JP2003502674A - 磁気センサ装置の製造方法 - Google Patents
磁気センサ装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
磁界センサ及び磁気メモリは少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を有し、各磁気抵抗ブリッジ素子はじ自由な強磁性層（Ｆ）及びピン止めされた強磁性層（Ｐ）を有する。ピン止めされた強磁性層の磁化方向はこれら２つの磁気抵抗ブリッジ素子に対し異ならせる。本発明の方法では、第１の堆積工程で、前記少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第１の強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えて第１の強磁性層の磁化方向（Ｍ P ）を第１の方向にピン止めする。その後、第２の堆積工程で、前記少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの他の１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第２の強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えてこの第２の強磁性層の磁化方向（ＭP ′）を前記第１の強磁性層の磁化方向とは異なる、好ましくは反対の第２の方向にピン止めする。
Description
【０００１】
（ハーフ）ホイートストンブリッジ構成の少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ
素子を有する磁界センサ又は磁気メモリの製造方法であって、各磁気抵抗ブリッ
ジ素子は、自由な強磁性層及びピン止めされた強磁性層を有し、前記少なくとも
２つの磁気抵抗ブリッジ素子は、磁化方向が互いに異なるピン止めされた強磁性
層を有するようにする製造方法に関するものである。
素子を有する磁界センサ又は磁気メモリの製造方法であって、各磁気抵抗ブリッ
ジ素子は、自由な強磁性層及びピン止めされた強磁性層を有し、前記少なくとも
２つの磁気抵抗ブリッジ素子は、磁化方向が互いに異なるピン止めされた強磁性
層を有するようにする製造方法に関するものである。
【０００２】
このような方法は、米国特許第 5,561,368号明細書に開示されており、既知で
ある。 この米国特許第 5,561,368号明細書には、与えられる磁界に対する、互いに隣
接する抵抗素子の応答が等しい大きさで逆の方向であるフルホイートストンブリ
ッジ構成を有する磁気センサの製造方法が開示されている。各センサ素子はピン
止めされた強磁性層と自由な強磁性層とを有し、互いに隣接する素子のピン止め
された強磁性層は相対的な磁化方向において逆となっている。ピン止めされた強
磁性層のこのピン止めは、抵抗素子上に電気絶縁されて設けられている導電性の
固定層により行なわれている。この導電性の固定層を流れる電流が、ピン止めさ
れた強磁性層の磁化方向のピン止めを達成する磁界を発生する。
ある。 この米国特許第 5,561,368号明細書には、与えられる磁界に対する、互いに隣
接する抵抗素子の応答が等しい大きさで逆の方向であるフルホイートストンブリ
ッジ構成を有する磁気センサの製造方法が開示されている。各センサ素子はピン
止めされた強磁性層と自由な強磁性層とを有し、互いに隣接する素子のピン止め
された強磁性層は相対的な磁化方向において逆となっている。ピン止めされた強
磁性層のこのピン止めは、抵抗素子上に電気絶縁されて設けられている導電性の
固定層により行なわれている。この導電性の固定層を流れる電流が、ピン止めさ
れた強磁性層の磁化方向のピン止めを達成する磁界を発生する。
【０００３】
センサの多くの分野では、温度変動による不所望な抵抗変化を排除するために
ホイートストンブリッジ構成を用いる必要がある。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効
果に基づくセンサの場合には、バーバーポール構造を用いてホイートストンブリ
ッジを実現しうるも、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant MagnetoResistance ）及び
トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling MagnetoResistance ）の場合には、この
ようにするのは全く簡単ではない。これまで以下の可能性が提案されている。 １． （４つのうちの）２つのブリッジ素子が磁気的に遮蔽されており、遮蔽体
は２つの感応素子に対する磁束集中器として用いることができる。しかし、この
場合、２つのブリッジ素子のみが有効に用いられているだけであり、出力信号を
低減させる。 ２． 絶縁された導体を（交換バイアスされたスピンバルブより成る）センサ素
子の下又は上に一体化して、素子の交換バイアス方向を反対方向に“セット”す
る磁界を誘起し、一方、これら素子は交換バイアス材料のブロッキング温度より
も高く加熱される。人工の反強磁性体（ＡＡＦ：Artificial Antiferromagnet）
に基づく素子に対しては、一体化した導体に対して匹敵しうる方法が提案されて
いる。この方法が米国特許第 5,561,368号で用いられている。 ３． 工場で、センサ構造を有するウェーハを、このウェーハの付近にもたらさ
れる、電流を流す導体のパターンを有する一種の“スタンプ”により誘起される
外部磁界に曝すことにより、磁化をブリッジの異なる分岐で互いに反対方向にセ
ットされる。この方法はある意味で上記２の方法と等価である。
ホイートストンブリッジ構成を用いる必要がある。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効
果に基づくセンサの場合には、バーバーポール構造を用いてホイートストンブリ
ッジを実現しうるも、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant MagnetoResistance ）及び
トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling MagnetoResistance ）の場合には、この
ようにするのは全く簡単ではない。これまで以下の可能性が提案されている。 １． （４つのうちの）２つのブリッジ素子が磁気的に遮蔽されており、遮蔽体
は２つの感応素子に対する磁束集中器として用いることができる。しかし、この
場合、２つのブリッジ素子のみが有効に用いられているだけであり、出力信号を
低減させる。 ２． 絶縁された導体を（交換バイアスされたスピンバルブより成る）センサ素
子の下又は上に一体化して、素子の交換バイアス方向を反対方向に“セット”す
る磁界を誘起し、一方、これら素子は交換バイアス材料のブロッキング温度より
も高く加熱される。人工の反強磁性体（ＡＡＦ：Artificial Antiferromagnet）
に基づく素子に対しては、一体化した導体に対して匹敵しうる方法が提案されて
いる。この方法が米国特許第 5,561,368号で用いられている。 ３． 工場で、センサ構造を有するウェーハを、このウェーハの付近にもたらさ
れる、電流を流す導体のパターンを有する一種の“スタンプ”により誘起される
外部磁界に曝すことにより、磁化をブリッジの異なる分岐で互いに反対方向にセ
ットされる。この方法はある意味で上記２の方法と等価である。
【０００４】
これらの可能性は幾分複雑であり、その実施にはかなりの努力を必要とする。
更に、上記の１に述べた可能性は、ハーフブリッジを実現しうるにすぎず、従っ
て、可能な出力信号の半分を損失させる。上記の２及び３により実現しうる磁界
は、強度において極めて制限される。その理由は、（狭く及び細くする必要があ
る）導体では電流を比較的小さくする必要がある為である。更に、上記の１及び
２では、（導体又は遮蔽体のパターン化及び絶縁の双方のために）幾つかの追加
の処理工程を必要とし、これによりセンサをより一層高価にするとともに製造歩
留りを低くする。上記の３を用いる場合には、磁化方向のセット中に用いられる
磁界と同じ（又はそれよりも大きな）磁界にセンサが曝されると、このセンサが
破壊されるおそれがある。この場合（包装後には）、勿論特定の磁化装置を無く
しては、センサをリセットするのが殆ど不可能である。
更に、上記の１に述べた可能性は、ハーフブリッジを実現しうるにすぎず、従っ
て、可能な出力信号の半分を損失させる。上記の２及び３により実現しうる磁界
は、強度において極めて制限される。その理由は、（狭く及び細くする必要があ
る）導体では電流を比較的小さくする必要がある為である。更に、上記の１及び
２では、（導体又は遮蔽体のパターン化及び絶縁の双方のために）幾つかの追加
の処理工程を必要とし、これによりセンサをより一層高価にするとともに製造歩
留りを低くする。上記の３を用いる場合には、磁化方向のセット中に用いられる
磁界と同じ（又はそれよりも大きな）磁界にセンサが曝されると、このセンサが
破壊されるおそれがある。この場合（包装後には）、勿論特定の磁化装置を無く
しては、センサをリセットするのが殆ど不可能である。
【０００５】
特に、自動車分野の場合、センサ素子のロバストネスが一層重要となるも、読
取りヘッドの場合も同様である。この傾向は、素子の堆積後に磁化方向をセット
するのを一層困難とする。例えば、自動車のセンサ分野に極めて適したＧＭＲ材
料は、４５０℃付近の温度で約５０ｋＡ／ｍの磁界に曝された場合に交換バイア
ス方向の回転を呈しない。上述した２又は３の可能性によっては、このような強
度の磁界を発生させるのが困難である。しかし、材料のロバストネスを故意に減
少させると、センサの特性を劣化させ、これにより特に自動車分野に問題を与え
る。
取りヘッドの場合も同様である。この傾向は、素子の堆積後に磁化方向をセット
するのを一層困難とする。例えば、自動車のセンサ分野に極めて適したＧＭＲ材
料は、４５０℃付近の温度で約５０ｋＡ／ｍの磁界に曝された場合に交換バイア
ス方向の回転を呈しない。上述した２又は３の可能性によっては、このような強
度の磁界を発生させるのが困難である。しかし、材料のロバストネスを故意に減
少させると、センサの特性を劣化させ、これにより特に自動車分野に問題を与え
る。
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題の幾つか又は全てを少なくとも部分的に解決す
るか、或いは、完全に無くした頭書に記載の製造方法を提供せんとするにある。
るか、或いは、完全に無くした頭書に記載の製造方法を提供せんとするにある。
【０００７】
この目的のために、本発明による製造方法は、第１の堆積工程で、前記少なく
とも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第１の
強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えて第１の強磁性層の磁化方向を第１
の方向にピン止めし、その後、第２の堆積工程で、前記少なくとも２つの磁気抵
抗ブリッジ素子のうちの他の１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第２の強磁性層を堆
積し、この堆積中、磁界を与えてこの第２の強磁性層の磁化方向を前記第１の強
磁性層の磁化方向とは異なる、好ましくは反対の第２の方向にピン止めすること
を特徴とする。
とも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第１の
強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えて第１の強磁性層の磁化方向を第１
の方向にピン止めし、その後、第２の堆積工程で、前記少なくとも２つの磁気抵
抗ブリッジ素子のうちの他の１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第２の強磁性層を堆
積し、この堆積中、磁界を与えてこの第２の強磁性層の磁化方向を前記第１の強
磁性層の磁化方向とは異なる、好ましくは反対の第２の方向にピン止めすること
を特徴とする。
【０００８】
本発明の方法では、前記のピン止めされた少なくとも２つの強磁性層を少なく
とも２回の別々の堆積工程で製造し、これらの堆積工程中に磁界を発生させ、こ
れによりこれらの強磁性層に互いに逆の磁化方向を与える。この点は、第１及び
第２の堆積工程中に互いに逆方向の磁界を用いることにより達成するのが好まし
い。この方法は、同じ方向の磁界を用いて装置の位置を変える方法よりも簡単で
ある。
とも２回の別々の堆積工程で製造し、これらの堆積工程中に磁界を発生させ、こ
れによりこれらの強磁性層に互いに逆の磁化方向を与える。この点は、第１及び
第２の堆積工程中に互いに逆方向の磁界を用いることにより達成するのが好まし
い。この方法は、同じ方向の磁界を用いて装置の位置を変える方法よりも簡単で
ある。
【０００９】
本発明の方法は、異方性磁気抵抗を有する素子を具えている装置にとって有用
であるが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を
用いる装置に対し特に有用である。
であるが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を
用いる装置に対し特に有用である。
【００１０】
第２の堆積中に与える磁界は、第１の堆積中に与える磁界の方向とは異なる、
好ましくは反対の方向を有し、堆積中の装置の位置は同じとするのが好ましい。
或いはまた、あまり好ましくはないが、堆積中に与える磁界を同じに保って、装
置の位置を堆積間で変えて同じ結果を得る。本発明の方法は、ハーフホイートス
トンブリッジ構成を有する装置の製造に適用しうるも、ホイートストンブリッジ
構成の４つのブリッジ素子を有する装置に対し特に重要である。
好ましくは反対の方向を有し、堆積中の装置の位置は同じとするのが好ましい。
或いはまた、あまり好ましくはないが、堆積中に与える磁界を同じに保って、装
置の位置を堆積間で変えて同じ結果を得る。本発明の方法は、ハーフホイートス
トンブリッジ構成を有する装置の製造に適用しうるも、ホイートストンブリッジ
構成の４つのブリッジ素子を有する装置に対し特に重要である。
【００１１】
ホイートストンブリッジ構成はブリッジ構成の少なくとも４つのブリッジ素子
を有する。
を有する。
【００１２】
本発明の他の例では、２つのホイートストンブリッジ構成を設け、対応するブ
リッジ素子の磁化方向が互いにある角度、好ましくは９０°を成すようにする。
リッジ素子の磁化方向が互いにある角度、好ましくは９０°を成すようにする。
【００１３】
本発明の上述した観点及びその他の観点は以下に説明する実施例を参酌するこ
とにより明らかとなるであろう。 図１は、本発明の方法により製造した装置の一部を示す線図的平面図である。 図１に示す実施例の装置は、ホイートストンブリッジ配置の４つのブリッジ素
子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する。これら素子の各々は、自由な強磁性層とピン止め
された強磁性層とを有し、これらの強磁性層はスペーサ即ち分離層により分離さ
れている。それぞれの素子の各ピン止めされた強磁性層の磁化方向を図１に矢印
で示してある。（ホイートストンブリッジ配置内で）互いに隣接する素子は、ピ
ン止めされた層に対しては互いに反対の磁化方向を有する。
とにより明らかとなるであろう。 図１は、本発明の方法により製造した装置の一部を示す線図的平面図である。 図１に示す実施例の装置は、ホイートストンブリッジ配置の４つのブリッジ素
子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する。これら素子の各々は、自由な強磁性層とピン止め
された強磁性層とを有し、これらの強磁性層はスペーサ即ち分離層により分離さ
れている。それぞれの素子の各ピン止めされた強磁性層の磁化方向を図１に矢印
で示してある。（ホイートストンブリッジ配置内で）互いに隣接する素子は、ピ
ン止めされた層に対しては互いに反対の磁化方向を有する。
【００１４】
図１に示すブリッジ構造体は、例えば、以下のようにして実現しうる。まず最
初に、磁界を（少なくともピン止めされた強磁性層の堆積中）下方に与えながら
基板上にＧＭＲ膜を堆積する（自由な強磁性層に対しては磁界を９０°回転させ
てヒステリシスを低減させることができる）。リソグラフィー技術によりこのＧ
ＭＲ膜から素子Ａ及びＤを規定して製造する。その後、ＧＭＲ膜を二度目として
新たに堆積するも、この場合磁界は上方に与える。このＧＭＲ膜を素子Ｂ及びＣ
にパターン化する。最後に、三度目のリソグラフィー工程で接点リードを加える
ことができる。この方法では、双方の堆積のＧＭＲ膜が同じ磁気抵抗特性を有す
るようにするのが好ましい。図２は、本発明による磁気抵抗センサ素子Ａ、Ｂ、
Ｃ及びＤを有するホイートストンブリッジの等価回路と、端子２及び３に接続さ
れ電流Ｉinを生じる電流源１とを示す。端子４及び５間には出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 が存在する。このブリッジは電圧制御又は電流制御により動作しうる。図２に示
す電流制御は、電圧制御と相違して、温度が増大する場合の相対的な磁気抵抗効
果の減少による出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 の減少が、抵抗材料の正の温度係数により生
じるブリッジ中の磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの絶対値の増大により満足に補
償されるという利点を提供する。図３は、本発明により用いうる磁気抵抗センサ
素子の一部の構成を示す。図３における矢印ＭF は、自由な強磁性層Ｆの異方性
軸の方向を示し、矢印ＭP は、ピン止めされた強磁性層Ｐの磁化方向を示す。層
Ｆ及びＰは非強磁性層Ｌにより互いに分離されている。素子は基板Ｓ上に設けら
れている。矢印６は、第２NiFe層Ｐの磁化方向に対し平行に向いた、測定すべき
磁界Ｈの成分を示す。磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤにおいては、層Ｆの感応性
強磁性材料の磁化容易方向が強磁性層Ｐの磁化方向に対しほぼ垂直に延在してい
る。センサ素子の製造中は、強磁性層（３２及び３４）の磁化方向は、ブリッジ
の（回路図中で）互いに隣接する分岐中の２つの素子が外部磁界に対し互いに反
対の感度を呈するように設定する。これらの層は、スパッタリング堆積、ＭＢＥ
（分子線エピタキシー）又はイオンビーム堆積のような種々の既知の方法により
堆積しうる。この堆積中、層の磁化方向を決定する磁界を与える。更に、各磁気
抵抗センサ素子における強磁性層Ｆの磁化を、他の強磁性層Ｐの磁化方向に対し
ほぼ垂直となるように調整する。これらの工程により、小磁界の測定に補助磁界
がもはや必要としなくなり且つセンサ素子に殆どヒステリシスが無くなるように
し、センサ素子の直線性が高まるようにする。
初に、磁界を（少なくともピン止めされた強磁性層の堆積中）下方に与えながら
基板上にＧＭＲ膜を堆積する（自由な強磁性層に対しては磁界を９０°回転させ
てヒステリシスを低減させることができる）。リソグラフィー技術によりこのＧ
ＭＲ膜から素子Ａ及びＤを規定して製造する。その後、ＧＭＲ膜を二度目として
新たに堆積するも、この場合磁界は上方に与える。このＧＭＲ膜を素子Ｂ及びＣ
にパターン化する。最後に、三度目のリソグラフィー工程で接点リードを加える
ことができる。この方法では、双方の堆積のＧＭＲ膜が同じ磁気抵抗特性を有す
るようにするのが好ましい。図２は、本発明による磁気抵抗センサ素子Ａ、Ｂ、
Ｃ及びＤを有するホイートストンブリッジの等価回路と、端子２及び３に接続さ
れ電流Ｉinを生じる電流源１とを示す。端子４及び５間には出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 が存在する。このブリッジは電圧制御又は電流制御により動作しうる。図２に示
す電流制御は、電圧制御と相違して、温度が増大する場合の相対的な磁気抵抗効
果の減少による出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 の減少が、抵抗材料の正の温度係数により生
じるブリッジ中の磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの絶対値の増大により満足に補
償されるという利点を提供する。図３は、本発明により用いうる磁気抵抗センサ
素子の一部の構成を示す。図３における矢印ＭF は、自由な強磁性層Ｆの異方性
軸の方向を示し、矢印ＭP は、ピン止めされた強磁性層Ｐの磁化方向を示す。層
Ｆ及びＰは非強磁性層Ｌにより互いに分離されている。素子は基板Ｓ上に設けら
れている。矢印６は、第２NiFe層Ｐの磁化方向に対し平行に向いた、測定すべき
磁界Ｈの成分を示す。磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤにおいては、層Ｆの感応性
強磁性材料の磁化容易方向が強磁性層Ｐの磁化方向に対しほぼ垂直に延在してい
る。センサ素子の製造中は、強磁性層（３２及び３４）の磁化方向は、ブリッジ
の（回路図中で）互いに隣接する分岐中の２つの素子が外部磁界に対し互いに反
対の感度を呈するように設定する。これらの層は、スパッタリング堆積、ＭＢＥ
（分子線エピタキシー）又はイオンビーム堆積のような種々の既知の方法により
堆積しうる。この堆積中、層の磁化方向を決定する磁界を与える。更に、各磁気
抵抗センサ素子における強磁性層Ｆの磁化を、他の強磁性層Ｐの磁化方向に対し
ほぼ垂直となるように調整する。これらの工程により、小磁界の測定に補助磁界
がもはや必要としなくなり且つセンサ素子に殆どヒステリシスが無くなるように
し、センサ素子の直線性が高まるようにする。
【００１５】
自由な強磁性層は、単一のCoFe層又は複数の副層（例えば、CoFe＋NiFeCoFe＋
NiFe＋CoFe等）とすることができる。CoFeの代りに、Co又はCoNiFeを用いること
ができるも、CoNiFeを用いた場合には、この層をCuスペーサ層と接触させないの
が好ましい。ＡＡＦは、複数の強磁性層及び非磁性層を有しうる。ピン止めされ
た各強磁性層は、自由な強磁性層につき説明したのと同様に構成しうる。センサ
素子は、ピン止めされた２つの強磁性層と１つの自由な強磁性層とを有しうる。
上述した装置はデータ蓄積セルとして用いることもできる。この場合、自由な強
磁性層の磁化方向とピン止めされた強磁性層の磁化方向との間に設定された角度
が“０”及び“１”を表わす。データ内容は、メモリ素子の抵抗値を測定するこ
とにより読出すことができる。
NiFe＋CoFe等）とすることができる。CoFeの代りに、Co又はCoNiFeを用いること
ができるも、CoNiFeを用いた場合には、この層をCuスペーサ層と接触させないの
が好ましい。ＡＡＦは、複数の強磁性層及び非磁性層を有しうる。ピン止めされ
た各強磁性層は、自由な強磁性層につき説明したのと同様に構成しうる。センサ
素子は、ピン止めされた２つの強磁性層と１つの自由な強磁性層とを有しうる。
上述した装置はデータ蓄積セルとして用いることもできる。この場合、自由な強
磁性層の磁化方向とピン止めされた強磁性層の磁化方向との間に設定された角度
が“０”及び“１”を表わす。データ内容は、メモリ素子の抵抗値を測定するこ
とにより読出すことができる。
【００１６】
要するに、本発明は、自由な強磁性層とピン止めされた強磁性層とを有する多
層センサ装置であって、例えば、自動車分野において必要とするように、高温度
及び強磁界に耐えうる多層センサ装置の製造方法に関するものである。
層センサ装置であって、例えば、自動車分野において必要とするように、高温度
及び強磁界に耐えうる多層センサ装置の製造方法に関するものである。
【００１７】
検査実験によれば、この方法により、同じ基板上に逆の交換バイアス方向を有
するＧＭＲ素子を実現することができることを確かめた。
するＧＭＲ素子を実現することができることを確かめた。
【００１８】
本発明の方法により得られる利点は以下の通りである。
※ ロバスト交換バイアスを有する材料にも適応しうる。
※ フルホイートストンブリッジ構造が可能となる。
※ （数回の追加の処理工程を必要とする）磁化方向を設定するための一体の
導体を必要としない。 ※ この方法により、センサ構造の最小の寸法に何の制限も課さない。 ※ 異なるブリッジ分岐に属する素子を領域に亙って交互に配置しうる。 ※ 素子を（これらの間を絶縁して）互いに上下に積重ね、従って、センサの
全面積を二分の一に減少させ、且つ（温度又は磁界の勾配の影響が小さくなる為
に）ブリッジの動作を改善することができる。 ※ 或いはまた、素子を基板の両側に配置することができる。
導体を必要としない。 ※ この方法により、センサ構造の最小の寸法に何の制限も課さない。 ※ 異なるブリッジ分岐に属する素子を領域に亙って交互に配置しうる。 ※ 素子を（これらの間を絶縁して）互いに上下に積重ね、従って、センサの
全面積を二分の一に減少させ、且つ（温度又は磁界の勾配の影響が小さくなる為
に）ブリッジの動作を改善することができる。 ※ 或いはまた、素子を基板の両側に配置することができる。
【００１９】
上述した利点の最後から二番目の可能性を図４に線図的に示す。ブリッジ素子
Ａ及びＢが互いに上下に積重ねられ、ブリッジ素子Ａ及びＢにおけるピン止めさ
れた層Ｐの磁化方向ＭＰ及びＭＰ′は互いに逆の方向である。
Ａ及びＢが互いに上下に積重ねられ、ブリッジ素子Ａ及びＢにおけるピン止めさ
れた層Ｐの磁化方向ＭＰ及びＭＰ′は互いに逆の方向である。
【００２０】
図５は、２つのホイートストンブリッジ５１及び５２が形成された実施例を示
す。ホイートストンブリッジ５２におけるピン止めされた強磁性層Ａ′、Ｂ′、
Ｃ′及びＤ′の磁化方向は、ホイートストンブリッジ５１における対応する強磁
性層の磁化方向に対し９０°の角度で向いている。このような構成は、例えば、
回転磁界を測定するのに用いるのが有利である。信号Ｖ１−Ｖ２及び信号Ｖ１′
−Ｖ２′は、測定すべき磁界の大きさ及び角度（向き）の測定を可能にする。自
由な強磁性層の磁化方向が測定すべき磁界の方向を追随する程度にこの測定すべ
き磁界が強い場合には、これらの信号は、磁界の強さに依存しない磁界の向きの
目安となる。対応する素子の磁化方向が互いに、９０°とするのが好適であるも
これに限定されないある角度を成している２つのホイートストンブリッジを使用
することにより、３６０°の全範囲に亙って磁界の方向を測定しうるようにしう
る。あらゆる例では、磁化方向又は異方性軸の方向は、膜の平面内にあり且つ（
少なくとも１つのホイートストンブリッジ構成の中で）互いにほぼ逆となってい
るように示してある。このような方法及び構成が好ましく、且つ有利であるが、
本発明は最も広い意味で、磁化方向が１８０°とは異なる種々の角度、例えば、
９０°を含む方法も包含するものである。又、方向は必ずしも膜の平面内に位置
させる必要はなく、膜を交差しているかあるいは交差する成分を有しているよう
にすることができる。
す。ホイートストンブリッジ５２におけるピン止めされた強磁性層Ａ′、Ｂ′、
Ｃ′及びＤ′の磁化方向は、ホイートストンブリッジ５１における対応する強磁
性層の磁化方向に対し９０°の角度で向いている。このような構成は、例えば、
回転磁界を測定するのに用いるのが有利である。信号Ｖ１−Ｖ２及び信号Ｖ１′
−Ｖ２′は、測定すべき磁界の大きさ及び角度（向き）の測定を可能にする。自
由な強磁性層の磁化方向が測定すべき磁界の方向を追随する程度にこの測定すべ
き磁界が強い場合には、これらの信号は、磁界の強さに依存しない磁界の向きの
目安となる。対応する素子の磁化方向が互いに、９０°とするのが好適であるも
これに限定されないある角度を成している２つのホイートストンブリッジを使用
することにより、３６０°の全範囲に亙って磁界の方向を測定しうるようにしう
る。あらゆる例では、磁化方向又は異方性軸の方向は、膜の平面内にあり且つ（
少なくとも１つのホイートストンブリッジ構成の中で）互いにほぼ逆となってい
るように示してある。このような方法及び構成が好ましく、且つ有利であるが、
本発明は最も広い意味で、磁化方向が１８０°とは異なる種々の角度、例えば、
９０°を含む方法も包含するものである。又、方向は必ずしも膜の平面内に位置
させる必要はなく、膜を交差しているかあるいは交差する成分を有しているよう
にすることができる。
【００２１】
適応分野
本発明は、ＧＭＲ又はトンネル磁気抵抗に基づく（及び異方性磁気抵抗にも基
づく）ブリッジセンサの製造に広く用いることができる。特に、本発明によれば
自動車分野にとって望ましいように、熱的に且つ磁気的にロバストな材料を有す
るフルホイートストンブリッジを実現することができる。又、本発明は、上述し
たように少なくとも２つのブリッジ素子を有する磁気メモリ（ＭＲＡＭ）を製造
するのにも有用である。特にＭＲＡＭの場合、ロバストネス及び（互いに上下に
積重ねることを含む）小型化の利点が極めて重要である。
づく）ブリッジセンサの製造に広く用いることができる。特に、本発明によれば
自動車分野にとって望ましいように、熱的に且つ磁気的にロバストな材料を有す
るフルホイートストンブリッジを実現することができる。又、本発明は、上述し
たように少なくとも２つのブリッジ素子を有する磁気メモリ（ＭＲＡＭ）を製造
するのにも有用である。特にＭＲＡＭの場合、ロバストネス及び（互いに上下に
積重ねることを含む）小型化の利点が極めて重要である。
【図１】 本発明の方法により製造した装置の一部を示す線図的平面図である。
【図２】 ホイートストンブリッジの構成を示す回路図である。
【図３】 磁気抵抗センサ素子の一部を簡単化して示す図である。
【図４】 互いに上下に積重ねた２つの磁気抵抗素子の一部を簡単化して示す図
である。
である。
【図５】 対応する素子の磁化方向を互いに９０°の角度とした２つのホイート
ストンブリッジ構成を有する装置を簡単化して示す図である。
ストンブリッジ構成を有する装置を簡単化して示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年３月１日（２００１．３．１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 磁気センサ装置の製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（ハーフ）ホイートストンブリッジ構成の少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ
素子を有する磁界センサ又は磁気メモリの製造方法であって、各磁気抵抗ブリッ
ジ素子は、自由な強磁性層及びピン止めされた強磁性層を有し、前記少なくとも
２つの磁気抵抗ブリッジ素子は、磁化方向が互いに異なるピン止めされた強磁性
層を有するようにする製造方法に関するものである。
素子を有する磁界センサ又は磁気メモリの製造方法であって、各磁気抵抗ブリッ
ジ素子は、自由な強磁性層及びピン止めされた強磁性層を有し、前記少なくとも
２つの磁気抵抗ブリッジ素子は、磁化方向が互いに異なるピン止めされた強磁性
層を有するようにする製造方法に関するものである。
【０００２】
このような方法は、米国特許第 5,561,368号明細書に開示されており、既知で
ある。 この米国特許第 5,561,368号明細書には、与えられる磁界に対する、互いに隣
接する抵抗素子の応答が等しい大きさで逆の方向であるフルホイートストンブリ
ッジ構成を有する磁気センサの製造方法が開示されている。各センサ素子はピン
止めされた強磁性層と自由な強磁性層とを有し、互いに隣接する素子のピン止め
された強磁性層は相対的な磁化方向において逆となっている。ピン止めされた強
磁性層のこのピン止めは、抵抗素子上に電気絶縁されて設けられている導電性の
固定層により行なわれている。この導電性の固定層を流れる電流が、ピン止めさ
れた強磁性層の磁化方向のピン止めを達成する磁界を発生する。
ある。 この米国特許第 5,561,368号明細書には、与えられる磁界に対する、互いに隣
接する抵抗素子の応答が等しい大きさで逆の方向であるフルホイートストンブリ
ッジ構成を有する磁気センサの製造方法が開示されている。各センサ素子はピン
止めされた強磁性層と自由な強磁性層とを有し、互いに隣接する素子のピン止め
された強磁性層は相対的な磁化方向において逆となっている。ピン止めされた強
磁性層のこのピン止めは、抵抗素子上に電気絶縁されて設けられている導電性の
固定層により行なわれている。この導電性の固定層を流れる電流が、ピン止めさ
れた強磁性層の磁化方向のピン止めを達成する磁界を発生する。
【０００３】
センサの多くの分野では、温度変動による不所望な抵抗変化を排除するために
ホイートストンブリッジ構成を用いる必要がある。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効
果に基づくセンサの場合には、バーバーポール構造を用いてホイートストンブリ
ッジを実現しうるも、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant MagnetoResistance ）及び
トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling MagnetoResistance ）の場合には、この
ようにするのは全く簡単ではない。これまで以下の可能性が提案されている。 １． （４つのうちの）２つのブリッジ素子が磁気的に遮蔽されており、遮蔽体
は２つの感応素子に対する磁束集中器として用いることができる。しかし、この
場合、２つのブリッジ素子のみが有効に用いられているだけであり、出力信号を
低減させる。 ２． 絶縁された導体を（交換バイアスされたスピンバルブより成る）センサ素
子の下又は上に一体化して、素子の交換バイアス方向を反対方向に“セット”す
る磁界を誘起し、一方、これら素子は交換バイアス材料のブロッキング温度より
も高く加熱される。人工の反強磁性体（ＡＡＦ：Artificial Antiferromagnet）
に基づく素子に対しては、一体化した導体に対して匹敵しうる方法が提案されて
いる。この方法が米国特許第 5,561,368号で用いられている。 ３． 工場で、センサ構造を有するウェーハを、このウェーハの付近にもたらさ
れる、電流を流す導体のパターンを有する一種の“スタンプ”により誘起される
外部磁界に曝すことにより、磁化をブリッジの異なる分岐で互いに反対方向にセ
ットされる。この方法はある意味で上記２の方法と等価である。
ホイートストンブリッジ構成を用いる必要がある。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効
果に基づくセンサの場合には、バーバーポール構造を用いてホイートストンブリ
ッジを実現しうるも、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant MagnetoResistance ）及び
トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling MagnetoResistance ）の場合には、この
ようにするのは全く簡単ではない。これまで以下の可能性が提案されている。 １． （４つのうちの）２つのブリッジ素子が磁気的に遮蔽されており、遮蔽体
は２つの感応素子に対する磁束集中器として用いることができる。しかし、この
場合、２つのブリッジ素子のみが有効に用いられているだけであり、出力信号を
低減させる。 ２． 絶縁された導体を（交換バイアスされたスピンバルブより成る）センサ素
子の下又は上に一体化して、素子の交換バイアス方向を反対方向に“セット”す
る磁界を誘起し、一方、これら素子は交換バイアス材料のブロッキング温度より
も高く加熱される。人工の反強磁性体（ＡＡＦ：Artificial Antiferromagnet）
に基づく素子に対しては、一体化した導体に対して匹敵しうる方法が提案されて
いる。この方法が米国特許第 5,561,368号で用いられている。 ３． 工場で、センサ構造を有するウェーハを、このウェーハの付近にもたらさ
れる、電流を流す導体のパターンを有する一種の“スタンプ”により誘起される
外部磁界に曝すことにより、磁化をブリッジの異なる分岐で互いに反対方向にセ
ットされる。この方法はある意味で上記２の方法と等価である。
【０００４】
これらの可能性は幾分複雑であり、その実施にはかなりの努力を必要とする。
更に、上記の１に述べた可能性は、ハーフブリッジを実現しうるにすぎず、従っ
て、可能な出力信号の半分を損失させる。上記の２及び３により実現しうる磁界
は、強度において極めて制限される。その理由は、（狭く及び細くする必要があ
る）導体では電流を比較的小さくする必要がある為である。更に、上記の１及び
２では、（導体又は遮蔽体のパターン化及び絶縁の双方のために）幾つかの追加
の処理工程を必要とし、これによりセンサをより一層高価にするとともに製造歩
留りを低くする。上記の３を用いる場合には、磁化方向のセット中に用いられる
磁界と同じ（又はそれよりも大きな）磁界にセンサが曝されると、このセンサが
破壊されるおそれがある。この場合（包装後には）、勿論特定の磁化装置を無く
しては、センサをリセットするのが殆ど不可能である。
更に、上記の１に述べた可能性は、ハーフブリッジを実現しうるにすぎず、従っ
て、可能な出力信号の半分を損失させる。上記の２及び３により実現しうる磁界
は、強度において極めて制限される。その理由は、（狭く及び細くする必要があ
る）導体では電流を比較的小さくする必要がある為である。更に、上記の１及び
２では、（導体又は遮蔽体のパターン化及び絶縁の双方のために）幾つかの追加
の処理工程を必要とし、これによりセンサをより一層高価にするとともに製造歩
留りを低くする。上記の３を用いる場合には、磁化方向のセット中に用いられる
磁界と同じ（又はそれよりも大きな）磁界にセンサが曝されると、このセンサが
破壊されるおそれがある。この場合（包装後には）、勿論特定の磁化装置を無く
しては、センサをリセットするのが殆ど不可能である。
【０００５】
特に、自動車分野の場合、センサ素子のロバストネス［（ピン止めされた強磁
性層の）磁化が約５０ｋＡ／ｍの高磁界中で又は（数１００℃よりも高く４５０
℃までの）高温度で又はその双方で回転しない性質］が一層重要となるも、読取
りヘッドの場合も同様である。この傾向は、素子の堆積後に磁化方向をセットす
るのを一層困難とする。例えば、自動車のセンサ分野に極めて適したＧＭＲ材料
は、４５０℃までの温度で約５０ｋＡ／ｍの磁界に曝された場合に交換バイアス
方向の回転を呈しない。上述した２又は３の可能性によっては、このような強度
の磁界を発生させるのが困難である。しかし、材料のロバストネスを故意に減少
させると、センサの特性を劣化させ、これにより、特に自動車分野に問題を与え
る。
性層の）磁化が約５０ｋＡ／ｍの高磁界中で又は（数１００℃よりも高く４５０
℃までの）高温度で又はその双方で回転しない性質］が一層重要となるも、読取
りヘッドの場合も同様である。この傾向は、素子の堆積後に磁化方向をセットす
るのを一層困難とする。例えば、自動車のセンサ分野に極めて適したＧＭＲ材料
は、４５０℃までの温度で約５０ｋＡ／ｍの磁界に曝された場合に交換バイアス
方向の回転を呈しない。上述した２又は３の可能性によっては、このような強度
の磁界を発生させるのが困難である。しかし、材料のロバストネスを故意に減少
させると、センサの特性を劣化させ、これにより、特に自動車分野に問題を与え
る。
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題の幾つか又は全てを少なくとも部分的に解決す
るか、或いは、完全に無くした頭書に記載の製造方法を提供せんとするにある。
るか、或いは、完全に無くした頭書に記載の製造方法を提供せんとするにある。
【０００７】
この目的のために、本発明による製造方法は、第１の堆積工程で、前記少なく
とも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第１の
強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えて第１の強磁性層の磁化方向を第１
の方向にピン止めし、その後、第２の堆積工程で、前記少なくとも２つの磁気抵
抗ブリッジ素子のうちの他の１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第２の強磁性層を堆
積し、この堆積中、磁界を与えてこの第２の強磁性層の磁化方向を前記第１の強
磁性層の磁化方向とは異なる、好ましくは反対の第２の方向にピン止めすること
を特徴とする。
とも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第１の
強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えて第１の強磁性層の磁化方向を第１
の方向にピン止めし、その後、第２の堆積工程で、前記少なくとも２つの磁気抵
抗ブリッジ素子のうちの他の１つの磁気抵抗ブリッジ素子の第２の強磁性層を堆
積し、この堆積中、磁界を与えてこの第２の強磁性層の磁化方向を前記第１の強
磁性層の磁化方向とは異なる、好ましくは反対の第２の方向にピン止めすること
を特徴とする。
【０００８】
本発明の方法では、前記のピン止めされた少なくとも２つの強磁性層を少なく
とも２回の別々の堆積工程で製造し、これらの堆積工程中に磁界を発生させ、こ
れによりこれらの強磁性層に互いに逆の磁化方向を与える。この点は、第１及び
第２の堆積工程中に互いに逆方向の磁界を用いることにより達成するのが好まし
い。この方法は、同じ方向の磁界を用いて装置の位置を変える方法よりも簡単で
ある。
とも２回の別々の堆積工程で製造し、これらの堆積工程中に磁界を発生させ、こ
れによりこれらの強磁性層に互いに逆の磁化方向を与える。この点は、第１及び
第２の堆積工程中に互いに逆方向の磁界を用いることにより達成するのが好まし
い。この方法は、同じ方向の磁界を用いて装置の位置を変える方法よりも簡単で
ある。
【０００９】
本発明の方法は、異方性磁気抵抗を有する素子を具えている装置にとって有用
であるが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を
用いる装置に対し特に有用である。
であるが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を
用いる装置に対し特に有用である。
【００１０】
第２の堆積中に与える磁界は、第１の堆積中に与える磁界の方向とは異なる、
好ましくは反対の方向を有し、堆積中の装置の位置は同じとするのが好ましい。
或いはまた、あまり好ましくはないが、堆積中に与える磁界を同じに保って、装
置の位置を堆積間で変えて同じ結果を得る。本発明の方法は、ハーフホイートス
トンブリッジ構成を有する装置の製造に適用しうるも、ホイートストンブリッジ
構成の４つのブリッジ素子を有する装置に対し特に重要である。
好ましくは反対の方向を有し、堆積中の装置の位置は同じとするのが好ましい。
或いはまた、あまり好ましくはないが、堆積中に与える磁界を同じに保って、装
置の位置を堆積間で変えて同じ結果を得る。本発明の方法は、ハーフホイートス
トンブリッジ構成を有する装置の製造に適用しうるも、ホイートストンブリッジ
構成の４つのブリッジ素子を有する装置に対し特に重要である。
【００１１】
ホイートストンブリッジ構成はブリッジ構成の少なくとも４つのブリッジ素子
を有する。
を有する。
【００１２】
本発明の他の例では、２つのホイートストンブリッジ構成を設け、対応するブ
リッジ素子の磁化方向が互いにある角度、好ましくは９０°を成すようにする。
リッジ素子の磁化方向が互いにある角度、好ましくは９０°を成すようにする。
【００１３】
本発明の上述した観点及びその他の観点は以下に説明する実施例を参酌するこ
とにより明らかとなるであろう。 図１は、本発明の方法により製造した装置の一部を示す線図的平面図である。 図１に示す実施例の装置は、ホイートストンブリッジ配置の４つのブリッジ素
子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する。これら素子の各々は、自由な強磁性層とピン止め
された強磁性層とを有し、これらの強磁性層はスペーサ即ち分離層により分離さ
れている。それぞれの素子の各ピン止めされた強磁性層の磁化方向を図１に矢印
で示してある。（ホイートストンブリッジ配置内で）互いに隣接する素子は、ピ
ン止めされた層に対しては互いに反対の磁化方向を有する。
とにより明らかとなるであろう。 図１は、本発明の方法により製造した装置の一部を示す線図的平面図である。 図１に示す実施例の装置は、ホイートストンブリッジ配置の４つのブリッジ素
子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する。これら素子の各々は、自由な強磁性層とピン止め
された強磁性層とを有し、これらの強磁性層はスペーサ即ち分離層により分離さ
れている。それぞれの素子の各ピン止めされた強磁性層の磁化方向を図１に矢印
で示してある。（ホイートストンブリッジ配置内で）互いに隣接する素子は、ピ
ン止めされた層に対しては互いに反対の磁化方向を有する。
【００１４】
図１に示すブリッジ構造体は、例えば、以下のようにして実現しうる。まず最
初に、磁界を（少なくともピン止めされた強磁性層の堆積中）下方に与えながら
基板上にＧＭＲ膜を堆積する（自由な強磁性層に対しては磁界を９０°回転させ
てヒステリシスを低減させることができる）。リソグラフィー技術によりこのＧ
ＭＲ膜から素子Ａ及びＤを規定して製造する。その後、ＧＭＲ膜を二度目として
新たに堆積するも、この場合磁界は上方に与える。このＧＭＲ膜を素子Ｂ及びＣ
にパターン化する。最後に、三度目のリソグラフィー工程で接点リードを加える
ことができる。この方法では、双方の堆積のＧＭＲ膜が同じ磁気抵抗特性を有す
るようにするのが好ましい。図２は、本発明による磁気抵抗センサ素子Ａ、Ｂ、
Ｃ及びＤを有するホイートストンブリッジの等価回路と、端子２及び３に接続さ
れ電流Ｉinを生じる電流源１とを示す。端子４及び５間には出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 が存在する。このブリッジは電圧制御又は電流制御により動作しうる。図２に示
す電流制御は、電圧制御と相違して、温度が増大する場合の相対的な磁気抵抗効
果の減少による出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 の減少が、抵抗材料の正の温度係数により生
じるブリッジ中の磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの絶対値の増大により満足に補
償されるという利点を提供する。図３は、本発明により用いうる磁気抵抗センサ
素子の一部の構成を示す。図３における矢印ＭF は、自由な強磁性層Ｆの異方性
軸の方向を示し、矢印ＭP は、ピン止めされた強磁性層Ｐの磁化方向を示す。層
Ｆ及びＰは非強磁性層Ｌにより互いに分離されている。素子は基板Ｓ上に設けら
れている。矢印６は、第２NiFe層Ｐの磁化方向に対し平行に向いた、測定すべき
磁界Ｈの成分を示す。磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤにおいては、層Ｆの感応性
強磁性材料の磁化容易方向が強磁性層Ｐの磁化方向に対しほぼ垂直に延在してい
る。センサ素子の製造中は、強磁性層Ｐの磁化方向は、ブリッジの（回路図中で
）互いに隣接する分岐中の２つの素子が外部磁界に対し互いに反対の感度を呈す
るように設定する。これらの層は、スパッタリング堆積、ＭＢＥ（分子線エピタ
キシー）又はイオンビーム堆積のような種々の既知の方法により堆積しうる。こ
の堆積中、層の磁化方向を決定する磁界を与える。更に、各磁気抵抗センサ素子
における強磁性層Ｆの磁化を、他の強磁性層Ｐの磁化方向に対しほぼ垂直となる
ように調整する。これらの工程により、小磁界の測定に補助磁界がもはや必要と
しなくなり且つセンサ素子に殆どヒステリシスが無くなるようにし、センサ素子
の直線性が高まるようにする。
初に、磁界を（少なくともピン止めされた強磁性層の堆積中）下方に与えながら
基板上にＧＭＲ膜を堆積する（自由な強磁性層に対しては磁界を９０°回転させ
てヒステリシスを低減させることができる）。リソグラフィー技術によりこのＧ
ＭＲ膜から素子Ａ及びＤを規定して製造する。その後、ＧＭＲ膜を二度目として
新たに堆積するも、この場合磁界は上方に与える。このＧＭＲ膜を素子Ｂ及びＣ
にパターン化する。最後に、三度目のリソグラフィー工程で接点リードを加える
ことができる。この方法では、双方の堆積のＧＭＲ膜が同じ磁気抵抗特性を有す
るようにするのが好ましい。図２は、本発明による磁気抵抗センサ素子Ａ、Ｂ、
Ｃ及びＤを有するホイートストンブリッジの等価回路と、端子２及び３に接続さ
れ電流Ｉinを生じる電流源１とを示す。端子４及び５間には出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 が存在する。このブリッジは電圧制御又は電流制御により動作しうる。図２に示
す電流制御は、電圧制御と相違して、温度が増大する場合の相対的な磁気抵抗効
果の減少による出力電圧Ｖ1 −Ｖ2 の減少が、抵抗材料の正の温度係数により生
じるブリッジ中の磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの絶対値の増大により満足に補
償されるという利点を提供する。図３は、本発明により用いうる磁気抵抗センサ
素子の一部の構成を示す。図３における矢印ＭF は、自由な強磁性層Ｆの異方性
軸の方向を示し、矢印ＭP は、ピン止めされた強磁性層Ｐの磁化方向を示す。層
Ｆ及びＰは非強磁性層Ｌにより互いに分離されている。素子は基板Ｓ上に設けら
れている。矢印６は、第２NiFe層Ｐの磁化方向に対し平行に向いた、測定すべき
磁界Ｈの成分を示す。磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤにおいては、層Ｆの感応性
強磁性材料の磁化容易方向が強磁性層Ｐの磁化方向に対しほぼ垂直に延在してい
る。センサ素子の製造中は、強磁性層Ｐの磁化方向は、ブリッジの（回路図中で
）互いに隣接する分岐中の２つの素子が外部磁界に対し互いに反対の感度を呈す
るように設定する。これらの層は、スパッタリング堆積、ＭＢＥ（分子線エピタ
キシー）又はイオンビーム堆積のような種々の既知の方法により堆積しうる。こ
の堆積中、層の磁化方向を決定する磁界を与える。更に、各磁気抵抗センサ素子
における強磁性層Ｆの磁化を、他の強磁性層Ｐの磁化方向に対しほぼ垂直となる
ように調整する。これらの工程により、小磁界の測定に補助磁界がもはや必要と
しなくなり且つセンサ素子に殆どヒステリシスが無くなるようにし、センサ素子
の直線性が高まるようにする。
【００１５】
自由な強磁性層は、単一のCoFe層又は複数の副層（例えば、CoFe＋NiFe＋CoFe
＋NiFe＋CoFe等）とすることができる。CoFeの代りに、Co又はCoNiFeを用いるこ
とができるも、CoNiFeを用いた場合には、この層をCuスペーサ層と接触させない
のが好ましい。ＡＡＦは複数の強磁性層及び非磁性層を有しうる。ピン止めされ
た各強磁性層は、自由な強磁性層につき説明したのと同様に構成しうる。センサ
素子は、ピン止めされた２つの強磁性層と１つの自由な強磁性層とを有しうる。
上述した装置はデータ蓄積セルとして用いることもできる。この場合、自由な強
磁性層の磁化方向とピン止めされた強磁性層の磁化方向との間に設定された角度
が“０”及び“１”を表わす。データ内容は、メモリ素子の抵抗値を測定するこ
とにより読出すことができる。
＋NiFe＋CoFe等）とすることができる。CoFeの代りに、Co又はCoNiFeを用いるこ
とができるも、CoNiFeを用いた場合には、この層をCuスペーサ層と接触させない
のが好ましい。ＡＡＦは複数の強磁性層及び非磁性層を有しうる。ピン止めされ
た各強磁性層は、自由な強磁性層につき説明したのと同様に構成しうる。センサ
素子は、ピン止めされた２つの強磁性層と１つの自由な強磁性層とを有しうる。
上述した装置はデータ蓄積セルとして用いることもできる。この場合、自由な強
磁性層の磁化方向とピン止めされた強磁性層の磁化方向との間に設定された角度
が“０”及び“１”を表わす。データ内容は、メモリ素子の抵抗値を測定するこ
とにより読出すことができる。
【００１６】
要するに、本発明は、自由な強磁性層とピン止めされた強磁性層とを有する多
層センサ装置であって、例えば、自動車分野において必要とするように、高温度
及び強磁界に耐えうる多層センサ装置の製造方法に関するものである。
層センサ装置であって、例えば、自動車分野において必要とするように、高温度
及び強磁界に耐えうる多層センサ装置の製造方法に関するものである。
【００１７】
検査実験によれば、この方法により、同じ基板上に逆の交換バイアス方向を有
するＧＭＲ素子を実現することができることを確かめた。
するＧＭＲ素子を実現することができることを確かめた。
【００１８】
本発明の方法により得られる利点は以下の通りである。
※ ロバスト交換バイアスを有する材料にも適応しうる。
※ フルホイートストンブリッジ構造が可能となる。
※ （数回の追加の処理工程を必要とする）磁化方向を設定するための一体の
導体を必要としない。 ※ この方法により、センサ構造の最小の寸法に何の制限も課さない。 ※ 異なるブリッジ分岐に属する素子を領域に亙って交互に配置しうる。 ※ 素子を（これらの間を絶縁して）互いに上下に積重ね、従って、センサの
全面積を二分の一に減少させ、且つ（温度又は磁界の勾配の影響が小さくなる為
に）ブリッジの動作を改善することができる。 ※ 或いはまた、素子を基板の両側に配置することができる。
導体を必要としない。 ※ この方法により、センサ構造の最小の寸法に何の制限も課さない。 ※ 異なるブリッジ分岐に属する素子を領域に亙って交互に配置しうる。 ※ 素子を（これらの間を絶縁して）互いに上下に積重ね、従って、センサの
全面積を二分の一に減少させ、且つ（温度又は磁界の勾配の影響が小さくなる為
に）ブリッジの動作を改善することができる。 ※ 或いはまた、素子を基板の両側に配置することができる。
【００１９】
上述した利点の最後から二番目の可能性を図４に線図的に示す。ブリッジ素子
Ａ及びＢが互いに上下に積重ねられ、ブリッジ素子Ａ及びＢにおけるピン止めさ
れた層Ｐの磁化方向ＭＰ及びＭＰ′は互いに逆の方向である。
Ａ及びＢが互いに上下に積重ねられ、ブリッジ素子Ａ及びＢにおけるピン止めさ
れた層Ｐの磁化方向ＭＰ及びＭＰ′は互いに逆の方向である。
【００２０】
図５は、２つのホイートストンブリッジ５１及び５２が形成された実施例を示
す。ホイートストンブリッジ５２におけるピン止めされた強磁性層Ａ′、Ｂ′、
Ｃ′及びＤ′の磁化方向は、ホイートストンブリッジ５１における対応する強磁
性層の磁化方向に対し９０°の角度で向いている。このような構成は、例えば、
回転磁界を測定するのに用いるのが有利である。信号Ｖ１−Ｖ２及び信号Ｖ１′
−Ｖ２′は、測定すべき磁界の大きさ及び角度（向き）の測定を可能にする。自
由な強磁性層の磁化方向が測定すべき磁界の方向を追随する程度にこの測定すべ
き磁界が強い場合には、これらの信号は、磁界の強さに依存しない磁界の向きの
目安となる。対応する素子の磁化方向が互いに、９０°とするのが好適であるも
これに限定されないある角度を成している２つのホイートストンブリッジを使用
することにより、３６０°の全範囲に亙って磁界の方向を測定しうるようにしう
る。あらゆる例においては、ピン止めされた強磁性層の磁化方向又は異方性軸の
方向は、膜の平面内にあり且つ（少なくとも１つのホイートストンブリッジ構成
の中で）互いにほぼ逆となっているように示してある。このような方法及び構成
が好ましく、且つ有利であるが、本発明は最も広い意味で、磁化方向が１８０°
とは異なる種々の角度、例えば、９０°を含む方法も包含するものである。又、
方向は必ずしも膜の平面内に位置させる必要はなく、膜を交差しているかあるい
は交差する成分を有しているようにすることができる。
す。ホイートストンブリッジ５２におけるピン止めされた強磁性層Ａ′、Ｂ′、
Ｃ′及びＤ′の磁化方向は、ホイートストンブリッジ５１における対応する強磁
性層の磁化方向に対し９０°の角度で向いている。このような構成は、例えば、
回転磁界を測定するのに用いるのが有利である。信号Ｖ１−Ｖ２及び信号Ｖ１′
−Ｖ２′は、測定すべき磁界の大きさ及び角度（向き）の測定を可能にする。自
由な強磁性層の磁化方向が測定すべき磁界の方向を追随する程度にこの測定すべ
き磁界が強い場合には、これらの信号は、磁界の強さに依存しない磁界の向きの
目安となる。対応する素子の磁化方向が互いに、９０°とするのが好適であるも
これに限定されないある角度を成している２つのホイートストンブリッジを使用
することにより、３６０°の全範囲に亙って磁界の方向を測定しうるようにしう
る。あらゆる例においては、ピン止めされた強磁性層の磁化方向又は異方性軸の
方向は、膜の平面内にあり且つ（少なくとも１つのホイートストンブリッジ構成
の中で）互いにほぼ逆となっているように示してある。このような方法及び構成
が好ましく、且つ有利であるが、本発明は最も広い意味で、磁化方向が１８０°
とは異なる種々の角度、例えば、９０°を含む方法も包含するものである。又、
方向は必ずしも膜の平面内に位置させる必要はなく、膜を交差しているかあるい
は交差する成分を有しているようにすることができる。
【００２１】
適応分野
本発明は、ＧＭＲ又はトンネル磁気抵抗に基づく（及び異方性磁気抵抗にも基
づく）ブリッジセンサの製造に広く用いることができる。特に、本発明によれば
自動車分野にとって望ましいように、熱的に且つ磁気的にロバストな材料を有す
るフルホイートストンブリッジを実現することができる。又、本発明は、上述し
たように少なくとも２つのブリッジ素子を有する磁気メモリ（ＭＲＡＭ）を製造
するのにも有用である。特にＭＲＡＭの場合、ロバストネス及び（互いに上下に
積重ねることを含む）小型化の利点が極めて重要である。
づく）ブリッジセンサの製造に広く用いることができる。特に、本発明によれば
自動車分野にとって望ましいように、熱的に且つ磁気的にロバストな材料を有す
るフルホイートストンブリッジを実現することができる。又、本発明は、上述し
たように少なくとも２つのブリッジ素子を有する磁気メモリ（ＭＲＡＭ）を製造
するのにも有用である。特にＭＲＡＭの場合、ロバストネス及び（互いに上下に
積重ねることを含む）小型化の利点が極めて重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法により製造した装置の一部を示す線図的平面図である。
【図２】 ホイートストンブリッジの構成を示す回路図である。
【図３】 磁気抵抗センサ素子の一部を簡単化して示す図である。
【図４】 互いに上下に積重ねた２つの磁気抵抗素子の一部を簡単化して示す図
である。
である。
【図５】 対応する素子の磁化方向を互いに９０°の角度とした２つのホイート
ストンブリッジ構成を有する装置を簡単化して示す図である。
ストンブリッジ構成を有する装置を簡単化して示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ヨアネス ベー アー デー ファン ゾ
ン
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン ６
(72)発明者 アントニウス エー テー カイペル
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン ６
Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD63 AD65 BA09
5F083 FZ10
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ素子を有する磁界センサ又は
磁気メモリの製造方法であって、各磁気抵抗ブリッジ素子は、自由な強磁性層及
びピン止めされた強磁性層を有し、前記少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ素子
は、磁化方向が互いに異なるピン止めされた強磁性層を有するようにする製造方
法において、 第１の堆積工程で、前記少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの１つ
の磁気抵抗ブリッジ素子の第１の強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えて
第１の強磁性層の磁化方向を第１の方向にピン止めし、その後、第２の堆積工程
で、前記少なくとも２つの磁気抵抗ブリッジ素子のうちの他の１つの磁気抵抗ブ
リッジ素子の第２の強磁性層を堆積し、この堆積中、磁界を与えてこの第２の強
磁性層の磁化方向を前記第１の強磁性層の磁化方向とは異なる、好ましくは反対
の第２の方向にピン止めすることを特徴とする製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の製造方法において、前記磁気抵抗ブリッジ素子
を巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）ブリッジ素子又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ブリッ
ジ素子とすることを特徴とする製造方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の製造方法において、前記第１及び第２の
堆積工程中に互いに逆の方向の磁界を与えることを特徴とする製造方法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の製造方法において、フルホイートストンブリッ
ジ構成の装置を製造することを特徴とする製造方法。 - 【請求項５】 請求項１に記載の製造方法において、２つの磁気抵抗ブリッジ素
子を互いに上下に積重ねて設けることを特徴とする製造方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載の製造方法において、２つのフルホイートストン
ブリッジ構成を設け、これらフルホイートストンブリッジ構成の対応する磁気抵
抗ブリッジ素子の磁化方向を互いに異なる角度にピン止めすることを特徴とする
製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| EP99201961.2 | 1999-06-18 | ||
| EP99201961 | 1999-06-18 | ||
| PCT/EP2000/005510 WO2000079297A1 (en) | 1999-06-18 | 2000-06-15 | Method for manufacturing a magnetic sensor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003502674A true JP2003502674A (ja) | 2003-01-21 |
Family
ID=8240323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001505210A Ceased JP2003502674A (ja) | 1999-06-18 | 2000-06-15 | 磁気センサ装置の製造方法 |
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| EP (1) | EP1105743B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003502674A (ja) |
| DE (1) | DE60025146T2 (ja) |
| WO (1) | WO2000079297A1 (ja) |
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| TWI250651B (en) * | 2003-08-12 | 2006-03-01 | Samsung Electronics Co Ltd | Magnetic tunnel junction and memory device including the same |
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- 2000-06-15 DE DE60025146T patent/DE60025146T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-15 JP JP2001505210A patent/JP2003502674A/ja not_active Ceased
- 2000-06-15 WO PCT/EP2000/005510 patent/WO2000079297A1/en active IP Right Grant
- 2000-06-15 US US09/763,207 patent/US6465053B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-06-15 EP EP00945757A patent/EP1105743B1/en not_active Expired - Lifetime
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