[发明专利]磁性传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性传感器，每个磁性传感器包含多个形成于单一基板上的 多个巨磁电阻元件，从而沿双轴方向或三轴方向探测磁场密度(或磁场强 度)。本发明还涉及磁性传感器制造方法。

背景技术

作为用于磁性传感器的元件，巨磁电阻元件(GMR元件)和隧道磁电 阻元件(TMR元件)传统上已知。每种传统上已知的磁电阻元件包含磁化 方向被钉扎(或固定)的固定层以及其磁化方向响应于外部磁场而变化的自 由层，其中该磁电阻元件表现了适于固定层的磁化方向和自由层的磁化方向 之间的相互关系的电阻。使用磁电阻元件的磁性传感器已经披露于各种文 献，例如专利文献1和专利文献2。

专利文献1：日本未审专利申请公开No.2005-260064

专利文献2：日本未审专利申请公开No.2006-261400

专利文献1教导了使用多个巨磁电阻元件构成的磁性传感器，每个巨磁 电阻元件具有合成反铁磁(SAF)结构，其中Ru层(其中Ru代表钌)插入 在基板表面上形成的固定层的磁性层内。每个巨磁电阻元件探测在基板表面 上沿着一个方向的磁场强度。探测不同方向的磁场强度的多个巨磁电阻元件 形成于基板表面上。这使得磁性传感器可以沿双轴方向探测磁场强度。

在磁性传感器制造过程中用于固定(或钉扎)固定层的磁化方向的磁化 热处理中，基板均被加热直到预定温度而且磁体阵列置为与基板表面相对， 其中强磁场(其值例如为10T以上)施加到固定层使得两个磁性层可以相互 平行地布置。这里，施加到固定层的磁场发生于形成该磁体阵列的磁轭的狭 缝(例如矩形通孔)内，其中固定层的磁化方向依赖于在该磁体阵列内邻接 在一起的永久磁体的极性。在热处理之后，制作该磁性传感器，使得两个磁 性层的磁化方向彼此相反，换言之，两个磁性层置于反平行磁化状态。

专利文献2教导了一种小尺寸磁性传感器，其中平面表面和斜坡(即， 倾斜于平面表面的倾斜表面)形成于单一基板的表面上，其中巨磁电阻元件 分别形成于平面表面和斜坡上，由此使得可以沿三轴方向探测磁场强度。

斜坡是通过形成于基板表面上的V形沟来形成，且因此在每个沟中布置 为彼此相对。该磁性传感器使用巨磁电阻元件形成，其中Ru层没有插入固 定层的磁性层内。

专利文献2的磁性传感器能够沿三轴方向探测磁场强度，其中由于过强 的外部磁场，巨磁电阻元件的固定层的磁化方向受影响并改变。当外部磁场 变为零强度时，磁化方向改变并固定于错误方向。也就是说，该磁性传感器 可能遭受较弱的铁磁性阻抗。

专利文献1的磁性传感器中使用的合成反铁磁结构的巨磁电阻元件均设 计成使得形成固定层的两个磁性层布置成反平行磁化状态，这可能增大铁磁 性阻抗但是无法沿三轴方向探测磁场强度。出于该原因，本申请的发明人改 进专利文献2的磁性传感器，使得合成反铁磁结构的巨磁电阻元件形成于基 板的平面表面和斜坡上。

假设具有不同磁化方向的固定层的三个巨磁电阻元件分别形成于平面 表面和两个斜坡(即，经由沟置为彼此相对的成对斜坡)上。在用于固定固 定层的磁化方向的磁化热处理中，具有其固定层置于磁场下的巨磁电阻元件 的成对斜坡的凸出总面积变为大于具有其固定层也置于磁场下的巨磁电阻 元件的平面表面的其余凸出面积。这里，形成于相对斜坡上的巨磁电阻元件 的宽度尺寸大于形成于平面表面上的巨磁电阻元件的宽度尺寸。

如上所述，即使当合成反铁磁结构的巨磁电阻元件应用于专利文献2的 磁性传感器时，在热处理过程中需要施加其值为10T以上的强磁场到巨磁电 阻元件的固定层；因此，需要使用具有狭缝的磁体阵列。这里，与用于将磁 场施加到形成于平面表面上的巨磁电阻元件的另一狭缝的宽度尺寸相比，用 于将磁场施加到形成于斜坡上的巨磁电阻元件的狭缝的宽度尺寸由于斜坡 和平面表面之间的宽度尺寸的差异而增大。

这会削弱施加到形成于斜坡上的巨磁电阻元件的磁场；因此，在热处理 时很难将强磁场施加到所有巨磁电阻元件。当在热处理中强度不足的磁场施 加到巨磁电阻元件时，在热处理之后很难将两个磁性层布置成反平行磁化状 态。

在强磁场施加到巨磁电阻元件的热处理中，施加到巨磁电阻元件的磁场 强度的变化相对于基板和磁体阵列之间距离的变化非常大，该基板和磁体阵 列相对布置且其之间具有预定间隙。也就是说，需要以非常高的精度来调整 基板和磁体阵列之间的相对定位和距离。这会导致磁性传感器制造中的麻 烦。