣還高的透磁率的磁性材料(例如42合金(Fe-42Ni合金)等)構(gòu)成的薄板體。最好軛鐵200由高飽和高透磁率材料(例如permalloy或硅鋼板)構(gòu)成。軛鐵200的平面形狀是矩形。軛鐵200的板厚在本例中是0.15mm。軛鐵200具有多個通孔201。通孔201正視為大致正方形狀。多個通孔201排列成正方格狀。即，各通孔201的重心與圖24中示出的正方格點SP一致。在平視中，通孔201的任意一邊平行于鄰接的通孔201的一個邊。換言之，通孔201的任意一邊和形成在與該通孔201同一列上的其他通孔201的一邊存在于同一條直線上。
如示出了一個通孔201的平面形狀的圖26所示，在平視中，各通孔201具有包括正方形部201a和邊緣部(圓弧形部分、R部)201b的形狀。正方形部201b的形狀是正方形。邊緣部201b從正方形部201b的各角部凸出到該正方形的外面。更具體地說，邊緣部201b的外形為在正方形部201a的對角線CR上具有中心RP的圓弧形狀。
在相互間隔最短距離鄰接的通孔201彼此之間，形成成為空氣隙的通孔202。通孔202的形狀平視是大致長方形。通孔202的長邊平行于與該通孔202鄰接的通孔201的正方形部201b的一邊。通孔202的長邊的長度與正方形部201a的一邊的長度大致相同，或僅比該正方形部201a的一邊的長度短一點。通孔202的短邊長度與形成GMR元件111～114、121～124、151～154、161～164的膜M的縱向長度大。
軛鐵200還具有開口(磁通控制孔)203。開口203形成在平視中包圍了正方形的重心SQ的位置上，該正方形是彼此連結(jié)所述正方格的各格點SP而形成的。開口203在平視中具有以重心SQ為中心的圓形形狀。
圖27和圖28中示出的陣列用基板210是加工了由圖29中示出的磁性材料(例如，高導(dǎo)磁合金)構(gòu)成的薄板體210a的基板。陣列用基板210在平視中具有與軛鐵200大致相同的形狀。陣列用基板210具有多個槽210b。多個槽210b設(shè)置在在平視中與軛鐵200的通孔201的同一地方(同一位置)。槽210b的形狀與通孔201的正方形部201a大致相同。
永久條形磁鐵230(參照圖31)具有長方體形狀。永久條形磁鐵230用與該長方體相對的長的中心軸垂直的平面切割了永久條形磁鐵230后的斷面的形狀形成與通孔201(和槽210b)大致相同的正方形。永久條形磁鐵230的磁極形成在具有所述正方形狀的兩個端面附近。多個永久條形磁鐵230的各磁荷的大小全部大致相等。
下面，敘述關(guān)于磁鐵陣列MB的制造方法。首先，準備成為軛鐵200的板體，通過對該板體施行蝕刻，形成通孔201、通孔202和開口203。接著，準備成為陣列用基板210的薄板體210a，由對該薄板體210a施行蝕刻(半蝕刻)，形成槽210b。
下面，如立體圖30和剖面圖31所示，在陣列用基板210上配置棱柱狀的橫柱220。橫柱220配置在由陣列用基板210的多個槽210b構(gòu)成的任意的一列與平行于該列且構(gòu)成鄰接的列的多個槽210b之間。在這樣地配置橫柱220時，該橫柱220的Z軸方向長度比形成永久條形磁鐵230的磁極的兩端面間的長度短。再有，在圖30中，省略了邊緣部201b。
接著，在橫柱220上配置軛鐵200。這時，配置軛鐵200，使得軛鐵200的通孔201(的正方形部201a)與陣列用基板210的槽210b平視一致。換言之，在橫柱220上配置了軛鐵200的狀態(tài)中，使槽210b和通孔201都在Z軸方向內(nèi)。再有，為了可以容易地進行這樣的配置，也可以在軛鐵200和陣列用基板210上設(shè)置用于定位的標記(定位標記)。
接著，分別向軛鐵200的多個通孔201中插入多個永久條形磁鐵230。在插入該永久條形磁鐵230時，使形成永久條形磁鐵230的一個磁極的一個端面與陣列用基板210的槽210b的上表面對接。其結(jié)果，配置成形成多個永久條形磁鐵230的其他磁極的其他端面(以下簡稱為“上表面”)存在于大致同一平面內(nèi)(同一平面上)。此外，這時，在包括永久條形磁鐵230的上表面的所述平面中，配置該永久條形磁鐵230，使得最短距離鄰接的磁極的極性不同。其結(jié)果，如圖32所示地配置了永久條形磁鐵230。在該狀態(tài)中，通過將永久條形磁鐵230插入到槽210b和軛鐵200的通孔201中，可以阻止永久條形磁鐵230的向X軸方向和Y軸方向的移動。
接著，一邊利用軛鐵200的開口203，一邊向上方(Z軸正方向)舉起軛鐵200。更具體地說，在使用釘扎安裝夾持兩個開口203的同時舉起軛鐵200。反復(fù)使用另一開口203進行這樣的動作，慢慢舉起軛鐵200整體。這時，如圖33所示，調(diào)整軛鐵200的高度(距陣列用基板210的距離)，使得永久條形磁鐵230的上表面(形成了多個永久條形磁鐵230的磁極的其他端面的總和)所形成的平面位于軛鐵200的上表面200up和下表面200dn之間。換言之，舉起軛鐵200，使得永久條形磁鐵230的上表面位于軛鐵200的板厚內(nèi)。再有，也可以使軛鐵200的上表面200up和永久條形磁鐵230的上表面形成的平面一致。之后，在拔出橫柱220的同時，對陣列用基板210固定軛鐵200。由以上來完成磁鐵陣列MB。
圖34是示出取出了4個磁鐵陣列MB的永久條形磁鐵230...230的狀態(tài)的立體圖。從該圖可知，在永久條形磁鐵230...230的上表面(形成了所述磁極的端面)中形成磁場，該磁場從一個N極向與該N極鄰接的距離最短的S極在各自90°的方向上不同。在本實施方式中，使用由該磁鐵陣列MB產(chǎn)生的磁場，作為用于GMR元件111～114、121～124、151～154、161～164的各偏磁膜的起磁的磁場。
該磁鐵陣列MB在間隔最短距離鄰接的磁極的極性不同的永久條形磁鐵230(的上表面)彼此之間形成成為空氣隙的通孔202。這樣，如圖35所示，磁通集中在通孔202內(nèi)和通孔202的附近部分的空間中。換言之，磁鐵陣列MB可以在局部的窄空間區(qū)域(通孔202的附近區(qū)域)中產(chǎn)生強度大且方向一定的磁場。
圖36和圖37是分別用箭頭表示了磁鐵陣列MB和磁鐵陣列MA的磁通形態(tài)的平視圖。通過比較這兩圖可知，由于磁鐵陣列MB不僅具有所述的通孔202，還具有開口203，故在間隔最短距離鄰接的異極的永久條形磁鐵230之間產(chǎn)生的磁場是直線型的，可以在局部產(chǎn)生比磁鐵陣列MA穩(wěn)定且強度一樣的磁場。
由于通過以上可以準備磁鐵陣列MA和MB，故以下說明關(guān)于磁傳感器110和150的具體制造方法。
首先，準備基板(石英玻璃、作為后述說明的圖39中示出的基板110a1的單晶片)，該基板形成了后面將成為GMR元件111～114、121～124、151～154、161～164的膜M。該基板與圖10中示出的基板10a1同樣地形成。此外，配置形成在基板上的膜M，使得在由后面的切割工序切割了該基板時，形成圖21和圖22中示出的一個個磁傳感器110、150。
下面，如圖38的平面圖所示，配置形成了成為GMR元件的膜M的所述的基板和磁鐵陣列MA(板93)，固定它們的相對位置關(guān)系。這時，使得形成了成為GMR元件的膜M的基板的面與板93的上表面連接(參照圖14)。另外，相對地配置該基板和磁鐵陣列MA，使成為磁傳感器110、150的各邊的基板的切割線CL的各交點CP分別與相互鄰接的4個永久條形磁鐵92...92的重心一致。從而，如圖38中的箭頭所示，在磁鐵陣列MA的上面放置了基板的狀態(tài)中，對成為GMR元件的各膜M施加方向垂直于該膜M的窄帶形部的縱向的磁場。
在該第二實施方式中，利用有關(guān)的磁場進行固定固定層P(固定層P的釘扎層)的磁化方向的熱處理。即，在圖38中示出的狀態(tài)中，由夾具C將板93和基板相互固定(參照圖14)，在真空中將它們加熱到250℃～280℃，維持該狀態(tài)放置4個小時左右。
接著，如圖39所示，配置形成了成為GMR元件的膜M的基板110a1，使得形成了成為該GMR元件的膜M的面與磁鐵陣列MB的軛鐵200的上表面200up連接。這時，如部分放大平面圖40所示，相對地配置該基板110a1和磁鐵陣列MB，使得成為磁傳感器110、150的各邊的基板110a1的切割線CL的各交點CP分別與永久條形磁鐵230...230的重心一致。此時，成為GMR元件的各膜M配置在平視的軛鐵200的開口202的內(nèi)側(cè)。其結(jié)果，在軛鐵200的上表面200up上放置了基板110a1的狀態(tài)中，如圖40中的箭頭所示，對成為GMR元件的各膜M施加該膜M的窄帶形部的縱向的磁場。
在該第二實施方式中，在利用有關(guān)的磁場進行偏磁膜的起磁的同時，使自由層的各磁區(qū)的磁化方向與初始狀態(tài)中的方向一致。即，初始化自由層的各磁區(qū)的磁化。
然后，取出基板110a1，形成連接各膜M的配線等。最后，沿圖38和圖40中示出的切割線CL切割基板110a1。這樣，可以同時制造出許多個圖21中示出的單片的(單個基片)磁傳感器110和圖22中示出的單片的(單個基片)磁傳感器150。
這樣，在第二實施方式中，使用磁鐵陣列MB在局部產(chǎn)生強磁場，由該磁場進行GMR元件的偏磁膜的起磁。磁鐵陣列MB具有軛鐵200，該軛鐵200形成了作為空氣隙功能的通孔202。從而，通過使用磁鐵陣列MB可以在通孔202的附近空間產(chǎn)生強度一樣的磁場，因此即使在偏磁膜中使用了矯頑力大的磁性材料的情況下，也可以可靠地使該偏磁膜起磁。其結(jié)果，即使在施加了干擾(例如，強外部磁場)之后，也可以提供一種自由層的磁化能穩(wěn)定地恢復(fù)到初始方向的高可靠性的磁傳感器110、150。
另外，在磁鐵陣列MB的軛鐵200中在來自各磁極的磁力線交叉而磁場變得不穩(wěn)定的部分上形成開口203。其結(jié)果，由于磁力線的方向性穩(wěn)定，故可以使所述通孔202附近的磁場進一步穩(wěn)定。此外，開口203用于調(diào)整磁鐵陣列MB的陣列用基板210和軛鐵200的距離(軛鐵200的高度)時。其結(jié)果，由于可以容易且理想地在高度方向調(diào)整軛鐵200的位置，故可以使要起磁的GMR元件的偏磁膜所在的部分上產(chǎn)生最佳的磁場。
另外，磁鐵陣列MB的軛鐵200的通孔201不是正方形，而是具有邊緣部201b的形狀，該邊緣部201b從正方形的各角部凸出到該正方形的外面。從而，在由蝕刻形成了通孔201時，即使在角部的蝕刻不充分的情況下，也能可靠地向通孔201內(nèi)插入永久條形磁鐵230。再有，也可以在槽210b的角部設(shè)置這樣的邊緣部。
本發(fā)明不僅限定于所述的實施例，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)采用各種各樣的變形例。例如，如圖20中的以第一X軸GMR元件301為代表例所示出的，窄帶形部301a也可以由設(shè)置在其兩端部下方的偏磁膜301b...301b的上部來分離。此外，初始化用線圈302也可以是雙排螺旋型的線圈，該線圈連接著分別具有中心點P1和中心點P2的螺旋線圈302-1和302-2。該情況下，第一XGMR元件301配置在中心點P1與P2之間，其結(jié)果，在通過該第一XGMR元件301下方的初始化用線圈302的各導(dǎo)線部上，相互平行且同一方向(垂直于各窄帶形部301a的縱向的方向)地流過電流，產(chǎn)生所述初始化用的磁場。此外，初始化用線圈也可以是多層線圈，也可以是環(huán)形線圈。另外，也可以在該初始化用線圈的上方或下方(Z軸方向)的所述絕緣層內(nèi)同時設(shè)置檢查用線圈，該檢查用線圈產(chǎn)生用于在垂直于初始化用線圈所產(chǎn)生的初始化用磁場的方向上檢查各GMR元件的功能的檢查用磁場。
權(quán)利要求
1.一種磁傳感器的制造方法，該磁傳感器具有磁阻效應(yīng)元件，所述磁阻效應(yīng)元件在基板上具有釘扎層、自由層和對該自由層給予偏磁場的由永久磁鐵構(gòu)成的偏磁膜，且所述磁阻效應(yīng)元件的電阻值根據(jù)該釘扎層的磁化方向和該自由層的磁化方向所形成的夾角變化，所述方法包括下述工序準備磁鐵陣列的工序，其將多個永久磁鐵設(shè)置在正方格的格點上，同時各永久磁鐵的磁極的極性與間隔最短距離鄰接的其他磁極的極性不同；制造單晶片的工序，其在所述基板上散布多個島狀的單元膜，該單元膜包括成為所述釘扎層的膜、成為所述自由層的膜和成為所述偏磁膜的膜；進行起磁工序，其將該單晶片配置在與該磁鐵陣列鄰近的位置上，使得所述單晶片和所述磁鐵陣列具有規(guī)定的相對的位置關(guān)系，并利用磁場進行成為所述多個單元膜的所述偏磁膜的膜的起磁，所述磁場形成在該磁鐵陣列的磁極中的一個磁極和與該磁極間隔最短距離鄰接的該磁鐵陣列的磁極中的其他磁極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的磁傳感器的制造方法，所述制造單晶片的工序包括以下工序形成成為多個單元膜的各自由層的膜，使得在將成為所述多個單元膜的各自由層的膜形成為具有長軸和短軸的形狀的同時至少該多個單元膜的成為自由層的膜的一個長軸與成為另一自由層的膜的長軸垂直，并且在成為各自由層的膜的長軸方向的兩端部形成成為所述偏磁膜的膜，進行成為所述偏磁膜的膜的起磁的工序中的所述規(guī)定的相對的位置關(guān)系是所述單晶片與該磁鐵陣列的相對的位置關(guān)系，它通過所述磁鐵陣列形成的磁場，使成為該偏磁膜的膜的磁化方向與在兩端形成了該偏磁膜的成為所述自由層的膜的長軸方向一致。
3.如權(quán)利要求2所述的磁傳感器的制造方法，其還包括釘扎工序把所述單晶片與所述磁鐵陣列鄰近配置，使得所述單晶片和所述磁鐵陣列具有與所述規(guī)定的相對位置關(guān)系不同的相對的位置關(guān)系，利用由所述磁鐵陣列形成的所述磁場，釘扎成為所述多個單元膜的所述釘扎層的膜的磁化方向。
全文摘要
一種具有可以穩(wěn)定維持自由層磁區(qū)的磁化方向的磁阻效應(yīng)元件的磁傳感器。該磁傳感器包括具有包括釘扎層和自由層的窄帶形部(11a、11a)的磁阻效應(yīng)元件。在自由層的兩端部下方形成了偏磁膜(11b、11b)和初始化用線圈(31)，所述偏磁膜(11b、11b)由使該自由層上產(chǎn)生規(guī)定方向的偏磁場的永久磁鐵構(gòu)成，所述初始化用線圈(31)與所述自由層鄰近而設(shè)，通過在規(guī)定條件下通電來對自由層施加與所述偏磁場同一方向的磁場。此外，偏磁膜的起磁和釘扎層的磁化方向的固定用由磁鐵陣列形成的磁場完成，使在多個永久磁鐵設(shè)置在正方格的格點上的同時各永久磁鐵的磁極的極性與間隔最短距離鄰接的其他磁極的極性不同。
文檔編號G01D5/12GK1873435SQ20061009239
公開日2006年12月6日 申請日期2003年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者大橋俊幸, 涌井幸夫 申請人:雅馬哈株式會社