專利名稱：磁傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用包含釘扎層(pinned layer)和自由層的磁阻效應(yīng)(磁力效應(yīng))元件的磁傳感器，特別是涉及具有在一個(gè)基片上形成兩個(gè)或更多磁阻效應(yīng)元件的磁傳感器及其制造方法，磁阻效應(yīng)元件的釘扎層的磁化方向彼此相交。
背景技術(shù)：
至今，已知有大型的磁阻效應(yīng)元件(GMR元件)、磁隧道效應(yīng)元件(TMR元件、隧道GMR元件)等其它元件可作為磁傳感器的元件使用。這些磁阻效應(yīng)元件有釘扎層和自由層，釘扎層的磁化方向被釘扎(pinned)(或固定fixed)在預(yù)定的方向上，自由層的磁化方向隨外磁場(chǎng)變化，從而顯示了符合釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向之間的相對(duì)關(guān)系的電阻值。
然而，在單個(gè)小基片上形成兩個(gè)或更多個(gè)磁阻效應(yīng)元件、磁阻效應(yīng)元件的釘扎層的磁化方向彼此相交是困難的。由于這種單個(gè)基片還沒有研制出來，因此存在一個(gè)問題，即由于釘扎層磁化方向的限制，利用磁阻效應(yīng)單個(gè)基片制成的磁傳感器不會(huì)有更廣泛的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征在于磁傳感器包含磁阻效應(yīng)元件，磁阻效應(yīng)元件包含釘扎層和自由層。所述磁阻效應(yīng)元件具有變化的電阻值，該電阻值隨釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向(之間)形成的相對(duì)夾角(relative angle)變化而變化。所述磁傳感器以下列方式形成即將多個(gè)所述磁阻效應(yīng)元件設(shè)置在單個(gè)基片(一個(gè)和相同的襯底)上。所述多個(gè)磁阻效應(yīng)元件中的至少兩個(gè)的釘扎層具有彼此相交的磁化方向。
這就是說，由于其中釘扎層磁化方向彼此相交的磁阻效應(yīng)元件形成在一個(gè)和相同的襯底上，磁傳感器可以實(shí)現(xiàn)體積小和廣泛應(yīng)用范圍。
本發(fā)明的另一個(gè)特征在于包含磁阻效應(yīng)元件的磁傳感器的制造方法，磁阻效應(yīng)元件包含釘扎層和自由層。所述磁阻效應(yīng)元件具有變化的電阻值，該電阻值隨釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向形成的夾角變化而變化。所述方法包含步驟1、 在襯底上按預(yù)定結(jié)構(gòu)形成包含磁層的層，所述磁層將成為所述釘扎層(例如，反鐵磁層antiferromagnetic和鐵磁層ferromagnetic)；2、 形成磁場(chǎng)施加磁層，用于給包含將成為所述的釘扎層磁層的層施加磁場(chǎng)；3、 磁化所述磁場(chǎng)施加磁層；4、 用所述磁場(chǎng)施加磁層的剩磁，磁化(pinning)將成為所述釘扎層的磁層的磁化方向。
根據(jù)上述方法，通過諸如鍍覆一類的方式形成磁場(chǎng)施加磁層，該磁場(chǎng)施加磁層用于給將成為釘扎層的磁層施加磁場(chǎng)，此后磁化這些磁場(chǎng)施加磁層。然后由上述磁場(chǎng)施加磁層的剩磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)，釘扎(pin)將成為所述釘扎層的磁層的磁化方向。在這種情況下，形成所述磁場(chǎng)施加磁層的步驟有利于形成所述磁場(chǎng)施加磁層，使其在一個(gè)平面中夾持包含將成為所述釘扎層的磁層層，所述磁場(chǎng)施加磁層的磁化方向與由所述剩磁磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向不同。
由上述磁場(chǎng)施加磁層的剩磁磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向依賴于磁場(chǎng)施加磁層的端面形狀。因此通過制作適當(dāng)形狀的端面，或通過相對(duì)于端面適當(dāng)?shù)胤胖冒瑢⒊蔀獒斣鷮拥拇艑拥膶?，可以給予包含將成為釘扎層的磁層的層任意方向的磁化。這樣就能在一個(gè)和相同的襯底上容易地制造兩個(gè)或更多個(gè)磁阻效應(yīng)元件，這些元件具有彼此不同方向的釘扎磁化(pin)。
本發(fā)明的再一個(gè)特征在于包含磁阻效應(yīng)元件的磁傳感器的制造方法，磁阻效應(yīng)元件包含釘扎層和自由層。所述磁阻效應(yīng)元件具有變化的電阻值，該電阻值隨釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向形成的夾角變化而變化。所述方法包括步驟1、 準(zhǔn)備以下列方式構(gòu)成的磁鐵陣列，使得在正方形格的格點(diǎn)處設(shè)置多個(gè)永久磁鐵，每個(gè)永久磁鐵的磁極的極性和與其相鄰并距離最短的其它磁鐵磁極的極性不同；2、 在所述磁鐵陣列上，設(shè)置薄片，在此薄片中已經(jīng)形成了包含至少將成為所述釘扎層的磁層；3、 利用在一個(gè)所述磁極和與其相鄰的并且距離最短的另一個(gè)所述磁極之間形成的磁場(chǎng)，釘扎將成為所述釘扎層的磁層的磁化方向。
以這樣的方式構(gòu)成上述磁鐵陣列，即將多個(gè)永久磁鐵放置在正方形格的格點(diǎn)處，每個(gè)永久磁鐵的磁極的極性與和其相鄰并且距離最短的其它磁極的極性不同。因此，在磁鐵陣列的平面圖中，在磁鐵陣列上，向右方向形成從N極向位于其右側(cè)S極的磁場(chǎng)、向上方向形成從N極向位于其上側(cè)S極的磁場(chǎng)、向左方向形成從N極下側(cè)向位于其左側(cè)S極的磁場(chǎng)和向下方向上從N極向位于其下側(cè)S極的磁場(chǎng)(參見圖56和57)。同樣地，對(duì)于一個(gè)S極，向左方向上形成從位于其右側(cè)N極向S極的磁場(chǎng)、向下方向上形成從位于其上側(cè)N極向S極的磁場(chǎng)、向右方向形成從位于其左側(cè)N極向S極的磁場(chǎng)和向上方向形成從位于其下側(cè)N極向S極的磁場(chǎng)。
上述方法利用這些磁場(chǎng)釘扎將成為釘扎層的層的磁化方向，從而可以在單個(gè)基片上容易地制造其中釘扎層的磁化方向彼此相交(在這種情況下，彼此垂直)的磁傳感器。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2磁傳感器的設(shè)計(jì)平面圖；圖2是圖1所示的磁隧道效應(yīng)元件(組)的放大圖；圖3是圖2所示的磁隧道元件(組)沿1-1線剖面圖；圖4是圖3所示的磁隧道元件(組)的平面示意圖，說明元件的反鐵磁膜和鐵磁膜(釘扎層)；圖5是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖6是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖7是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖8是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖9是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖10是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖11是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖12是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖13是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖14是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖15是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖16是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖17是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例1的磁傳感器的剖面示意圖；圖18是表示當(dāng)在元件的長度方向(X軸方向)給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，圖1所示的一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；
圖19是表示當(dāng)在與元件的長度方向垂直的方向(Y軸方向)上給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，圖1所示的一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；圖20是表示在與元件的長度方向垂直的方向上(X軸方向)當(dāng)給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，圖1所示的另一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；圖21是表示在元件的長度方向(Y軸方向)上當(dāng)給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，圖1所示的另一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；圖22是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖23是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖24是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖25是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖26是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖27是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖28是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖29是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖30是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖31是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖32是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖33是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖34是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖35是在制造過程中的一個(gè)步驟，實(shí)施例2的磁傳感器的剖面示意圖；圖36是表示當(dāng)在元件的長度方向(圖1中的X軸方向)給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)實(shí)施例2的一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；圖37是表示當(dāng)在與元件的長度方向垂直的方向(圖1中的Y軸方向)上給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)實(shí)施例2的一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；圖38是表示當(dāng)在與元件的長度方向垂直的方向上(圖1中的X軸方向)給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)實(shí)施例2的另一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；圖39是表示當(dāng)在元件的長度方向(圖1中的Y軸方向)上給元件施加強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)實(shí)施例2的另一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)的MR率的變化曲線圖；圖40是表示當(dāng)給根據(jù)實(shí)施例1和2的磁隧道元件組施加在與釘扎層的磁化方向垂直的方向上強(qiáng)度變化的外磁場(chǎng)時(shí)，釘扎層和自由層的磁化曲線圖；圖41時(shí)根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)襯底的平面圖，具有形成在其上的結(jié)構(gòu)不同鍍覆膜；圖42是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器的平面示意圖；圖43是圖42所示的第一X軸GMR元件的平面放大示意圖；圖44是圖43所示的第一X軸GMR元件沿圖43的2-2線剖面示意圖；圖45是說明圖43所示的第一X軸GMR元件的自旋閥結(jié)構(gòu)的圖；圖46是表示圖43所示的第一X軸GMR元件的電阻值(實(shí)線)相對(duì)于在X軸方向變化的磁場(chǎng)的變化曲線圖，以及元件的電阻值(虛線)相對(duì)于在Y軸方向變化的磁場(chǎng)的變化曲線圖；圖47是包含在圖42所示的磁傳感器中的X軸磁傳感器的等效電路圖；
圖48是表示圖47所示的X軸磁傳感器的輸出電壓(實(shí)線)相對(duì)于在X軸方向變化的磁場(chǎng)的變化曲線圖，以及傳感器的輸出電壓(虛線)相對(duì)于在Y軸方向變化的磁場(chǎng)的變化曲線圖；圖49是表示包含在圖42所示的磁傳感器中的Y軸磁傳感器的輸出電壓(實(shí)線)相對(duì)于在X軸方向變化的磁場(chǎng)的變化曲線圖，以及傳感器的輸出電壓(虛線)相對(duì)于在Y軸方向變化的磁場(chǎng)的變化曲線圖；圖50是在圖42所示的磁傳感器的制造過程中的一個(gè)步驟，其上已經(jīng)形成了自旋閥膜的石英玻璃的平面圖；圖51是用于制備磁鐵陣列的金屬板的平面圖，此磁鐵陣列將用于圖42所示的磁傳感器的制造；圖52是圖51所示的金屬板和永久條形磁鐵沿圖51的3-3線剖面圖；圖53是用于形成將用在圖42所示的磁傳感器的制造中的磁鐵陣列的板的平面圖；圖54是將用在圖42所示的磁傳感器的制造中的磁鐵陣列的剖面圖；圖55是表示圖42所示的磁傳感器的制造中的步驟的剖面圖；圖56是說明從圖54中的磁鐵陣列選取的一些磁鐵的透視圖；圖57是說明圖42所示的磁傳感器的每個(gè)GMR元件的釘扎層的磁化方向的釘扎方法的原理圖；圖58是說明圖42所示的磁傳感器和方位角之間關(guān)系的圖；和圖59是表示圖42所示的磁傳感器的輸出電壓與方位角之間的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器的實(shí)施例。
如圖1所示，根據(jù)第一實(shí)施例的磁傳感器包含通常的正方形襯底10、兩個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21、磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈30和多個(gè)電極焊盤40a至40f，其中矩形襯底10例如可以由SiO2/Si、玻璃或石英制成。磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈30分別與電極焊盤40a、40b、40c、40d、40e和40f連接。由于磁隧道效應(yīng)元件(組)11和磁隧道效應(yīng)元件(組)21在結(jié)構(gòu)上是相同的，因此下文將作為代表例描述磁隧道效應(yīng)元件(組)11，省略了磁隧道效應(yīng)元件(組)21的描述。
如放大的平面圖2所示，磁隧道效應(yīng)元件(組)11由多個(gè)(在本例中是20個(gè))串連連接的磁隧道效應(yīng)元件構(gòu)成。每個(gè)磁隧道效應(yīng)元件包含多個(gè)下電極(lower electrode)12，下電極12在襯底10上的平面圖中呈矩形，圖3顯示了沿圖2的1-1面的剖面圖。將下電極12排成列，彼此在橫向上隔開預(yù)定的距離。下電極12由導(dǎo)電的非磁性金屬材料Ta(可以是Cr或Ti)制成，并且厚大約30nm。在每個(gè)下電極12上分別層疊由PtMn制成的、厚大約30nm的反鐵磁膜13，并且將反鐵磁膜13形成為與下電極12一樣的平面形狀。
在每個(gè)反鐵磁膜13上，以一定間隔層疊由NiFe制成的、厚大約20nm的鐵磁膜對(duì)14、14。在平面圖中，這些鐵磁膜對(duì)14、14具有矩形形狀，并且排列為其長邊彼此平行相對(duì)。鐵磁膜14、14構(gòu)成釘扎層，其中磁化方向被反鐵磁膜13釘扎。在圖4的局部放大圖的箭頭方向上(即在向右的方向上)將鐵磁膜14、14磁化。這里，反鐵磁膜13和鐵磁膜(釘扎層)14、14構(gòu)成固定的磁化層，其中鐵磁膜14、14磁化方向基本固定(即具有固定的磁化軸axis)。
在每個(gè)鐵磁膜14上形成絕緣層15，絕緣層15具有與鐵磁膜14一樣的平面形狀。此絕緣層15由絕緣材料Al2O3(Al-O)制成，厚度大約為1nm。
在絕緣層15上形成鐵磁膜16，鐵磁膜16具有與絕緣層15一樣的平面形狀，并且由厚80nm的NiFe制成。此鐵磁膜16構(gòu)成自由層(自由磁化層)，其磁化方向隨著外磁場(chǎng)的方向而變化，并且此鐵磁膜16與由前述鐵磁膜14制成的釘扎層和前述絕緣層15一起構(gòu)成磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)。換句話說，反鐵磁膜13、鐵磁膜14、絕緣層15和鐵磁膜16構(gòu)成一個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(除了電極和其它)。
在每個(gè)鐵磁膜16上分別形成虛設(shè)膜17，虛設(shè)膜17具有與每個(gè)鐵磁膜16相同的平面形狀。用由Ta膜制成的、厚大約40nm的導(dǎo)電非磁性金屬材料構(gòu)成此虛設(shè)膜17。
在覆蓋襯底10、下電極12、反鐵磁膜13、鐵磁膜14、絕緣層15、鐵磁膜16和虛設(shè)膜17的區(qū)域中形成層間絕緣層18，用于絕緣隔離多個(gè)下電極12和反鐵磁膜13，并且用于絕緣隔離設(shè)置在每個(gè)反鐵磁膜13上的各個(gè)鐵磁膜對(duì)14、絕緣膜對(duì)15、鐵磁膜對(duì)16和虛設(shè)膜對(duì)17。層間絕緣層18由SiO2制成并且厚大約250nm。
穿過此層間絕緣層18，在每個(gè)虛設(shè)膜17上分別形成接觸孔18a。分別形成如用鋁(Al)制成的、厚大約300nm的上電極19、19，以便填充到接觸孔18a中，并且電連接設(shè)置在不同下電極12(和反鐵磁膜13)上的虛設(shè)膜對(duì)17、17中的每一個(gè)。這樣，通過將相鄰的磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)的鐵磁膜16、16中的每一個(gè)(虛設(shè)膜17、17中的每一個(gè))和反鐵磁膜13、13中的每一個(gè)與下電極12、反鐵磁膜13和上電極19交替依次連接，形成了磁隧道效應(yīng)元件(組)11，在磁隧道效應(yīng)元件(組)11中，其釘扎層具有相同的磁化方向的多個(gè)磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)串連連接。這里，在上電極19、19上形成了由SiO和SiN制成的保護(hù)膜(說明省略)。
線圈30用于給上述磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21提供交流偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并且線圈30埋置在襯底10的上部中，以便位于磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21的下面并在與磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21的釘扎層的磁化方向平行的方向上延伸。
下面，將參考圖5至17描述上述磁隧道效應(yīng)元件的制造方法。
在圖5至12和圖14至17中，為了說明，示出了由串連連接的四個(gè)磁隧道效應(yīng)元件制成的磁隧道效應(yīng)元件組。不過，在這些圖中，省略了線圈30的描述。
首先，如圖5所示，通過在襯底10(在此步驟，它是一塊襯底，通過以后的劃片dicing工藝，將由此襯底得到多個(gè)磁傳感器)上濺射形成構(gòu)成下電極12的、由Ta制成的膜，膜厚為大約30nm。然后，通過濺射分別形成由PtMn制成的膜和由NiFe制成的膜，用于構(gòu)成固定磁化層的反鐵磁膜13和鐵磁膜(釘扎層)14，膜厚分別為30nm和20nm。在此描述中，下電極12、將作為反鐵磁膜13的PtMn膜和將作為鐵磁膜14的FeNi膜被稱為下磁層SJ。
此后，層疊僅1nm的鋁，并且用氧氣氧化鋁，形成Al2O3(Al-O)膜作為絕緣層15。接著，例如通過濺射形成由NiFe構(gòu)成的膜，用此膜構(gòu)成自由層的鐵磁膜16，厚度為80nm，在其上形成由Ta制成的膜，用來構(gòu)成虛設(shè)膜17，厚度為40nm。這里，鐵磁膜16和虛設(shè)膜17被稱為上磁層UJ。然后，利用離子銑刀等，加工分隔上磁層UJ，如圖6所示。加工分隔下磁層SJ，如圖7所示，最終，形成一個(gè)預(yù)定結(jié)構(gòu)層。
然后，如圖8所示，通過濺射形成構(gòu)成層間絕緣層18的、由SiO2構(gòu)成的膜，使得在元件上其厚度將為250nm，通過濺射在其上形成由Cr制成的膜和由NiFe制成的膜，厚度分別為100nm和50nm，作為鍍覆的底層膜。然后，涂覆抗蝕劑51，如圖9所示。將抗蝕劑51布圖為預(yù)定的形狀，以便不覆蓋后面將進(jìn)行鍍覆的部分。
然后，如圖10所示，用NiCo鍍覆薄片，作為磁場(chǎng)施加磁層。例如將NiCo的厚度設(shè)為10μm。然后，如圖11所示，除去抗蝕劑之后，對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行銑削，(Ar銑削)以除去作為鍍覆底層膜形成的NiFe，如圖12所示。
圖13是在此狀態(tài)的薄片的平面圖。在圖13中，為了方便，用參考標(biāo)號(hào)10代表通過后面的劃片工序?qū)⒈舜朔蛛x的每個(gè)襯底。參考圖13，通過前面對(duì)抗蝕劑的布圖，形成每個(gè)磁場(chǎng)施加磁層(NiCo)，該磁場(chǎng)施加磁層(NiCo)具有通常的正方形形狀，其中心位于后面將彼此分離的四個(gè)相鄰襯底10的中心，并且設(shè)置磁場(chǎng)施加磁層(NiCo)，使得在縱向上和橫向上排除剛好位于磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21上的部分(portion)(即，使得夾持將作為磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21的層，該層具有預(yù)定結(jié)構(gòu)，在平面圖中，在該處形成了包含將作為釘扎層磁層的下磁層SJ)。在此狀態(tài)下，在與每個(gè)磁場(chǎng)施加磁層形成的正方形的對(duì)角線平行的方向上施加強(qiáng)度大約為1000(oe)的磁場(chǎng)，使得磁場(chǎng)施加磁層在圖13中箭頭A所示的方向上磁化。
然后，除去上述磁場(chǎng)。此時(shí)，磁場(chǎng)施加磁層的剩磁磁化在從每個(gè)磁場(chǎng)施加磁層的上邊到相鄰的磁場(chǎng)施加磁層的的下邊的方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且在從每個(gè)磁場(chǎng)施加磁層的右側(cè)到相鄰的磁場(chǎng)施加磁層的左側(cè)的方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)，如圖13中的箭頭B所示。為此，在將成為此隧道效應(yīng)元件(組)11、21的部分施加了平行于該部分的長度方向的磁場(chǎng)。然后，為了將由PtMn制成的反鐵磁膜13形成為有序合金，并且提供交換耦合磁場(chǎng)Hex，將薄片放到高溫環(huán)境中進(jìn)行高溫退火工序。結(jié)果，形成在一個(gè)并且相同的襯底10上的磁隧道效應(yīng)元件(組)11將具有釘扎層，此釘扎層在彼此不同的方向上被磁化(釘扎)(在這種情況下，是在彼此垂直的方向上)。換句話說，每個(gè)磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21將在圖1中的箭頭所示的方向上具有固定的磁化軸。
接著，如圖14所示，利用酸除去鍍覆膜NiCo和濺射的NiFe，利用銑削除去Cr，如圖15所示。此后，如圖16所示，穿過層間絕緣膜18形成接觸孔18a；如圖17所示，通過濺射形成厚300nm的Al膜；將Al膜加工為布線圖形，以形成上電極19。
然后，在襯底10上形成圖1所示的電極焊盤40a至40f，將電極焊盤40a至40f分別連接到磁隧道效應(yīng)元件(組)11、21和線圈30。最后，通過CVD形成由SiO制成的、厚150nm的膜(未示出)和由SiN制成的、厚1000nm的膜(未示出)，作為保護(hù)膜(鈍化膜)。此后，通過銑削、反應(yīng)離子蝕刻或利用抗蝕劑掩模的蝕刻打開部分保護(hù)膜，以便露出電極焊盤40a至40f。接著，對(duì)襯底進(jìn)行回磨(通過研磨減薄)；通過劃片將襯底分為各個(gè)磁傳感器；最后，進(jìn)行封裝。
這樣制造了磁隧道效應(yīng)元件(組)11并示于圖1，施加外磁場(chǎng)，該外磁場(chǎng)沿著圖1所示的X軸方向和垂直于X軸的Y軸方向的各個(gè)軸改變強(qiáng)度，以便測(cè)量施加磁場(chǎng)時(shí)的電阻變化率MR(MR率)。結(jié)果示于圖18和19，從圖18和19將可以看出，磁隧道效應(yīng)元件(組)11的MR率隨外磁場(chǎng)在X軸方向變化而變化的幅度比隨外磁場(chǎng)在Y軸方向的變化而變化的幅度更大。這就證實(shí)了在磁隧道效應(yīng)元件(組)11中，其釘扎層的磁化方向平行于X軸。
同樣，對(duì)于圖1所示的磁隧道效應(yīng)元件(組)21，施加外磁場(chǎng)，該外磁場(chǎng)沿著圖1所示的X軸方向和垂直于X軸的Y軸方向的各個(gè)軸改變強(qiáng)度，以便測(cè)量施加磁場(chǎng)時(shí)的電阻變化率MR(MR率)。結(jié)果示于圖20和21，從圖20和21將可以看出，磁隧道效應(yīng)元件(組)21的MR率隨外磁場(chǎng)在Y軸方向變化而變化的幅度比隨外磁場(chǎng)在X軸方向的變化而變化的幅度更大。這就證實(shí)了在磁隧道效應(yīng)元件(組)21中，其釘扎層的磁化方向平行于Y軸。換句話說，已經(jīng)證實(shí)在一個(gè)并且相同的襯底10上，此磁傳感器具有兩個(gè)具有釘扎層的磁隧道效應(yīng)元件(磁阻效應(yīng)元件)，其中釘扎層被釘扎，使得其磁化方向彼此不同(即，使得其磁化方向彼此相交)。
下面將描述根據(jù)第二實(shí)施例的磁傳感器。
第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別僅在于第一實(shí)施例的固定磁化層用PtMn和NiFe構(gòu)成，而第二實(shí)施例的磁化層由厚30nm的MnRh膜和厚40nm的NiFe膜(釘扎層)構(gòu)成。另一方面，由于這種固定磁化層的材料不同，制造第二實(shí)施例的方法與第一實(shí)施例稍有不同，下面將具體描述。
即，在第二實(shí)施例中，如圖22所示，通過濺射在襯底10上形成厚30nm的Ta膜、厚30nm的MnRh膜和厚40nm的NiFe膜，以便形成下磁層SJ，接著，形成1nm的Al膜，并氧化該Al膜，以形成絕緣層15，在其上形成厚40nm的NiFe膜和厚40nm的Ta膜，以便形成上磁層UJ。
接著，如圖23所示，加工分隔上磁層UJ，加工分隔下磁層SJ，如圖24所示。然后，如圖25所示，濺射SiO2形成厚250nm的膜，以形成層間絕緣層18，然后穿過層間絕緣層18形成接觸孔18a，如圖26所示。接著，如圖27所示，濺射Al形成厚300nm的膜，并加工成布線圖形，以形成上電極19。然后，如圖28所示，通過CVD形成由SiO和SiN制成的保護(hù)膜20。
然后，如圖29所示，通過濺射形成由Cr制成的膜和由NiFe制成的膜，它們分別厚100nm和50nm，作為鍍覆的底層，接著，涂覆抗蝕劑51，如圖30所示，將抗蝕劑51布置為預(yù)定的形狀，使其不覆蓋后面將進(jìn)行鍍覆的部分。
然后，如圖31所示，用NiCo鍍覆薄片作為施加磁場(chǎng)層。例如，將NiCo的厚度設(shè)定為10μm。然后，如圖32所示，除去抗蝕劑之后，對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行銑削(Ar銑削)，以除去形成為鍍覆底層膜的NiFe，如圖33所示。在此步驟，薄片處于圖13所示的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，在與每個(gè)磁場(chǎng)施加磁層形成的正方形的的對(duì)角線平行的方向上施加大約1000(oe)強(qiáng)度的磁場(chǎng)，以便在圖13中的箭頭A所示的方向上使磁場(chǎng)施加磁層磁化。此后，除去磁場(chǎng)。
此時(shí)，對(duì)于后面將成為磁隧道效應(yīng)元件(組)11’、21’的部分，通過NiCo的剩磁磁化施加磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)平行于上述部分的長度方向。然后，將薄片放入高溫環(huán)境中進(jìn)行高溫退火工序。結(jié)果，形成在一個(gè)并且是相同的襯底10’上的磁隧道效應(yīng)元件(組)11’、21’將具有在彼此不同的方向上磁化(釘扎)的釘扎層(在這種情況下，在彼此垂直的的方向上)。完成高溫退火工序之后，用酸除去鍍覆膜NiCo和鍍覆的底層膜NiFe，如圖34所示，通過銑削除去鍍覆的底層膜Cr，如圖35所示。此后，進(jìn)行與第一實(shí)施例一樣的工序。
對(duì)于如此制造并示于圖1的磁隧道效應(yīng)元件(組)(圖1所示的11’)，施加外磁場(chǎng)，該外磁場(chǎng)沿著X軸方向和垂直于X軸的Y軸方向的各個(gè)軸改變強(qiáng)度，以便測(cè)量施加磁場(chǎng)時(shí)的電阻變化率MR(MR率)。結(jié)果示于圖36和37，從圖36和37將可以看出，磁隧道效應(yīng)元件(組)11’的MR率隨外磁場(chǎng)在X軸方向變化而變化的幅度比隨外磁場(chǎng)在Y軸方向的變化而變化的幅度更大。這就證實(shí)了在磁隧道效應(yīng)元件(組)11’中，其釘扎層的磁化方向平行于X軸。
同樣，對(duì)于圖1所示的磁隧道效應(yīng)元件(組)21’，施加外磁場(chǎng)，該外磁場(chǎng)沿著X軸方向和垂直于X軸的Y軸方向的各個(gè)軸改變強(qiáng)度，以便測(cè)量施加磁場(chǎng)時(shí)的電阻變化率MR(MR率)。結(jié)果示于圖38和39，從圖38和39將可以看出，磁隧道效應(yīng)元件(組)21’的MR率隨外磁場(chǎng)在Y軸方向變化而變化的幅度比隨外磁場(chǎng)在X軸方向的變化而變化的幅度更大。這就證實(shí)了在磁隧道效應(yīng)元件(組)21’中，其釘扎層的磁化方向平行于Y軸。換句話說，已經(jīng)證實(shí)在一個(gè)并且相同的襯底10’上，根據(jù)第二實(shí)施例的磁傳感器具有兩個(gè)具有釘扎層的磁隧道效應(yīng)元件(磁阻效應(yīng)元件)，其中釘扎層被釘扎，使得其磁化方向彼此相交(即，彼此不同)。
如上所述，根據(jù)第一和第二實(shí)施例的磁傳感器在一個(gè)并且是相同的襯底上(在一個(gè)基片上)具有磁隧道效應(yīng)元件，在磁隧道效應(yīng)元件中，釘扎層的磁化方向彼此相交(即，至少兩個(gè)釘扎層的磁化方向形成的角度不是0°和180°)。為此，可以將這些磁傳感器用作弱磁傳感器(例如，用作地磁傳感器等)，這種磁傳感器需要在不同的方向檢測(cè)磁場(chǎng)。而且，根據(jù)上述實(shí)施例的方法，這些傳感器很容易制造。
這里，在第一實(shí)施例中，既然PtMn用在固定磁化層中，磁層中釘扎層的磁化方向必須在將薄片剛放入高溫的同時(shí)釘扎釘扎層，因此，在為了形成保護(hù)膜通過CVD等進(jìn)行高溫處理之前的步驟，對(duì)薄片進(jìn)行高溫退火工序。相反，在第二實(shí)施例中，用MnRh作為固定磁化層。如果在高溫退火工序之后進(jìn)行另外的高溫處理，將降低MnRh的質(zhì)量。因此，在第二實(shí)施例中，在為了形成保護(hù)膜通過CVD等進(jìn)行高溫處理之后，進(jìn)行高溫退火工序。
此外，根據(jù)上述第一和第二實(shí)施例的制造方法，一個(gè)可以得到一種磁隧道效應(yīng)元件(組)，該磁隧道效應(yīng)元件(組)對(duì)要檢測(cè)的外磁場(chǎng)呈現(xiàn)平滑的函數(shù)性能。換句話說，當(dāng)給磁隧道效應(yīng)元件組11、21、11’、21’施加在垂直于釘扎層的磁化方向的方向上強(qiáng)度變化的磁場(chǎng)時(shí)，釘扎層的磁化平滑變化，如圖40的線LP所示。另一方面，由于形狀的各向異性，這些元件的自由層對(duì)上述外磁場(chǎng)的方向敏感反應(yīng)，并且將外磁場(chǎng)接近于“0”附近時(shí)，自由層的磁化呈階式變化，如圖40所示。結(jié)果，當(dāng)外磁場(chǎng)為“0”時(shí)，在釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向之間形成的相關(guān)角度達(dá)到最大值，(大約90°)，隨著外磁層強(qiáng)度(絕對(duì)值)的增加，相關(guān)角度減小。這可以通過圖19、20、37和38得到證實(shí)。
此外，從圖13也可以清楚地看出，當(dāng)在圖13中的箭頭A所示的預(yù)定方向上磁化鍍覆膜(NiCo)時(shí)，所述鍍覆膜(NiCo)構(gòu)成每個(gè)磁場(chǎng)施加磁層時(shí)，在通過鍍覆膜的剩磁磁化在鍍覆膜之間產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?qū)⑴c鍍覆膜的磁化方向不同，而將在與鍍覆膜M的端表面垂直的方向上，如圖13中的箭頭B所示。因此，如圖41所示，如果設(shè)計(jì)鍍覆膜M的端面形狀，并在箭頭C所示的方向上磁化此鍍覆膜，可以在薄片上的適當(dāng)位置處局部產(chǎn)生所需要的方向的磁場(chǎng)(由箭頭D所示的方向)。因此，通過利用這種方式，可以在一個(gè)襯底上制造具有固定磁化軸的磁隧道效應(yīng)元件TMR1、TMR2(在一個(gè)基片上的磁隧道效應(yīng)元件TMR1、TMR2，其中釘扎層的磁化方向彼此相交)。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的磁傳感器。當(dāng)用TMR元件構(gòu)成上述第一和第二實(shí)施例的磁傳感器時(shí)，第三實(shí)施例的磁傳感器由GMR元件構(gòu)成。此外，此磁傳感器配置有用于檢測(cè)X軸方向的磁場(chǎng)的X軸傳感器和用于檢測(cè)Y軸方向的磁場(chǎng)的Y軸磁傳感器，其中Y軸垂至于X軸。
更具體地說，此磁傳感器60具有矩形(通常是正方形)形狀，具有在如圖42所示的平面圖中彼此垂直的、沿著X軸和Y軸的側(cè)邊，并且磁傳感器60包含由石英玻璃制成的單個(gè)基片(相同的襯底)60a，該基片60a在垂直于X軸和Y軸的Z軸方向上厚度很??；形成在基片60a上的八個(gè)GMR元件61-64、71-74；形成在基片60a上的八個(gè)焊盤65-68、75-78；和連接焊盤和元件的連接線。
在X軸的負(fù)方向上的基片60a的端部附近和總的來說在Y軸方向的基片60a的中央部分稍下一點(diǎn)的位置形成第一X軸GMR元件61，釘扎層的釘扎磁化方向在X軸的負(fù)方向上，如圖42中的箭頭所示。在X軸的負(fù)方向的基片60a的端部附近和總的來說在Y軸方向的基片60a的中央部分稍上一點(diǎn)的位置形成第二X軸GMR元件62，釘扎層的釘扎磁化方向在X軸的負(fù)方向上，如圖42中的箭頭所示。在X軸的正方向的基片60a的端部附近和總的來說在Y軸方向的基片60a的中央部分稍上一點(diǎn)的位置形成第三X軸GMR元件63，釘扎層的釘扎磁化方向在X軸的正方向上，如圖42中的箭頭所示。在X軸的正方向上的基片60a的端部附近和總的來說在Y軸方向的基片60a的中央部分稍下一點(diǎn)的位置形成第四X軸GMR元件64，釘扎層的釘扎磁化方向在X軸的正方向上，如圖42中的箭頭所示。
在Y軸的正方向上的基片60a的端部附近和總的來說在X軸方向上的基片60a的中央部分稍左的位置形成第一Y軸GMR元件71，釘扎層的釘扎磁化方向在Y軸的正方向上，如圖42中的箭頭所示。在Y軸的正方向上的基片60a的端部附近和總的來說在X軸方向上的基片60a的中央部分稍右的位置形成第二Y軸GMR元件72，釘扎層的釘扎磁化方向在Y軸的正方向上，如圖42中的箭頭所示。在Y軸的負(fù)方向上的基片60a的端部附近和總的來說在X軸方向上的基片60a的中央部分稍右的位置形成第三Y軸GMR元件73，釘扎層的釘扎磁化方向在Y軸的負(fù)方向上，如圖42中的箭頭所示。在Y軸的負(fù)方向上的基片60a的端部附近和總的來說在X軸方向上的基片60a的中央部分稍左的位置形成第四Y軸GMR元件74，釘扎層的釘扎磁化方向在Y軸的負(fù)方向上，如圖42中的箭頭所示。
GMR元件61-64、71-74具有基本上彼此相同的結(jié)構(gòu)，除了它們?cè)诨?0a上的位置和相對(duì)于基片60a釘扎層的的釘扎磁化方向不同。因此下文將第一X軸GMR元件61作為代表例來描述它們的結(jié)構(gòu)。
如第一X軸GMR元件61的平面圖43和沿圖43的2-2線的剖面示意圖44所示，第一X軸GMR元件61包含由自旋閥膜(spin valve)膜SV制成并且用Y軸方向作為其縱向的多個(gè)窄帶形部分61a......61a和由如CoCrPt硬鐵磁材料制成的偏磁膜(硬鐵磁薄膜層)61b...61b，偏磁膜61b......61b形成在Y軸方向上的每個(gè)窄帶形部分61a的兩個(gè)端部下面。每個(gè)窄帶形部分61a...61a在每個(gè)偏磁膜61b的上表面上在X軸方向延伸，并且與相鄰的窄帶形部分61a連接。
如圖45中的膜結(jié)構(gòu)所示，第一X軸GMR元件61的自旋閥膜SV由自由層(自由磁化層)F、由Cu制成的厚2.4nm(24)的導(dǎo)電隔層S、釘扎固定磁化層P和頂層C構(gòu)成，然后層疊到構(gòu)成襯底的基片60a上，所示頂層C由鈦(Ti)或鉭(Ta)制成，并且厚2.5nm(25)的厚度。
自由層F是其磁化方向隨外磁場(chǎng)方向變化的層，并且由形成在基片60a上面的CoZrNb非晶磁層61-1、形成在CoZrNb非晶磁層61-1上面的NiFe磁層61-2和形成在NiFe磁層61-2上面的CoFe層61-3構(gòu)成，CoZrNb非晶磁層61-1的厚度為8nm(80)，NiFe磁層61-2的厚度為3.3nm(33)，CoFe層61-3的厚度為大約1-3nm(10-30)。CoZrNb非晶磁層61-1和NiFe磁層61-2構(gòu)成軟磁薄膜層。CoFe層61-3用于防止NiFe層61-2中的Ni和隔層S61-4中的Cu的擴(kuò)散。這里，上述偏磁膜61b...61b在Y軸方向(圖43中的箭頭所示的右和左方向)給自由層F施加偏磁場(chǎng)，用于保持自由層F的同軸各向異性。
固定磁化層P是厚2.2nm(22)的CoFe磁層61-5和厚24nm(240)的反鐵磁膜61-6的層，反鐵磁膜61-6由包含45-55摩爾％Pt的PtMn合金形成。以交換耦合的方式順著CoFe磁層61-5襯以磁化的反鐵磁膜61-6，以便構(gòu)成其磁化方向釘扎(固定)在X軸負(fù)方向上的釘扎層。
如此構(gòu)成的第一X軸GMR元件61具有與外電場(chǎng)成正比變化的電阻值，該外磁場(chǎng)沿著X軸在-Hc到+Hc的范圍內(nèi)變化，并且具有隨沿Y軸變化的外磁場(chǎng)恒定的電阻值，如圖46中的虛線所示。
通過第一至第四X軸GMR元件61-64的全橋連接構(gòu)成X軸磁傳感器，如圖47中的等效電路所示。這里，在圖47中箭頭表示GMR元件61-64的釘扎層的釘扎磁化方向。在這種結(jié)構(gòu)中，焊盤67和焊盤68分別與恒定的電源(未示出)的正極和負(fù)極連接，以便給出電壓Vxin+(在本例中是5V)和電壓Vxin-(在本例中是0V)。然后取出焊盤65和焊盤66的電壓，作為電壓Vxout+和Vxout-，取出它們(Vxout+-Vxout-)的電壓差，作為傳感器的輸出Vxout。結(jié)果，X軸磁傳感器顯示了通常與外電場(chǎng)成正比變化的輸出電壓Vxout，此外磁場(chǎng)沿著X軸在-Hc到+Hc的范圍內(nèi)變化，如圖48中的實(shí)線所示，并且X軸磁傳感器還顯示了隨沿Y軸變化的外磁場(chǎng)的“0”輸出電壓，如圖48中的虛線所示。
以與X軸磁傳感器一樣的方式，通過第一至第四Y軸GMR元件的完全橋連構(gòu)成Y軸磁傳感器。此外，焊盤77和焊盤78分別與恒定電源(未示出)的正極和負(fù)極連接，以便給出電壓Vyin+(在本例中是5V)和電壓Vyin-(在本例中是0V)。然后，取焊盤75和焊盤76之間的電壓差，作為傳感器的輸出電壓Vyout。結(jié)果，Y軸磁傳感器顯示了與沿著Y軸在-Hc至+Hc范圍內(nèi)變化的外磁場(chǎng)成比例的輸出電壓Vyout，如圖49中的虛線所示，并且顯示了總的來說隨沿X軸變化的外磁場(chǎng)的“0”輸出電壓，如圖49中的實(shí)線所示。
下面將描述以上述方式構(gòu)成的磁傳感器60的制造方法。首先，如平面圖50所示，在矩形石英玻璃60a1上以島狀方式形成由上述自旋閥膜SV制成的多個(gè)膜M和將構(gòu)成GMR元件的上述偏磁膜61b。利用超級(jí)高真空裝置通過順序?qū)盈B將膜M形成到精確的厚度。形成這些膜M，使得當(dāng)通過后面進(jìn)行的切割工藝沿著圖50的虛線切割石英玻璃60a1，將其分為圖42所示的各個(gè)基片60a時(shí)，膜M將位于圖42所示的GMR元件61-64、71-74的位置。此外，在石英玻璃60a1的四個(gè)角形成除了十字形狀以外具有矩形形狀的對(duì)準(zhǔn)(定位)掩膜60b。
然后，如平面圖51和沿圖51的3-3線切得的剖面圖52所示，準(zhǔn)備矩形金屬板81，其中以正方形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)形成了多個(gè)正方形通孔(即，彼此等間距地沿著X軸和Y軸形成正方形通孔，此正方形通孔具有平行于X軸和Y軸的邊)。然后，將平行六面體形并且具有幾乎與通孔一樣的正方形截面的永久條形磁鐵82...82插入金屬板81的通孔中，使得形成磁極處永久條形磁鐵82...82的端面平行于金屬板81。此時(shí)，排列永久條形磁鐵82...82，使得每個(gè)條形磁鐵82的磁極的極性與和其相鄰并間隔最短距離的其它永久條形磁鐵82的磁極的極性不同。這里，采用的永久條形磁鐵82...82具有相同大小的磁荷。
然后，如平面圖53所示，準(zhǔn)備厚大約0.5nm、由透明的石英玻璃制成的板83，此板83具有與上述金屬板81幾乎一樣的矩形性長，讓此板83在四個(gè)角上具有用于定位的、與上述石英玻璃60a1的對(duì)準(zhǔn)掩模相匹配的形狀的對(duì)準(zhǔn)(定位)掩模83a。此外，在中央部分，在與插入上述金屬板81的永久條形磁鐵82...82的外形相對(duì)應(yīng)的位置形成對(duì)準(zhǔn)掩模83b。接著，如圖54所示，利用粘合劑將永久條形磁鐵82...82的上表面粘接到板83的下表面。此時(shí)，通過對(duì)準(zhǔn)掩模83b確定永久條形磁鐵82相對(duì)于板83的相對(duì)位置。然后，從下側(cè)除去金屬板81。在此步驟，永久條形磁鐵82...82和板83形成以下列方式構(gòu)成的瓷陣列即在正方形陣列的格點(diǎn)處設(shè)置了多個(gè)具有構(gòu)成磁極的正方形端面的永久磁鐵，每個(gè)永久磁鐵的磁極的極性與和其相鄰并間隔最短距離的其它永久條形磁鐵82的磁極的極性不同。
然后，如圖55所示，定位石英玻璃60a1，使得其上形成了將成為GMR元件的膜的表面與板83的上表面接觸，在石英玻璃60a1中，形成了將成為GMR元件的膜(包含將成為釘扎層的磁層的層，即，該層包含成為固定磁化層的磁層)。通過使對(duì)準(zhǔn)掩模83a的十字形與各個(gè)與上述對(duì)準(zhǔn)掩模60b的已經(jīng)去除了十字形的部分相吻合來精確地確定石英玻璃60a1相對(duì)于板83的相對(duì)位置。
圖56是說明其中已經(jīng)選取四個(gè)上述永久條形磁鐵82...82的狀態(tài)的透視圖。從此圖可以清楚地看出，在永久條形磁鐵82...82的上表面上，形成的磁場(chǎng)從一個(gè)N極指向與N極相鄰的距離最短的四個(gè)S極，即，在彼此相差90°的四個(gè)方向。因此，如圖57的模型圖所示，在將石英玻璃60a1放置在圖55所示的板83的上表面上的狀態(tài)下，在Y軸的正方向、X軸的正方向、Y軸的負(fù)方向和X軸的負(fù)方向的磁場(chǎng)施加給與N極的正方形端面的每個(gè)邊平行并且將成為GMR元件的膜。
在本實(shí)施例中，利用這樣的磁場(chǎng)，進(jìn)行熱處理以固定固定磁化層P的磁化方向(固定磁化層P的固定層)。即，在圖55的狀態(tài)下，通過夾持器CL將板83和石英玻璃60a1彼此固定，在真空中加熱到250℃至280℃，并且使其保持這種狀態(tài)大約4小時(shí)。
此后，取出石英玻璃60a1；形成圖42所示的焊盤65-68、75-78；形成連接這些焊盤的布線；最后沿著圖50所示虛線切割石英玻璃60a1。上述工藝完成了圖42所示的磁傳感器60的制造。
下面將描述利用上述磁傳感器對(duì)磁性的測(cè)量結(jié)果。在此測(cè)量中，當(dāng)磁傳感器60的Y軸的正方向指向南時(shí)，方位角θ(測(cè)量角)限定為0°，如圖58所示。測(cè)量結(jié)果示于圖59。從圖59可以清楚地看出，實(shí)線所示的X軸磁傳感器輸出Sx的變化像正弦曲線，虛線所示的Y軸磁傳感器輸出Sy的變化像余弦曲線。圖48和49所示的特性正是所預(yù)期的結(jié)果。
在這種情況下，可以通過下列方式來確定方位角(1)當(dāng)X軸磁傳感器輸出Sx和Y軸磁傳感器輸出Sy都是正值時(shí)，θ＝arctan(Sx/Sy)；(2)當(dāng)Y軸磁傳感器輸出Sy為負(fù)值時(shí)，θ＝180°+arctan(Sx/Sy)；(3)當(dāng)X軸磁傳感器輸出Sx為負(fù)值，Y軸磁傳感器輸出Sy為正值時(shí)，θ＝360°+arctan(Sx/Sy)。因此，例如可以將磁傳感器60用作磁性(方位角)傳感器，它可以安裝到如手提電話的便攜式電子設(shè)備上。這里，如果當(dāng)方位角在從270至360的范圍內(nèi)時(shí)，允許從90°至0°范圍內(nèi)的顯示，那么當(dāng)輸出所Sy為正值時(shí)，可以通過θ＝arctan(Sx/Sy)來確定方位角，當(dāng)輸出Sy為負(fù)值時(shí)，可以通過θ＝180°+arctan(Sx/Sy)來確定方位角。
如上所述，根據(jù)第三實(shí)施例，準(zhǔn)備以下列方式構(gòu)成的磁鐵陣列，使得多個(gè)永久磁鐵設(shè)置在正方形格的格點(diǎn)處，每個(gè)永久磁鐵的磁極的極性與和其相鄰并間隔最短距離的其它永久磁鐵的磁極的極性不同，利用由磁鐵陣列形成的磁場(chǎng)，將成為上述釘扎層的磁層的磁化方向被釘扎。因此，在單個(gè)基片上，可以容易地形成GMR元件，其中釘扎層地釘扎磁化方向彼此不同(彼此垂直)。此外，通過此方法，可以一次大量制造單個(gè)基片，每個(gè)基片具有其中釘扎層的釘扎磁化方向彼此不同的GMR元件，從而減少單個(gè)基片的制造費(fèi)用。
這里，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作出各種修改。例如，盡管在上述第一和第二實(shí)施例中采用具有大的剩磁磁化的NiCo作為鍍覆層，但也可以用具有大的剩磁磁化的其它材料(例如Co)來代替NiCo。另外，可以將第一和第二實(shí)施例中的固定磁化層的固定磁化方向的方法應(yīng)用于其它如第三實(shí)施例中的具有釘扎層(具有固定磁化軸的層)的磁阻效應(yīng)元件。此外，盡管在上述三個(gè)實(shí)施例的固定磁化層中可釘扎層(pinning layer)使用PtMn，但也可以用FeMn、IrMn等來代替PtMn。
權(quán)利要求
1.一種磁傳感器，包括包含釘扎層和自由層的磁阻效應(yīng)元件，所述磁阻效應(yīng)元件具有隨由釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向形成的相對(duì)角度變化的電阻值，以這樣的方式形成所述磁傳感器，即將多個(gè)所述磁阻效應(yīng)元件設(shè)置在單個(gè)基片上，所述多個(gè)磁阻效應(yīng)元件中的至少兩個(gè)的釘扎層具有彼此相交的磁化方向。
2.一種磁傳感器的制造方法，所述磁傳感器包括包含釘扎層和自由層的磁阻效應(yīng)元件，所述磁阻效應(yīng)元件具有隨由釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向形成的相對(duì)角度變化的電阻值，所述方法包括步驟在襯底上的預(yù)定結(jié)構(gòu)中形成包含將成為所述釘扎層的磁層的層；形成磁場(chǎng)施加磁層，用于給包含將成為所述釘扎層的磁層的層施加磁場(chǎng)；磁化所述磁場(chǎng)施加磁層；和用所述磁場(chǎng)施加磁層的剩磁磁化釘扎(pin)將成為所述釘扎層的磁層的磁化方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的磁傳感器的制造方法，其特征在于，形成所述磁場(chǎng)施加磁層的步驟是這樣的步驟形成所述磁場(chǎng)施加磁層以便夾持在平面圖中包含將成為所述釘扎層的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的磁傳感器的制造方法，其特征在于，所述磁場(chǎng)施加磁層的磁化方向與由所述剩磁磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向不同。
5.一種磁傳感器的制造方法，所述磁傳感器包括包含釘扎層和自由層的磁阻效應(yīng)元件，所述磁阻效應(yīng)元件具有隨由釘扎層的磁化方向和自由層的磁化方向形成的相對(duì)角度變化的電阻值，所述方法包括步驟準(zhǔn)備以下列方式構(gòu)成的磁鐵陣列，即在正方形格的格點(diǎn)處設(shè)置多個(gè)永久磁鐵，每個(gè)永久磁鐵的磁極的極性與和其相鄰并距離最短的其它磁鐵磁極的極性不同；在所述磁鐵陣列上，設(shè)置薄片，在此薄片中已經(jīng)形成了包含至少將成為所述釘扎層的磁層；利用在一個(gè)所述磁極和與其相鄰的并且距離最短的另一個(gè)所述磁極之間形成的磁場(chǎng)，釘扎將成為所述釘扎層的磁層的磁化方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁傳感器及其制造方法,在單個(gè)基片上形成多個(gè)配置有釘扎層的磁阻效應(yīng)元件,釘扎層具有彼此相交的方向的固定磁化軸。在襯底10上形成了將成為兩個(gè)磁隧道效應(yīng)元件11、21的磁層,作為磁阻效應(yīng)元件。形成由NiCo制成的磁場(chǎng)施加磁層,使其在平面圖中夾持磁層。給磁場(chǎng)施加磁層施加磁場(chǎng)。磁場(chǎng)施加磁層在箭頭A所示的方向上磁化之后,除去磁場(chǎng)。結(jié)果,通過磁場(chǎng)施加磁層的剩磁磁化,給將成為磁隧道效應(yīng)元件11、21的磁層施加箭頭B所示的方向的磁場(chǎng),從而在箭頭B所示的方向上釘扎了將成為磁隧道效應(yīng)元件11、21的磁層的釘扎層的磁化。
文檔編號(hào)H01F41/30GK1367481SQ0210270
公開日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2002年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月24日
發(fā)明者佐藤秀樹, 大橋俊幸, 涌井幸夫, 吉田晉, 相曾功吉 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社