WO2011007767A1 - 磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気センサ、回転角度検出装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気センサ、回転角度検出装置 Download PDF

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WO2011007767A1
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WO
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magnetoresistive
forming step
magnetic field
film
angle
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PCT/JP2010/061806
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目黒　賢一
星屋　裕之
恵三 加藤
泰典 阿部
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日立金属株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a magnetoresistive effect element, a magnetic sensor using the magnetoresistive element, and a rotation angle detecting device using the magnetic sensor.
  • a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element can detect a displacement of a detection target equipped with a magnetic field generation mechanism in a non-contact manner, and is used as a magnetic encoder or a magnetic rotation angle detection sensor.
  • magnetoresistive elements a magnetoresistive element using a giant magnetoresistive effect (hereinafter referred to as GMR) film called a spin valve (hereinafter referred to as SV) type is useful for rotation angle detection. is there.
  • GMR giant magnetoresistive effect
  • SV spin valve
  • the SV type GMR film has a basic configuration of an antiferromagnetic layer / ferromagnetic pinned layer / nonmagnetic intermediate layer / ferromagnetic free layer.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer is fixed in one direction by exchange coupling with the adjacent antiferromagnetic layer.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic free layer changes according to the external magnetic field.
  • a rotation angle sensor function can be obtained by mounting a magnetic field generation mechanism such as a permanent magnet on the rotation detection object and converting the rotating magnetic field generated in synchronization with the rotation motion of the rotation detection object into an electrical signal. .
  • the detection sensitivity of the magnetoresistive effect element is isotropic with respect to the rotating magnetic field and that the detection error is small with respect to an arbitrary magnetic field direction. Become. It is also necessary that the detection angle does not deviate with respect to fluctuations in the operating environment temperature.
  • a rotation angle sensor has been proposed in which a plurality of magnetoresistive effect elements using SV type GMR films having different magnetization directions of the ferromagnetic pinned layer are connected in a bridge circuit shape.
  • the rotation angle sensor has a strong demand for stable operation in a high temperature environment.
  • thermal stability of the SV type GMR film how to firmly fix the magnetization of the ferromagnetic pinned layer is a bottleneck. Since the exchange coupling with the antiferromagnetic layer generally disappears at about 250 to 320 ° C., it has been difficult to achieve sufficient thermal stability.
  • Patent Document 2 as another pinned layer magnetization pinning method for the above problem, the first ferromagnetic layer / antiferromagnetic coupling layer / second ferromagnetic layer not including the antiferromagnetic layer is disclosed.
  • a structure of a ferromagnetic pinned layer is disclosed. For example, when a laminated structure of Co / Ru / Co is formed with an appropriate thickness and manufacturing method, two Co layers are strongly antiferromagnetically coupled via the Ru layer, and as a result, two Co layers arranged antiparallel to each other. The magnetization of the layer is less likely to change by an external magnetic field. The technique described in Patent Document 2 applies this.
  • such a ferromagnetic pinned layer structure is called a self-pin type.
  • the self-pinned ferromagnetic pinned layer can stably pin the magnetization to a higher temperature than a normal ferromagnetic pinned layer utilizing exchange coupling with the antiferromagnetic layer. Therefore, it can be said that it is a preferable structure with respect to the said subject.
  • the self-pinned ferromagnetic pinned layer has a great advantage with respect to the method for defining the magnetization direction.
  • the magnetization direction of a normal ferromagnetic pinned layer utilizing exchange coupling with an antiferromagnetic layer is defined by a heat treatment performed while applying a magnetic field after forming a GMR film. That is, with this method, it is difficult to define the magnetization of the ferromagnetic pinned layer in different directions on the same substrate.
  • the self-pinned ferromagnetic pinned layer can set the magnetization in an arbitrary direction by changing the direction of the magnetic field applied when forming the film. Therefore, a plurality of GMR films in which the magnetization of the ferromagnetic pinned layer is set in different directions can be formed in the same substrate.
  • the step of connecting the electrode terminal to the bridge circuit through the step of forming the magnetoresistive effect element using microfabrication can be performed in the same substrate. Therefore, it is possible to manufacture a magnetic sensor with a simple manufacturing flow.
  • Patent Document 3 describes a magnetic sensor using the above-described method.
  • Patent Document 4 describes a magnetization method using local heating as a technique for magnetizing a self-pinned ferromagnetic fixed layer in a plurality of directions.
  • Patent Document 5 discloses a technique for inducing uniaxial magnetic anisotropy using texture formation by etching with respect to controlling the magnetization direction of a ferromagnetic pinned layer.
  • a magnetic sensor composed of a GMR film using a self-pinned ferromagnetic pinned layer is (1) excellent in thermal stability, and (2) the magnetization of the ferromagnetic pinned layer is different on the same substrate.
  • the step of forming the GMR film is required four times. In this case, the number of processes is large, which is disadvantageous in terms of manufacturing tact cost.
  • the characteristic variation of the individual magnetoresistive elements constituting the bridge circuit has a great influence. That is, if the characteristics of the individual GMR films formed by dividing into four times vary, there is a concern that the performance is poor in terms of detection angle error.
  • the GMR film having a four-stage structure in addition to the variation in characteristics between batches when the GMR film is formed, there is a possibility that an increase in surface unevenness causes a characteristic divergence as it goes up.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to define both the direction and the direction of magnetization of the ferromagnetic pinned layer while reducing the number of steps of forming the GMR film.
  • the purpose is to provide a possible technique.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic fixed layer is defined in a plurality of directions by forming a plurality of patterns having directionality. Further, when the magnetoresistive film is formed, a magnetic field is applied at an angle set between angles formed by the plurality of patterns.
  • the magnetoresistive effect film can be magnetized in a plurality of directions and directions each time the process of forming the magnetoresistive effect film is executed once.
  • a high-performance magnetoresistive element that is inexpensive, has a small detection angle error, and is excellent in thermal stability can be obtained.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment. It is a schematic diagram which shows the method of forming a texture using the ion beam etching method in step S101 etc. of FIG. It is a TEM observation figure after forming a GMR film on a texture. It is an arrangement view of a sample in which a texture is formed in order to investigate the magnetization direction of a ferromagnetic pinned layer. It is a figure which shows the result of having measured the relationship between the angle of an applied magnetic field (external magnetic field), and the resistance value of a GMR film
  • membrane. 1 illustrates a method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to a first embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to an eighth embodiment.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer is set to four directions of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° with respect to a certain reference direction in the substrate surface.
  • a case where a magnetoresistive effect element is manufactured will be described as an example.
  • Each angle described above can be set to any angle as long as it satisfies requirements such as desired performance. That is, the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer in the present invention is not limited to the directions of the four angles.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the flowchart of FIG. 1 shows a procedure for forming a GMR film by laminating a ferromagnetic pinned layer / nonmagnetic intermediate layer / ferromagnetic free layer in order from the substrate side.
  • each step of FIG. 1 will be described.
  • a linear first texture (first pattern) is formed in a specific portion (first portion) on the substrate in a direction (first direction) of 0 ° with respect to the reference direction of the substrate.
  • the actual texture is linearly formed in a direction connecting the direction of 0 ° and the direction of 180 ° with respect to the reference direction of the substrate.
  • step S105 the direction of the texture formed in this step is assumed to be 0 ° with respect to the reference direction.
  • the direction of the texture is expressed using the same concept.
  • FIG. 1 Step S102
  • a linear second texture (second pattern) is formed in a specific portion (second portion different from the first portion) on the substrate in a direction (second direction) of 90 ° with respect to the reference direction of the substrate.
  • the actual texture is linearly formed in a direction connecting the 90 ° direction and the 270 ° direction with respect to the reference direction of the substrate. The state in which this step is executed will be illustrated again in FIG.
  • a GMR film is formed on the portion where the first pattern and the second pattern are formed. At this time, at least in the process of forming the ferromagnetic pinned layer, the film is formed while applying a magnetic field at an angle between the angles formed by the first pattern and the second pattern, preferably at an angle ⁇ of 45 °.
  • the magnitude of the magnetic field is such that Co—Fe, which is usually used as a ferromagnetic layer of a GMR film, is saturated. Specifically, about several kA / m to several tens kA / m is appropriate.
  • the ferromagnetic pinned layer of the GMR film has a uniaxial axis in which the direction connecting 0 ° and 180 ° and the direction connecting 90 ° and 270 ° are easy axes depending on the directivity of the texture formed in steps S101 to S102. Magnetic anisotropy is induced. In other words, the magnetization direction of the ferromagnetic fixed layer can be defined.
  • the magnetic field is decomposed in a direction of 0 ° by the action of the first texture and 90 ° by the action of the second texture. It is divided into components that are decomposed in the direction.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic fixed layer is set to 0 ° and 90 °.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer is not only set to the “direction” connecting the 0 ° direction and the 180 ° direction, and the “direction” connecting the 90 ° direction and the 270 ° direction, It is explicitly set to “direction” of 0 ° and “direction” of 90 °.
  • FIG. 1 Step S104
  • the GMR film obtained in steps S101 to S103 with the magnetization directions set to 0 ° and 90 ° is formed into a desired shape by a method such as patterning described later in FIG. 6 (3). Process.
  • Step S105 An isolation insulating film such as an Al 2 O 3 film is formed.
  • FIG. 1 Step S106
  • a linear third texture (third pattern) is formed at a specific position on the substrate (a third portion different from the first portion and the second portion) at an angle of 180 ° with respect to the reference direction of the substrate.
  • the actual texture is linearly formed in a direction connecting the direction of 0 ° and the direction of 180 ° with respect to the reference direction of the substrate. The state in which this step is executed is illustrated again in FIG. 6 (4) described later.
  • a linear fourth texture (fourth pattern) is formed at a specific portion (fourth portion different from the first portion to the third portion) on the substrate in a direction of 270 ° with respect to the reference direction of the substrate.
  • the actual texture is linearly formed in a direction connecting the 90 ° direction and the 270 ° direction with respect to the reference direction of the substrate. The state in which this step is executed is illustrated again in FIG. 6 (4) described later.
  • FIG. 1 Step S108
  • a GMR film is formed on the portion where the third pattern and the fourth pattern are formed.
  • the film is formed while applying a magnetic field at an angle between the third pattern and the fourth pattern, preferably at an angle ⁇ of 225 °.
  • the magnitude of the magnetic field may be the same as in step S103.
  • This step sets the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer to 180 ° “direction” and 270 ° “direction” based on the same principle as in step S103.
  • Step S109 The GMR film obtained in steps S106 to S108 with the magnetization directions set to 180 ° and 270 ° is formed into a desired shape by a technique such as patterning described later in FIG. 6 (6). Process.
  • Step S110 An isolation insulating film such as an Al 2 O 3 film is formed.
  • Step S111 A pair of electrodes are connected to the magnetoresistive effect element through a photoresist process ⁇ ion milling process ⁇ electrode film forming process.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a method of forming a texture using an ion beam etching method in step S101 of FIG.
  • FIG. 2A is a side view showing the arrangement of the substrate and the ion gun
  • FIG. 2B is a perspective view showing a state in which a texture is formed on the substrate.
  • the execution procedure of step S101 in FIG. 1 will be described as an example.
  • Step S101 Procedure 1
  • An Al 2 O 3 film having a thickness of 30 nm is formed on a glass substrate by sputtering.
  • Step S101 Procedure 2
  • the ion gun and the glass substrate are arranged so that the incident direction of the ion beam is, for example, 60 ° with respect to the normal direction of the glass substrate.
  • Step S101 Procedure 3
  • Ion beam etching is performed for 30 seconds using an ion gun.
  • Step S101 Procedure 4
  • the glass substrate is rotated 180 ° and ion beam etching is performed for 30 seconds using an ion gun.
  • Step S101 Procedure 5
  • Steps 3 to 4 are repeated a predetermined number of times.
  • a texture having a linear directivity as shown in FIG. 2B is formed.
  • step S101 in FIG. 1 The details of step S101 in FIG. 1 have been described above. Here, the above-mentioned procedure 3 to procedure 4 will be supplemented.
  • the substrate When performing ion beam etching, the substrate is generally rotated so that the in-plane etching amount is uniform.
  • the etching direction is given directionality by intentionally processing the substrate without rotating it. Thereby, a texture with a uniform in-plane etching amount can be formed with linear directivity.
  • FIG. 3 is a TEM (Transmission Electron Microscope) observation after the GMR film is formed on the texture.
  • 3A is an A-A 'cross section of FIG. 2
  • FIG. 3B is an observation view of the B-B' cross section of FIG. 2B perpendicular to the cross section.
  • an Al 2 O 3 film was formed on a glass substrate by sputtering. Then, by sputtering, in order from the bottom, Ta (3) / Ru ( 2) / Co 75 Fe 25 (2.4) / Ru (0.35) / Co 90 Fe 10 (2.5) / Cu ( 2.1) / Co 90 Fe 10 ( 1) / Ni 85 Fe 15 (2) / Cu (0.6) / Ta a GMR film having the structure (2) was formed.
  • the numerical value in parentheses is each film thickness (unit: nm), and the subscript is the alloy composition (unit: at%).
  • the breakdown of the layer structure of the GMR film is as follows.
  • a directional texture was formed on a glass substrate / Al 2 O 3 film (30 nm) by ion beam etching. Thereafter, a laminated film having a structure of Ta (3 nm) / Ru (2) / Co 75 Fe 25 (3) / Ru (2) is formed, and Co 75 Fe 25 is used using a VSM (vibrating sample magnetometer). (3) The magnetic properties of the layers were evaluated.
  • a directional texture was formed on a glass substrate / Al 2 O 3 film (30 nm) by ion beam etching. Thereafter, the above-mentioned Ta (3 nm) / Ru (2) / Co 75 Fe 25 (2.4) / Ru (0.35) / Co 90 Fe 10 (2.5) / Cu (2.1) / Co 90 A GMR film having a structure of Fe 10 (1) / Ni 85 Fe 15 (2) / Cu (0.6) / Ta (2) was formed. Here, no magnetic field is applied when the GMR film is formed. Details of the configuration of the GMR film will be described here.
  • Self-pin type ferromagnetic pinned layer In Co 75 Fe 25 (2.4) / Ru (0.35) / Co 90 Fe 10 (2.5), through the Ru (0.35) layer, Co 75 Fe The 25 (2.4) layer and the Co 90 Fe 10 (2.5) layer are antiferromagnetically strongly interlayer-coupled, and their magnetizations are in an antiparallel arrangement.
  • the interlayer coupling energy through the antiferromagnetic interlayer coupling layer (here, Ru (0.35) layer) is large
  • the effective amount of magnetization of the ferromagnetic fixed layer is zero, that is, the amount of magnetization of the Co 75 Fe 25 (2.4) layer is equal to the amount of magnetization of Co 90 Fe 10 (2.5). It is effective.
  • the film thickness of the Cu layer is 2.1 nm so that the interlayer coupling magnetic field acting between the ferromagnetic fixed layer and the ferromagnetic free layer becomes zero.
  • the GMR film configuration shown here is only a typical example, and the material and film thickness are appropriately optimized so that more preferable results can be obtained with respect to the magnetoresistive effect (MR) characteristics and the magnetic characteristics of the ferromagnetic layer. However, this does not hinder the present invention.
  • MR magnetoresistive effect
  • the MR characteristic was measured by a DC four-terminal method when no texture was formed.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer was not defined in one direction, and good MR characteristics could not be obtained.
  • FIG. 4 is an arrangement view of a sample on which a texture is formed in order to examine the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer.
  • two samples were prepared in which a directional texture was formed by ion beam etching on a glass substrate / Al 2 O 3 film (30 nm).
  • the above-described GMR film was formed in a non-magnetic field by arranging the directional textures so that the directions of the directional textures were orthogonal to each other.
  • the dependence of the GMR film resistance on the external magnetic field direction was evaluated.
  • the magnitude of the external magnetic field was fixed at 16 kA / m, and the application direction was changed from 0 ° to 360 ° in increments of 15 ° for measurement.
  • the direction of the ferromagnetic pinned layer Since the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer is stable against an applied magnetic field of 16 kA / m, the direction does not change. On the other hand, since the magnetization direction of the ferromagnetic free layer faces the direction of the applied magnetic field, the relative angle between the magnetizations of the ferromagnetic pinned layer and the ferromagnetic free layer changes, and the GMR effect (resistance change of the GMR film) appears.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the relationship between the angle of the applied magnetic field (external magnetic field) and the resistance value of the GMR film.
  • the upper diagram in FIG. 5 shows the measurement results for the texture on the left side of FIG. 4, and the lower diagram in FIG. 5 shows the measurement results for the texture on the right side in FIG.
  • the resistance of the GMR film changes sinusoidally with respect to the direction of the external magnetic field. Comparing the upper and lower waveforms in FIG. 5, it can be seen that the phase differs depending on the directionality direction of the texture.
  • the angle of the applied magnetic field at the time when the GMR film resistance is minimum coincides with the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer. This is because the direction of magnetic field application and the magnetization of the ferromagnetic free layer match, and when the GMR film resistance is minimized, the magnetization of the ferromagnetic fixed layer and the magnetization of the ferromagnetic free layer (ie, the angle of the applied magnetic field) ) Is considered to be facing the same direction.
  • the magnetization directions of the magnetic pinned layer in the samples arranged so that the directions of the directional textures are orthogonal to each other can be estimated as -90 ° and -180 °, respectively. That is, this is nothing but the fact that the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer can be magnetized in two orthogonal directions by one GMR film formation.
  • the magnetization direction in addition to magnetizing the magnetization directions in two orthogonal directions as described above, it is also possible to define the magnetization direction by applying a magnetic field when forming the GMR film. it can.
  • FIG. 6 illustrates a method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment.
  • a plan view of the glass substrate as viewed from above is shown for each process.
  • each process of FIG. 6 is demonstrated.
  • Texture formation (0 °, 90 °) A resist pattern is formed on the surface of the glass substrate on which the Al 2 O 3 film is formed so that a texture is formed only at a desired portion by a photoresist process. Next, a texture having directivity is formed by the method described above. This flow set is performed twice so that the texture directivity becomes two directions orthogonal to each other.
  • This step corresponds to steps S101 to S102 in FIG.
  • a texture directed to 0 ° with respect to the reference direction of the glass substrate (rightward in the drawing in FIG. 1) and a texture directed to 90 ° with respect to the reference direction are formed.
  • a GMR film particularly when forming a ferromagnetic pinned layer (here, Co 75 Fe 25 (2.4) layer) at least on the side in contact with the underlayer, 0 ° ⁇ ⁇ 90 °
  • the applied magnetic field is decomposed into a component facing 0 ° with respect to the reference direction of the glass substrate and a component facing 90 ° with respect to the reference direction. Due to the effect of this magnetic field component, the ferromagnetic pinned layer of the GMR film is magnetized in directions of 0 ° and 90 °, respectively.
  • the angle of the magnetic field to be applied is not necessarily 45 °. This is because if a magnetic field is applied at an angle between the angles formed by the two textures, the effect of the texture results in decomposition into a component having a direction of 0 ° and a component having a direction of 90 °.
  • This step corresponds to step S103 in FIG.
  • a resist pattern is formed by a photoresist process.
  • the magnetoresistive effect element is processed into a desired shape by an ion milling method, and the resist is peeled off.
  • two magnetoresistive elements in which the magnetization directions of the ferromagnetic pinned layer of the GMR film are oriented at 0 ° and 90 ° with respect to the reference direction of the glass substrate are obtained.
  • This step corresponds to step S104 in FIG.
  • This step corresponds to steps S106 to S107 in FIG.
  • a texture directed to 180 ° with respect to the reference direction of the glass substrate (rightward in the drawing in FIG. 1) and a texture directed to 270 ° with respect to the reference direction are formed.
  • the part where the texture is formed in this step is set to face the part where the two previously formed textures are formed. That is, the first part faces the third part and the second part faces the fourth part.
  • four textures facing in four different directions (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) with respect to the reference direction of the glass substrate are formed.
  • a GMR film particularly when forming a ferromagnetic pinned layer (here, Co 75 Fe 25 (2.4) layer) at least on the side in contact with the underlayer, 180 ° ⁇ ⁇ 270 °
  • the applied magnetic field is decomposed into a component facing 180 ° with respect to the reference direction of the glass substrate and a component facing 270 ° with respect to the reference direction. Due to the effect of the magnetic field component, the ferromagnetic pinned layer of the GMR film is magnetized in the directions of 180 ° and 270 °, respectively.
  • This step corresponds to step S108 in FIG.
  • step (3) Two magnetoresistive elements are formed as in step (3).
  • two magnetoresistive elements in which the magnetization directions of the ferromagnetic pinned layer of the GMR film are oriented at 180 ° and 270 ° with respect to the reference direction of the glass substrate are obtained.
  • This step corresponds to step S109 in FIG.
  • the characteristics of individual magnetoresistive elements produced using such a manufacturing method were evaluated.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer was magnetized in four directions of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° as intended, and MR characteristics with small variations could be obtained.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration example of a magnetoresistive effect element.
  • the magnetoresistive effect element manufactured using the method according to the first embodiment is characterized in that a texture is formed on a substrate and one GMR film is magnetized in a plurality of directions.
  • Embodiment 1 after two textures are formed on a glass substrate, a GMR film is formed while applying a magnetic field at an angle between the angles formed by the textures.
  • the GMR film having the ferromagnetic pinned layer magnetized in two directions can be formed by performing the process of forming the GMR film only once.
  • the magnetization of the ferromagnetic pinned layer of the GMR film can be defined as an orientation of 0 ° and an orientation of 90 °, respectively.
  • the magnetic sensor for detecting the rotation angle of the magnetic field is magnetized in the four directions of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° on the same substrate by the method described above.
  • the formed magnetoresistive effect element can be used.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the magnetic sensor according to the second embodiment.
  • the magnetic sensor according to the second embodiment includes a first bridge circuit 200 composed of two pairs of magnetoresistive elements in which the magnetization directions of the ferromagnetic pinned layer are set to 0 ° and 180 °, and the ferromagnetic pinned layer. And a second bridge circuit 300 composed of two pairs of magnetoresistive elements in which the magnetization directions of the layers are set to 90 ° and 270 °. Further, an arithmetic device 100 is provided that calculates the absolute angle of the angle detection object using the output of each bridge circuit.
  • FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of each bridge circuit.
  • the first bridge circuit 200 includes magnetoresistive elements 31a, 31b, 31c, and 31d.
  • the second bridge circuit 300 includes magnetoresistive elements 32a, 32b, 32c, and 32d.
  • the arrow shown in the equivalent circuit represents the direction of magnetization of the ferromagnetic fixed layer (here, focusing on the magnetization direction of the Co 90 Fe 10 (2.5) layer in contact with the Cu (2.1) layer). Yes.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the outputs of the first bridge circuit 200 and the second bridge circuit 300.
  • the output waveform of each bridge circuit is a sine wave waveform whose phase is shifted by 90 °.
  • the magnetic sensor according to the second embodiment is manufactured using the magnetoresistive effect element manufactured by the method described in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a magnetic sensor according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, for the sake of simplicity of description, an example in which four textures are formed on the same substrate is shown.
  • the part is composed.
  • a three-dimensional magnetic sensor can be constituted.
  • the magnetic detection unit that detects magnetism in the z-axis direction in FIG. 11 does not necessarily have to be a magnetoresistive element, and any magnetic detection method can be used.
  • a three-dimensional magnetic sensor having the same effect as the magnetoresistive effect element described in the first and second embodiments can be obtained.
  • the configuration of the GMR film using the self-pinned ferromagnetic fixed layer not including the antiferromagnetic layer has been described.
  • a GMR film using an irregular antiferromagnetic layer exchange-coupled with the ferromagnetic layer in contact with the ferromagnetic layer can be manufactured by the same manufacturing method as in Example 1 without applying heat treatment while applying a magnetic field. it can.
  • Examples of the material of the antiferromagnetic layer include Mn—X (X: Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Au, Cr, Fe, and Ni, such as MnIr and MnRu. ) Can be used.
  • the GMR film according to the fourth embodiment is Ta (3 nm) / Ru (2) / Mn 80 Ir 20 (6) / Co 75 Fe 25 (2.4) / Ru (0.35) / Co 90 Fe 10 ( 2.5) / Cu (2.1) / Co 90 Fe 10 (1) / Ni 85 Fe 15 (2) / Cu (0.6) / Ta (2).
  • the magnetoresistive effect element using the GMR film configuration in the fourth embodiment can also be manufactured by the same method as in the first embodiment.
  • ion beam etching conditions specifically, the angle formed between the normal direction of the substrate and the ion beam incident direction, ion gas types, ion acceleration conditions, and the like are different from those in the first embodiment. And examined. As a result of examination, the period of the texture irregularities is 2 nm or more and 1 A range of 00 nm or less was found to be suitable.
  • the amplitude of the texture irregularities is preferably in the range of 0.5 nm to 2.5 nm. As the amplitude of the irregularities increased, the magnitude of uniaxial magnetic anisotropy induced in the ferromagnetic pinned layer formed on the texture monotonously increased. In particular, the amplitude increased sharply from 0.5 nm and tended to be saturated around 2.8 nm.
  • each layer is about 2 to 3 nm
  • the impression that the uneven amplitude is 2.5 nm gives an impression that it is too large.
  • the unevenness of about 1 nm seen in the texture attenuates as the GMR film underlayer is deposited, and an almost uneven structure is formed on the outermost surface of the ferromagnetic pinned layer on the underlayer side. unacceptable.
  • the unevenness of the interface is caused by a decrease in antiferromagnetic interlayer coupling via the Ru layer in the ferromagnetic pinned layer, and an increase in ferromagnetic interlayer coupling between the ferromagnetic pinned layer and the ferromagnetic free layer. Invite. Therefore, it is very convenient that the unevenness of the interface is small in the region above the ferromagnetic pinned layer on the base layer side as shown in FIG.
  • the uniaxial magnetic anisotropy induced by texture formation the more stable the magnetization of the ferromagnetic pinned layer. Therefore, in the sixth embodiment, the uniaxial magnetic anisotropy was evaluated by changing the composition of the ferromagnetic fixed layer from that in the first embodiment. Note that Co 75 Fe 25 (2.4 nm) is used in the ferromagnetic fixed layer in the first embodiment.
  • Co 50 Fe 50 was used as the composition of the ferromagnetic fixed layer, an anisotropic magnetic field of 24 kA / m was obtained. In the composition of Embodiment 1, it was 8 kA / m. Further, when a Co—Fe film was formed on the same texture and compared, it was found that Co 75 Fe 25 and Co 50 Fe 50 had different easy axes of magnetization by 90 °.
  • the crystal structure may be an fcc (face centered cubic lattice) structure or a bcc (body centered cubic lattice) structure.
  • fcc face centered cubic lattice
  • bcc body centered cubic lattice
  • the crystal structures of the ferromagnetic pinned layer on the underlayer side and the nonmagnetic intermediate layer side are matched. This is because a material having easy magnetization axes orthogonal to each other is selected and stacked (for example, Co 50 Fe 50 (2.1 nm) / Ru (0.35) / Co 90 Fe 10 (2.5)), This is because the magnetization of the self-pinned ferromagnetic pinned layer becomes unstable.
  • Co—Fe layers are important factors for the stability of magnetization of the ferromagnetic pinned layer, and also for good MR characteristics.
  • a configuration such as Co 50 Fe 50 (2.1 nm) / Ru (0.35) / Co 50 Fe 50 (1.9 nm) / Co 90 Fe 10 (1.0) is suitable.
  • the ferromagnetic free layer is configured as Co 90 Fe 10 (1 nm) / Co 72 Fe 8 B 20 (7).
  • the anisotropic magnetic field Hk could be 2 kA / m or less without substantially deteriorating the MR characteristics.
  • the anisotropic MR effect (AMR) of the ferromagnetic free layer was reduced, and a more advantageous secondary effect could be confirmed.
  • the stacking order of the layers when forming the GMR film is different from that in the first embodiment.
  • the layers are laminated in the order of the ferromagnetic free layer / nonmagnetic intermediate layer / ferromagnetic pinned layer from the substrate side. Accordingly, the layer forming the texture is different from that of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the eighth embodiment. Hereinafter, each step of FIG. 12 will be described.
  • the magnetic field has an angle between a predetermined reference direction (first direction) and a direction perpendicular to the reference direction (second direction), preferably an intermediate angle ⁇ between the two.
  • first direction a predetermined reference direction
  • second direction a direction perpendicular to the reference direction
  • ⁇ an intermediate angle between the two.
  • a GMR film is formed while applying.
  • the magnitude of the magnetic field is set in the same manner as in step S103 of the first embodiment.
  • the first direction is set to 0 ° with respect to the reference direction and the second direction is set to 90 ° as in the first embodiment.
  • FIG. 12 Step S1202
  • a linear first texture (first pattern) is formed in a specific part (first part) on the GMR film at an angle of 0 ° with respect to the reference direction.
  • the actual texture is formed in a straight line in a direction connecting the direction of 0 ° and the direction of 180 ° with respect to the reference direction.
  • an ion beam etching method may be used as in FIG.
  • FIG. 12 Step S1203
  • a linear second texture (second pattern) is formed at a specific position (second part different from the first part) on the GMR film at an angle of 90 ° with respect to the reference direction.
  • the actual texture is formed in a straight line in the direction connecting the 90 ° direction and the 270 ° direction with respect to the reference direction.
  • the ferromagnetic pinned layer of the GMR film has an easy axis in the direction connecting 0 ° and 180 ° and the direction connecting 90 ° and 270 ° depending on the directivity of the texture.
  • a uniaxial magnetic anisotropy is induced.
  • Steps S1204 to S1205) These steps are the same as steps S104 to S105 in FIG.
  • Step S1206 At least in the process of forming the ferromagnetic pinned layer, the GMR film is formed while applying a magnetic field at an angle between 180 ° and 270 ° with respect to the reference direction, preferably at an angle ⁇ of 225 °. To do.
  • the magnitude of the magnetic field is set in the same manner as in step S103 of the first embodiment.
  • a linear third texture (third pattern) is formed at a specific position on the GMR film (a third part different from the first part and the second part) at an angle of 180 ° with respect to the reference direction.
  • the actual texture is formed in a straight line in a direction connecting the direction of 0 ° and the direction of 180 ° with respect to the reference direction.
  • a linear fourth texture (fourth pattern) is formed in a specific part (fourth part different from the first part to the third part) on the GMR at an orientation of 270 ° with respect to the reference direction.
  • the actual texture is formed in a straight line in the direction connecting the 90 ° direction and the 270 ° direction with respect to the reference direction.
  • the ferromagnetic pinned layer of the GMR film has an easy axis in the direction connecting 0 ° and 180 ° and the direction connecting 90 ° and 270 ° depending on the directivity of the texture.
  • a uniaxial magnetic anisotropy is induced.
  • FIG. 12 Steps S1209 to S1211) These steps are the same as steps S109 to S111 in FIG.
  • the configuration of the GMR film is Ta (3 nm) / Ru (2) / Ni 85 Fe 15 (2) / Co 90 Fe 10 (1) / Cu (2.1) / Co 90 Fe 10 (2.5) / Ru (0.35) / Co 75 Fe 25 (2.4) / Ta (2) or the like can be used.
  • the order of the manufacturing method flow is changed because the order of stacking the GMR films is reversed.
  • the essential method is the same as that of the first embodiment. You can think of it. Therefore, since the technique described in Embodiment 1 can be diverted for the detailed procedure of each process, detailed description is abbreviate
  • the procedure of performing the texture forming step four times has been described, but the texture forming step may be performed twice.
  • a GMR film is selectively formed only on the part.
  • 31a to 31d, 32a to 32d magnetoresistive effect element, 100: arithmetic unit, 200: first bridge circuit, 300: second bridge circuit.

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Abstract

　ＧＭＲ膜を成膜する工程の数を少なくしつつ、強磁性固定層の磁化の方向と向きをともに規定することができる手法を提供する。　方向性を有する複数のパターンを形成することによって強磁性固定層の磁化方向を複数方向に規定する。また、磁気抵抗効果膜を成膜するときに、前記複数のパターン同士が形成する角度の間に設定された角度で磁界を印加する。

Description

磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気センサ、回転角度検出装置
　本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗素子を用いた磁気センサ、および磁気センサを用いた回転角度検出装置に関するものである。
　磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、磁界発生機構を搭載した検知対象物の変位を非接触で検出することが可能であり、磁気エンコーダや磁気回転角度検出センサとして利用されている。磁気抵抗効果素子の中でも、スピンバルブ（以下、ＳＶと記載する）型と呼ばれる巨大磁気抵抗効果（以下、ＧＭＲと記載する）膜を用いた磁気抵抗効果素子は、回転角度検出に対して有用である。
　特許文献１に記載されているように、ＳＶ型ＧＭＲ膜は、反強磁性層／強磁性固定層／非磁性中間層／強磁性自由層の基本構成から成る。強磁性固定層は、隣接して成膜された反強磁性層との交換結合により、その磁化方向が一方向に固定されている。一方、強磁性自由層の磁化方向は、外部磁界に応じて変化する。
　したがって、ＳＶ型ＧＭＲ膜に対して、比較的小さい強度の信号回転磁界を印加すると、強磁性固定層の磁化と強磁性自由層の磁化の相対角度が変化し、これに応じて電気的な出力を得ることができる。すなわち、回転検知対象物に永久磁石などの磁界発生機構を搭載し、回転検知対象物の回転運動に同期して生じる回転磁界を電気信号に変換することで、回転角度センサとしての機能が得られる。
　特に、回転検知対象物の絶対角度を検出するためには、回転磁界に対して磁気抵抗効果素子の検出感度が等方的であり、任意の磁界方向に対して検出誤差が小さいことが重要となる。また、動作環境温度の変動に対して検出角度に乖離が生じないことも必要である。
　このような課題に対して、強磁性固定層の磁化方向が異なるＳＶ型ＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子を複数有し、これらをブリッジ回路状に接続した回転角度センサが提案されている。
　一般に、ひとつのＳＶ型ＧＭＲ膜について、強磁性固定層のある特定部位のみを所望の複数方向に着磁することは困難である。したがって、複数の磁化方向を有する磁気抵抗効果素子を得るためには、あらかじめ強磁性固定層の磁化方向が異なるＳＶ型ＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子を複数作製しておくことが必要である。その後、磁気抵抗効果素子を個々の素子ユニットに切断して、ブリッジ回路に実装することになる。
　一方、回転角度センサには、高温環境下での安定動作に対する要求も強い。ＳＶ型ＧＭＲ膜の熱安定性という観点では、強磁性固定層の磁化をいかに強固に固定するかがボトルネックとなる。反強磁性層との交換結合は、一般に２５０℃から３２０℃程度で消失することから、十分な熱安定性を実現することは困難であった。
　特許文献２には、上記課題に対して、別の固定層磁化の固定方法として、反強磁性層を含まない、第一の強磁性層／反強磁性的結合層／第二の強磁性層からなる強磁性固定層の構造が開示されている。例えば、Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏという積層構造を適切な厚さと作製方法で形成すると、２つのＣｏ層がＲｕ層を介して反強磁性的に強く層間結合し、結果、反平行配列した２つのＣｏ層の磁化が外部磁界によって変化しにくくなる。特許文献２に記載されている技術は、このことを応用している。ここでは、このような強磁性固定層構造をセルフピン型と呼ぶことにする。
　セルフピン型の強磁性固定層は、反強磁性層との交換結合を活用した通常の強磁性固定層よりも、より高温下まで磁化を安定に固定することができる。そのため、上記課題に対して好ましい構成であると言える。
　また、セルフピン型の強磁性固定層は、磁化方向を規定する手法に関しても大きな利点がある。
　一般に、反強磁性層との交換結合を活用した通常の強磁性固定層の磁化方向は、ＧＭＲ膜を成膜した後、磁界を印加しながら行う熱処理で規定される。すなわち、この手法では、同一基板上に異なる方向へ強磁性固定層の磁化を規定することが困難であった。
　一方で、セルフピン型の強磁性固定層は、成膜する時に印加する磁界の方向を変えることで、磁化を任意の方向に設定することができる。そのため、同一基板内に、異なる方向に強磁性固定層の磁化を設定した複数のＧＭＲ膜を形成することができる。
　したがって、微細加工を用いて磁気抵抗効果素子を形成する工程を経て、ブリッジ回路へ電極端子を接続する工程を、同一基板内で実施することができる。そのため、簡便な製造フローで磁気センサを作製することが可能である。
　特許文献３には、上記のような手法を用いた磁気センサが記載されている。
　特許文献４には、セルフピン型の強磁性固定層を複数方向に着磁する技術として、局所的な加熱を利用した着磁方法が記載されている。
　特許文献５には、強磁性固定層の磁化方向制御に関して、エッチングによるテクスチャー形成を用いて一軸磁気異方性を誘導する手法が開示されている。
特許第３０４０７５０号公報 特許第３０３３９３４号公報 特開２００８－３０６１１２号公報 特表２００２－５１９８７３号公報 特開２００７－１４２３９３号公報
　上述したように、セルフピン型の強磁性固定層を用いたＧＭＲ膜により構成される磁気センサは、（１）熱安定性に優れる、（２）同一基板上に、強磁性固定層の磁化が異なる方向に設定された複数の磁気抵抗効果素子、およびこれを接続して成るブリッジ回路を形成することが可能である、等の利点がある。
　しかしながら、例えば、相異なる４方向の強磁性固定層の磁化設定を必要とする場合には、ＧＭＲ膜を成膜する工程が４回必要となる。この場合、工程数が多く、製造タクト・コストの面では不利となる。
　また、回転角度センサの性能において重要となる検出角度誤差については、ブリッジ回路を構成する個々の磁気抵抗効果素子の特性ばらつきが大きな影響を与える。すなわち、４回に分割して成膜した個々のＧＭＲ膜の特性にばらつきが生じると、検出角度誤差の点で性能が劣る懸念がある。また、４段構成となるＧＭＲ膜では、ＧＭＲ膜を成膜する際のバッチ間の特性ばらつきに加えて、上段に進むほど、表面凹凸の増大などが特性乖離を引き起こす可能性がある。
　上記特許文献４に記載の技術では、強磁性固定層の磁化固定に関して、熱安定性や強磁界耐性を犠牲にする必要があり、信頼性の高い磁気センサが得られ難い懸念がある。
　上記特許文献５に記載の技術では、強磁性固定層の磁化容易軸を制御することができるが、磁化容易軸上のいずれの向きに磁化を設定するかまでは規定することが難しかった。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＧＭＲ膜を成膜する工程の数を少なくしつつ、強磁性固定層の磁化の方向と向きをともに規定することができる手法を提供することを目的とする。
　本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法では、方向性を有する複数のパターンを形成することによって強磁性固定層の磁化方向を複数方向に規定する。また、磁気抵抗効果膜を成膜するときに、前記複数のパターン同士が形成する角度の間に設定された角度で磁界を印加する。
　本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果膜を形成する工程を１回実行する毎に、磁気抵抗効果膜を複数の方向と向きへ着磁することができる。これにより、安価で、検出角度誤差が小さく、熱安定性に優れる高性能な磁気抵抗効果素子を得ることができる。
実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を示すフローチャートである。 図１のステップＳ１０１等において、イオンビームエッチング法を用いてテクスチャーを形成する手法を示す模式図である。 テクスチャーの上にＧＭＲ膜を形成した後のＴＥＭ観察図である。 強磁性固定層の磁化方向を調べるためにテクスチャーを形成した試料の配置図である。 印加磁界（外部磁界）の角度とＧＭＲ膜の抵抗値との関係を測定した結果を示す図である。 実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を図示したものである。 磁気抵抗効果素子の構成例を示す模式図である。 実施の形態２に係る磁気センサの機能ブロック図である。 各ブリッジ回路の等価回路図である。 第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路の出力を示す図である。 実施の形態３に係る磁気センサの模式図である。 実施の形態８に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同じ機能部分には同一の符号を付して説明する。
　また、ここでは説明を簡略化するため、強磁性固定層の磁化方向が、基板面内のある基準方向に対して、０°、９０°、１８０°、２７０°の４つの向きに設定された磁気抵抗効果素子を作製する場合を例に説明を行う。上記の各角度については、所望の性能等の要件を満たすものであれば、任意の角度に設定することが可能である。すなわち、本発明における強磁性固定層の磁化方向は、上記４つの角度の向きに限定されるものではない。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を示すフローチャートである。図１のフローチャートは、基板側から順に、強磁性固定層／非磁性中間層／強磁性自由層を積層してＧＭＲ膜を成膜する手順を示す。以下、図１の各ステップについて説明する。
（図１：ステップＳ１０１）
　基板上の特定の部位（第１部位）に、基板の基準方向に対して０°の向き（第１方向）で直線状の第１テクスチャー（第１パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、基板の基準方向に対して０°の向きと１８０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。
　ここでは、後述のステップＳ１０５と区別するため、本ステップで形成されるテクスチャーの向きは、基準方向に対して０°であるとした。以下の説明でも、同様の考え方を用いて、テクスチャーの方向を表現する。
　テクスチャーの形成手法については、後述の図２で改めて説明する。以下のステップにおいてテクスチャーを形成する手法についても同様である。なお、本ステップを実行している様子は、後述の図６（１）で改めて図示する。
（図１：ステップＳ１０２）
　基板上の特定の部位（第１部位とは異なる第２部位）に、基板の基準方向に対して９０°の向き（第２方向）で直線状の第２テクスチャー（第２パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、基板の基準方向に対して９０°の向きと２７０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。なお、本ステップを実行している様子は、後述の図６（１）で改めて図示する。
（図１：ステップＳ１０３）
　上記第１パターンと第２パターンを形成した部位上に、ＧＭＲ膜を成膜する。このとき少なくとも、強磁性固定層を成膜する過程において、第１パターンと第２パターンがなす角度の間の角度、好ましくは４５°の角度θで磁界を印加しながら、成膜を行う。磁界の大きさは、通常ＧＭＲ膜の強磁性層としてよく用いられるＣｏ－Ｆｅが飽和する程度の大きさとする。具体的には、数ｋＡ／ｍから数十ｋＡ／ｍ程度が適切である。
　ＧＭＲ膜の強磁性固定層には、ステップＳ１０１～Ｓ１０２で形成したテクスチャーの指向性に応じて、０°と１８０°を結ぶ方向、および９０°と２７０°を結ぶ方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が誘導される。言い換えると、強磁性固定層の磁化方向を規定することができる。
　さらに、θ＝４５°の方向に磁界を印加しながら成膜を行うと、その磁界は、第１テクスチャーの働きによって０°の向きに分解される成分と、第２テクスチャーの働きによって９０°の向きに分解される成分とに分かれる。この作用により、強磁性固定層の磁化の向きが０°および９０°の向きに設定されることになる。
　すなわち、強磁性固定層の磁化方向は、単に０°の向きと１８０°の向きを結ぶ「方向」、および９０°の向きと２７０°の向きを結ぶ「方向」に設定されるのみならず、明示的に０°の「向き」と９０°の「向き」に設定されるのである。
　なお、本ステップを実行している様子は、後述の図６（２）で改めて図示する。
（図１：ステップＳ１０４）
　ステップＳ１０１～Ｓ１０３で得られた、磁化方向が０°の向きと９０°の向きに設定されたＧＭＲ膜を、後述の図６（３）で改めて説明するパターニング等の手法により、所望の形状に加工する。
（図１：ステップＳ１０５）
　Ａｌ２Ｏ３膜などの分離絶縁膜を成膜する。
（図１：ステップＳ１０６）
　基板上の特定の部位（第１部位、第２部位とは異なる第３部位）に、基板の基準方向に対して１８０°の向きで直線状の第３テクスチャー（第３パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、基板の基準方向に対して０°の向きと１８０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。なお、本ステップを実行している様子は、後述の図６（４）で改めて図示する。
（図１：ステップＳ１０７）
　基板上の特定の部位（第１部位～第３部位とは異なる第４部位）に、基板の基準方向に対して２７０°の向きで直線状の第４テクスチャー（第４パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、基板の基準方向に対して９０°の向きと２７０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。なお、本ステップを実行している様子は、後述の図６（４）で改めて図示する。
（図１：ステップＳ１０８）
　上記第３パターンと第４パターンを形成した部位上に、ＧＭＲ膜を成膜する。このとき少なくとも、強磁性固定層を成膜する過程において、第３パターンと第４パターンがなす角度の間の角度、好ましくは２２５°の角度θで磁界を印加しながら、成膜を行う。磁界の大きさについては、ステップＳ１０３と同様でよい。
　本ステップにより、強磁性固定層の磁化方向は、ステップＳ１０３と同様の原理で１８０°の「向き」と２７０°の「向き」に設定される。
　なお、本ステップを実行している様子は、後述の図６（５）で改めて図示する。
（図１：ステップＳ１０９）
　ステップＳ１０６～Ｓ１０８で得られた、磁化方向が１８０°の向きと２７０°の向きに設定されたＧＭＲ膜を、後述の図６（６）で改めて説明するパターニング等の手法により、所望の形状に加工する。
（図１：ステップＳ１１０）
　Ａｌ２Ｏ３膜などの分離絶縁膜を成膜する。
（図１：ステップＳ１１１）
　フォトレジスト工程→イオンミリング工程→電極膜形成工程を通して、磁気抵抗効果素子に一対の電極を接続する。
　以上、本実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を説明した。
　次に、各ステップの詳細について説明する。
　図２は、図１のステップＳ１０１等において、イオンビームエッチング法を用いてテクスチャーを形成する手法を示す模式図である。図２（ａ）は基板とイオンガンの配置を示す側面図、図２（ｂ）は基板にテクスチャーが形成された状態を示す斜視図である。以下では図１のステップＳ１０１を例に取り、同ステップの実行手順を説明する。
（図１：ステップＳ１０１：手順１）
　ガラス基板に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３膜を３０ｎｍ成膜する。
（図１：ステップＳ１０１：手順２）
　ガラス基板の法線方向に対して、イオンビームの入射方向が例えば６０°となるように、イオンガンとガラス基板を配置する。
（図１：ステップＳ１０１：手順３）
　イオンガンを用いてイオンビームエッチングを３０秒間実行する。
（図１：ステップＳ１０１：手順４）
　ガラス基板を１８０°自転させ、イオンガンを用いてイオンビームエッチングを３０秒間実行する。
（図１：ステップＳ１０１：手順５）
　手順３～４を、所定回数繰り返し実行する。この結果、図２（ｂ）に示すような、線状の指向性を持ったテクスチャーが形成される。
　以上、図１のステップＳ１０１等の詳細について説明した。ここで、上記手順３～手順４について補足しておく。
　イオンビームエッチングを行う場合は、面内のエッチング量が均一となるように、基板を自転させるのが一般的である。本実施の形態１では、意図的に基板を自転させずに処理することで、エッチング方向に指向性を持たせた。これにより、面内のエッチング量が均一なテクスチャーを、線状の指向性をもって形成することができる。
　図３は、テクスチャーの上にＧＭＲ膜を形成した後のＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察図である。図３（ａ）は図２のＡ－Ａ’断面、図３（ｂ）はこれに直交する図２（ｂ）のＢ－Ｂ’断面の観察図である。
　まず、スパッタ法によりガラス基板上にＡｌ２Ｏ３膜を成膜した。次に、スパッタ法により、下から順に、Ｔａ（３）／Ｒｕ（２）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）／Ｃｕ（２．１）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）／Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）／Ｃｕ（０．６）／Ｔａ（２）の構成からなるＧＭＲ膜を成膜した。ＧＭＲ膜構成表記において、（）内数値は各膜厚（単位：ｎｍ）であり、下添え字は合金組成（単位：ａｔ％）である。ＧＭＲ膜の層構成の内訳は、以下の通りである。
（下地層）Ｔａ（３）／Ｒｕ（２）
（強磁性固定層）Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）
（非磁性中間層）Ｃｕ（２．１）
（強磁性自由層）Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）／Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）
（保護層）Ｃｕ（０．６）／Ｔａ（２）
　Ａ－Ａ’断面には、Ａｌ２Ｏ３膜表面に、周期的な凹凸が観察された。周期は１０ｎｍ程度であり、振幅は１ｎｍ程度であった。図示した部位以外にも全面に渡って、比較的周期と振幅の揃った凹凸を確認することができた。Ｂ－Ｂ’断面はほぼ平坦で、明確な凹凸構造は認められなかった。
　すなわち、上述したような手法によるイオンビームエッチングによって、指向性のあるテクスチャーが形成されたことが分かる。
　次に、このような指向性のあるテクスチャーが、強磁性層の磁気特性に与える影響について調べた。
　まず上記と同様に、ガラス基板／Ａｌ２Ｏ３膜（３０ｎｍ）に、イオンビームエッチングによって指向性のあるテクスチャーを形成した。その後、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（３）／Ｒｕ（２）という構成の積層膜を成膜し、ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（３）層の磁気特性を評価した。
　評価の結果、図２における（ａ）Ａ－Ａ’方向が磁化困難軸、（ｂ）紙面垂直方向が磁化容易軸となる一軸磁気異方性が誘導されていることが確認された。磁化困難軸を励磁した際に得られた異方性磁界Ｈｋは、８ｋＡ／ｍ程度であった。また、磁化容易軸を励磁した際は、保磁力Ｈｃｅは１．６ｋＡ／ｍ程度であった。
　イオンビームエッチングを行わない場合には、それぞれＨｋ＝０．６ｋＡ／ｍ程度、Ｈｃｅ＝１ｋＡ／ｍ程度であったことから、指向性のあるテクスチャーを形成することによって、大きな磁気異方性が誘導されたことが分かる。
　なお、この磁気異方性は、積層膜を成膜する時の印加磁界の有無や印加磁界の方向にほとんど依存しないことを確認している。
　次に、指向性のあるテクスチャー上に成膜したＧＭＲ膜の特性を評価した結果について説明する。
　まず上記と同様に、ガラス基板／Ａｌ２Ｏ３膜（３０ｎｍ）に、イオンビームエッチングによって指向性のあるテクスチャーを形成した。その後、上述したＴａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）／Ｃｕ（２．１）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）／Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）／Ｃｕ（０．６）／Ｔａ（２）の構成からなるＧＭＲ膜を成膜した。ここでは、ＧＭＲ膜成膜時に磁界は印加していない。上記ＧＭＲ膜の構成の詳細について、ここで説明しておく。
　セルフピン型の強磁性固定層：Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）では、Ｒｕ（０．３５）層を介して、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）層とＣｏ９０Ｆｅ１０（２．５）層が反強磁性的に強く層間結合しており、互いの磁化が反平行配列した状態となっている。
　この強磁性固定層の磁化方向を安定にするためには、（１）反強磁性的層間結合層（ここではＲｕ（０．３５）層）を介した層間結合エネルギーが大きいこと、（２）実効的な強磁性固定層の磁化量がゼロであること、すなわち、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）層の磁化量とＣｏ９０Ｆｅ１０（２．５）の磁化量を等しくすること、が効果的である。また、ここでは、強磁性固定層と強磁性自由層の間に作用する層間結合磁界がゼロとなるように、Ｃｕ層の膜厚を２．１ｎｍとした。
　ここで示したＧＭＲ膜構成は典型例を示したに過ぎず、磁気抵抗効果（ＭＲ）特性や強磁性層の磁気特性に関して、より好ましい結果が得られるように、材料や膜厚を適宜最適化しても、本発明の支障となるものではない。
　まず、比較のため、テクスチャーを形成しない場合について、ＭＲ特性を直流４端子法で測定した。この場合、強磁性固定層の磁化方向が一方向に規定されておらず、良好なＭＲ特性が得られなかった。
　一方、テクスチャーを形成した場合、１０％程度のＭＲ比（磁気抵抗変化率）が得られており、良好な特性を示した。ＭＲ曲線の形状から、強磁性固定層と強磁性自由層の磁化が、印加磁界の大きさに応じて平行配列（抵抗最小）および反平行配列（抵抗最大）となっている様子が確認できた。さらに、印加磁界の大きさを徐々に増加させていったところ、強磁性固定層の磁化方向は、１５０ｋＡ／ｍまで安定して固定されていることが確認された。
　次に、強磁性固定層の磁化方向に関して詳細に調べた。
　図４は、強磁性固定層の磁化方向を調べるためにテクスチャーを形成した試料の配置図である。同図に示すように、ガラス基板／Ａｌ２Ｏ３膜（３０ｎｍ）にイオンビームエッチングによって指向性のあるテクスチャーを形成した試料を２枚準備した。次に、指向性テクスチャーの方向が互いに直交するように配置して、上述したＧＭＲ膜を無磁界中で成膜した。
　ここでは、強磁性固定層の磁化方向として、Ｃｕ（２．１）層に接したＣｏ９０Ｆｅ１０（２．５）層の磁化方向に着目する。
　まず、強磁性固定層の磁化方向を求めるために、外部磁界方向に対するＧＭＲ膜抵抗の依存性を評価した。外部磁界の大きさは１６ｋＡ／ｍに固定し、印加方向を０°から３６０°まで１５°刻みで変えて測定を行った。
　強磁性固定層の磁化方向は、１６ｋＡ／ｍの印加磁界に対して安定であるため、その方向は変化しない。一方で、強磁性自由層の磁化方向は、印加磁界の方向に向くので、強磁性固定層と強磁性自由層の磁化の相対角度が変わり、ＧＭＲ効果（ＧＭＲ膜の抵抗変化）が発現する。
　図５は、印加磁界（外部磁界）の角度とＧＭＲ膜の抵抗値との関係を測定した結果を示す図である。図５の上図は図４の左側のテクスチャーについての測定結果、図５の下図は図４の右側のテクスチャーについての測定結果である。ＧＭＲ膜の抵抗は、外部磁界の方向に対して正弦波的に変化している。図５の上下の波形を比較すると、テクスチャーの指向性方向によってその位相が異なっている様子が分かる。
　ＧＭＲ膜抵抗が最小になっている時点における印加磁界の角度が、強磁性固定層の磁化方向と一致しているといえる。なぜならば、磁界印加方向と強磁性自由層の磁化は一致しており、ＧＭＲ膜抵抗が最小になっている際に、強磁性固定層の磁化と強磁性自由層の磁化（すなわち印加磁界の角度）は同一の方向を向いていると考えられるからである。
　指向性テクスチャーの方向が互いに直交するように配置された試料における磁性固定層の磁化方向は、それぞれ－９０°および－１８０°と見積もることができる。すなわちこれは、１回のＧＭＲ膜成膜によって、強磁性固定層の磁化方向を、直交した２方向に着磁することができたことに他ならない。
　本実施の形態１では、磁化方向を上述のように直交した２方向に着磁することに加え、ＧＭＲ膜を成膜するときに磁界を印加することにより、磁化の向きをも規定することができる。
　なお、θ＝４５°の方向に磁界を印加しながら成膜を行ったＧＭＲ膜における強磁性固定層の磁化は、後に続くθ＝２２５°の方向に磁界を印加しながら行う成膜工程によって影響を受けない。これは、前述したように、磁化方向が規定されたセルフピン型の強磁性固定層：Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）は、指向性テクスチャーによって誘導された大きな一軸磁気異方性と、Ｒｕ（０．３５）層を介した強い反強磁性的な層間結合によって、その磁化方向が極めて安定であることによる。すなわち、１５０ｋＡ／ｍ程度以上の大きさの磁界が印加されない限り、強磁性固定層の磁化方向が変わることがないからである。
　図６は、本実施の形態１に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を図示したものである。ここではガラス基板を上から見た平面図を工程毎に図示した。以下、図６の各工程について説明する。
（１）テクスチャー形成（０°、９０°）
　Ａｌ２Ｏ３膜を成膜したガラス基板の表面に、フォトレジスト工程によって、所望の部位のみにテクスチャーが形成されるように、レジストパターンを形成する。次いで、前述したような手法により、指向性を有するテクスチャーを形成する。このフロー・セットを、テクスチャーの指向性が直交する２方向となるように、２度行う。
　本工程は、図１のステップＳ１０１～Ｓ１０２に相当する。本工程によって、ガラス基板の基準方向（図１では図面の右向き）に対して０°に向いたテクスチャーと、同基準方向に対して９０°に向いたテクスチャーとが形成される。
（２）ＧＭＲ膜を成膜（θ＝４５°）
　ＧＭＲ膜を成膜する時、特に、少なくとも下地層に接する側の強磁性固定層（ここでは、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）層）を成膜する際に、０°＜θ＜９０°、好ましい一例としては、θ＝４５°の方向に磁界を印加しながら、ＧＭＲ膜の成膜を行う。
　先に形成したテクスチャーの効果によって、印加した磁界はガラス基板の基準方向に対して０°に向いた成分と、同基準方向に対して９０°に向いた成分とに分解される。この磁界成分の効果により、ＧＭＲ膜の強磁性固定層は、それぞれ０°の向きと９０°の向きに着磁されることになる。
　なお、印加する磁界の角度は、必ずしも４５°でなくともよい。２つのテクスチャーが形成する角度の間の角度で磁界を印加すれば、テクスチャーの効果によって結果的に０°の向きの成分と９０°の向きの成分とに分解されることになるからである。
　本工程は、図１のステップＳ１０３に相当する。
（３）素子形成
　フォトレジスト工程によってレジストパターンを形成する。次いで、イオンミリング法によって、磁気抵抗効果素子を所望の形状に加工し、レジストを剥離する。本工程によって、ＧＭＲ膜の強磁性固定層の磁化方向が、ガラス基板の基準方向に対して０°の方向と９０°の方向を向いた２つの磁気抵抗効果素子が得られる。
　本工程は、図１のステップＳ１０４に相当する。
（４）テクスチャー形成（１８０°、２７０°）
　工程（１）と同様に、ガラス基板の表面にテクスチャーを形成する手順を２回実行する。
　本工程は、図１のステップＳ１０６～Ｓ１０７に相当する。本工程によって、ガラス基板の基準方向（図１では図面の右向き）に対して１８０°に向いたテクスチャーと、同基準方向に対して２７０°に向いたテクスチャーとが形成される。
　なお、本工程でテクスチャーを形成する部位は、先に形成した２つのテクスチャーを形成した部位と正対するようにしておく。すなわち、第１部位は第３部いと正対し、第２部位は第４部位と正対するようにしておく。これにより、ガラス基板の基準方向に対してそれぞれ異なる４方向（０°、９０°、１８０°、２７０°）を向いた４つのテクスチャーが形成されることになる。
（５）ＧＭＲ膜を成膜（θ＝２２５°）
　ＧＭＲ膜を成膜する時、特に、少なくとも下地層に接する側の強磁性固定層（ここでは、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）層）を成膜する際に、１８０°＜θ＜２７０°、好ましい一例としては、θ＝２２５°の方向に磁界を印加しながら、ＧＭＲ膜の成膜を行う。
　先に形成したテクスチャーの効果によって、印加した磁界はガラス基板の基準方向に対して１８０°を向いた成分と、同基準方向に対して２７０°を向いた成分とに分解される。この磁界成分の効果により、ＧＭＲ膜の強磁性固定層は、それぞれ１８０°の向きと２７０°の向きに着磁されることになる。
　本工程は、図１のステップＳ１０８に相当する。
（６）素子形成
　工程（３）と同様に、磁気抵抗効果素子を２つ形成する。本工程によって、ＧＭＲ膜の強磁性固定層の磁化方向が、ガラス基板の基準方向に対して１８０°の方向と２７０°の方向を向いた２つの磁気抵抗効果素子が得られる。本工程は、図１のステップＳ１０９に相当する。
　このような製造方法を用いて作製した個々の磁気抵抗効果素子の特性を評価した。評価の結果、強磁性固定層の磁化方向が狙い通り、０°、９０°、１８０°、２７０°の４方向に着磁されており、ばらつきの小さいＭＲ特性を得ることができた。
　図７は、磁気抵抗効果素子の構成例を示す模式図である。図６の工程（１）～（３）、および工程（４）～（６）を個別に実行し、後に各層を重ね合わせると、図７のような素子構造が得られる。
　本実施の形態１に係る手法を用いて製造した磁気抵抗効果素子は、基板上にテクスチャーが形成されている点、１つのＧＭＲ膜が複数方向に着磁されている点が特徴的である。
　以上のように、本実施の形態１では、ガラス基板上に２つのテクスチャーを形成した後、各テクスチャーが形成する角度の間の角度に磁界を印加しながらＧＭＲ膜を成膜する。
　これにより、ＧＭＲ膜を成膜する工程を１回実行するのみで、強磁性固定層が２方向に着磁されたＧＭＲ膜を成膜することができる。また、ＧＭＲ膜を成膜するときの印加磁界は、ガラス基板の基準方向に対して０°の向きと９０°の向きの２つの成分に分解されるので、ＧＭＲ膜の強磁性固定層の磁化の向きを、０°の向きと９０°の向きにそれぞれ規定することができる。
（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２では、実施の形態１で説明した磁気抵抗効果素子を用いて構成された磁気センサについて説明する。
　磁界の回転角度を検出する磁気センサは、上述したような方法で、同一基板上に強磁性固定層の磁化方向が０°、９０°、１８０°、２７０°の４つの向きに着磁されて形成された磁気抵抗効果素子を用いて構成することができる。
　図８は、本実施の形態２に係る磁気センサの機能ブロック図である。
　本実施の形態２に係る磁気センサは、強磁性固定層の磁化の向きが０°および１８０°に設定された２対の磁気抵抗効果素子で構成される第１ブリッジ回路２００と、強磁性固定層の磁化の向きが９０°および２７０°に設定された２対の磁気抵抗効果素子で構成される第２ブリッジ回路３００とを備える。また、各ブリッジ回路の出力を用いて角度検知対象物の絶対角度を算出する演算装置１００を備える。
　図９は、各ブリッジ回路の等価回路図である。第１ブリッジ回路２００は、磁気抵抗効果素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを備える。第２ブリッジ回路３００は、磁気抵抗効果素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを備える。等価回路に示した矢印は、強磁性固定層の磁化の向き（ここでは、Ｃｕ（２．１）層に接したＣｏ９０Ｆｅ１０（２．５）層の磁化方向に着目する）を表している。
　図１０は、第１ブリッジ回路２００と第２ブリッジ回路３００の出力を示す図である。各ブリッジ回路の出力波形は、位相が９０°ずれた正弦波波形となる。第１ブリッジ回路２００と第２ブリッジ回路３００の出力を用いて逆正接演算を行うことにより、磁気センサに加わる外部磁界の絶対角度を算出することができる。
　したがって、回転運動をする検知対象物に永久磁石を搭載し、磁気センサが、永久磁石から生じる磁界を検出することで、検知対象物の絶対角度を算出する回転角度検出装置を実現することができる。
　このような方法で作製した回転角度検出装置を試験したところ、角度検出誤差が小さく、熱安定性などの信頼性にも優れ、極めて良好な結果となった。これは、各磁気抵抗効果素子の特性ばらつきが小さいことに起因している。特性ばらつきが小さい理由として、以下の（理由１）～（理由２）が考えられる。
（理由１）ＧＭＲ膜を成膜する工程の実行回数が少なくても、強磁性固定層の磁化方向を０°、９０°、１８０°、２７０°の４方向に着磁することが可能となった。これに起因して、ＧＭＲ膜の成膜バッチ間の特性ばらつきの影響が抑制された。
（理由２）ＧＭＲ膜の成膜回数が減ったことで、膜成長に伴う表面凹凸増大の影響が少なくなり、上下のＧＭＲ膜の特性乖離が緩和された。
　なお、製造フローが簡略化されたことにより、製造タクトおよびコストを減少する効果が同時に発揮されることは、特筆すべきである。
　以上のように、本実施の形態２に係る磁気センサは、実施の形態１で説明した手法により製造した磁気抵抗効果素子を用いて製造した。
　これにより、各磁気抵抗効果素子の特性ばらつきが小さい磁気センサを得ることができる。また、角度検出誤差が小さく、熱安定性などの信頼性に優れた磁気センサを得ることができる。さらには、ＧＭＲ膜を成膜する工程が簡略化されることにより、製造タクトおよびコストを減少することができる。
（実施の形態３）
　図１１は、本発明の実施の形態３に係る磁気センサの模式図である。同図では、記載の簡易のため、同一基板上に４つのテクスチャーが形成されている例を示した。
　実施の形態１～２で説明した磁気抵抗効果素子を、互いに直行する平面状に配置することにより、図１１のｘｙ平面に対する法線方向（図１１のｚ軸方向）の磁気を検出する磁気検出部が構成される。これにより、３次元磁気センサを構成することができる。
　なお、図１１において、ｙ軸に沿ったテクスチャーが重複しているため、同方向に関しては磁気抵抗効果素子の検出対象が重複している。この重複部分については、必ずしも必要ではないことを付言しておく。
　なお、図１１のｚ軸方向の磁気を検出する磁気検出部は、必ずしも磁気抵抗効果素子によるものでなくともよく、任意の磁気検出手法を用いることができる。
　以上のように、本実施の形態３によれば、実施の形態１～２で説明した磁気抵抗効果素子と同様の効果を有する３次元磁気センサを得ることができる。
（実施の形態４）
　本発明の実施の形態４では、ＧＭＲ膜の他構成例について説明する。
　実施の形態１では、反強磁性層を含まない、セルフピン型強磁性固定層を用いたＧＭＲ膜の構成を説明した。一方、接する強磁性層と交換結合する不規則系の反強磁性層を用いたＧＭＲ膜についても、磁界を印加しながら熱処理を施すことなく、実施例１と同様な製造方法により製造することができる。
　反強磁性層の材料の例としては、ＭｎＩｒやＭｎＲｕのようにＭｎ－Ｘ（Ｘ：Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉの１種以上を含む）で表される材料を用いることができる。
　本実施の形態４におけるＧＭＲ膜は、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２）／Ｍｎ８０Ｉｒ２０（６）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）／Ｃｕ（２．１）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）／Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）／Ｃｕ（０．６）／Ｔａ（２）という構成を有する。
　本実施の形態４におけるＧＭＲ膜の構成を用いた磁気抵抗効果素子も、実施の形態１と同様の手法により製造することができる。
（実施の形態５）
　本発明の実施の形態５では、テクスチャー形態の好適例について詳述する。その他の構成や手法は、実施の形態１～４と同様である。
　本実施の形態５では、イオンビームエッチング条件、具体的には、基板の法線方向とイオンビーム入射方向がなす角度、イオンのガス種、イオンの加速条件などを、実施の形態１とは変えて検討を行った。検討の結果、テクスチャーの凹凸の周期は、２ｎｍ以上で１
００ｎｍ以下の範囲が好適であることが分かった。
　周期が短すぎる場合は、エッチングにより形成されるテクスチャーが略均一な面状となってしまい、明確な凹凸、すなわちテクスチャーが認められなかった。この場合、その上に形成した強磁性固定層には一軸磁気異方性が誘導されず、本発明の目的を実現しない。一方で、周期が長すぎる場合は、凹凸構造は確認できるものの、同様に一軸磁気異方性の誘導効果は著しく低下した。
　また、テクスチャーの凹凸の振幅は、０．５ｎｍ以上で２．５ｎｍ以下の範囲が好適であることが分かった。凹凸の振幅の増大に伴って、テクスチャー上に形成した強磁性固定層に誘導される一軸磁気異方性の大きさは単調に増加した。特に振幅が０．５ｎｍから急激な増加が見られ、２．８ｎｍ付近で飽和する傾向となった。
　しかしながら、テクスチャーの凹凸の振幅が２．５ｎｍを超えると、強磁性固定層と強磁性自由層の間に強磁性的な層間結合が認められ始めたので、凹凸振幅は２．５ｎｍ以下にするのが望ましい。
　なお、各層の膜厚は２～３ｎｍ程度であるから、凹凸振幅が２．５ｎｍという数値は大き過ぎるような印象を受ける。しかし、図３から分かるように、テクスチャーに見られる１ｎｍ程度の凹凸は、ＧＭＲ膜の下地層が堆積するにつれて減衰しており、下地層側の強磁性固定層の最表面では、ほとんど凹凸構造が認められない。
　基本的に界面の凹凸は、強磁性固定層内のＲｕ層を介した反強磁性的な層間結合の低下や、強磁性固定層と強磁性自由層の間における強磁性的な層間結合の増大を招く。したがって、図３に示したような下地層側の強磁性固定層から上側の領域で界面凹凸が小さいことは、大変好都合である。
（実施の形態６）
　本発明の実施の形態６では、強磁性固定層の他構成例について説明する。その他の構成や手法は、実施の形態１～５と同様である。
　テクスチャー形成により誘導される一軸磁気異方性が大きいほど、強磁性固定層の磁化の安定性が向上することは言うまでもない。そこで、本実施の形態６では、強磁性固定層の組成を実施の形態１とは変えて一軸磁気異方性を評価した。なお、実施の形態１における強磁性固定層では、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４ｎｍ）が用いられている。
　強磁性固定層の組成としてＣｏ５０Ｆｅ５０を用いた場合は、２４ｋＡ／ｍの異方性磁界が得られた。なお、実施の形態１の組成では、８ｋＡ／ｍであった。また、同一のテクスチャー上にＣｏ－Ｆｅ膜を成膜して比較すると、Ｃｏ７５Ｆｅ２５とＣｏ５０Ｆｅ５０では磁化容易軸が９０°異なることが判明した。
　Ｃｏ－Ｆｅ合金は、その組成によって、結晶構造がｆｃｃ（面心立方格子）構造となる場合とｂｃｃ（体心立方格子）構造になる場合がある。検討した範囲内では、ｂｃｃ構造を示すＣｏ－Ｆｅ合金組成を用いてテクスチャー上に強磁性固定層を形成した場合、より大きな一軸磁気異方性が得られた。
　注意すべきことは、強磁性固定層の下地層側と非磁性中間層側の結晶構造を合わせておくことである。なぜならば、磁化容易軸が直交するような材料を選択して積層する（例えば、Ｃｏ５０Ｆｅ５０（２．１ｎｍ）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５））と、セルフピン型の強磁性固定層の磁化が不安定になるからである。
　これらのＣｏ－Ｆｅ層は、強磁性固定層の磁化の安定性、さらには良好なＭＲ特性に対して重要な因子となる。例えば、Ｃｏ５０Ｆｅ５０（２．１ｎｍ）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ５０Ｆｅ５０（１．９ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１．０）のような構成が好適となる。
（実施の形態７）
　本発明の実施の形態７では、強磁性自由層の他構成例について説明する。その他の構成や手法は、実施の形態１～６と同様である。
　実施の形態１では、強磁性自由層の組成としてＣｏ９０Ｆｅ１０（１ｎｍ）／Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）を用いた例について説明した。詳細な評価によると、テクスチャーにより誘導される一軸磁気異方性は、強磁性自由層にも波及することが分かった。すなわち、強磁性自由層にも、異方性磁界Ｈｋ～６ｋＡ／ｍが誘導されることが認められた。
　強磁性自由層に大きな磁気異方性があると、信号磁界への追従性が悪化し、角度検出精度に影響を及ぼす懸念がある。したがって、テクスチャーにより、強磁性固定層には強い一軸磁気異方性が誘導されることが望ましく、強磁性自由層には一軸磁気異方性がなるべく付与されないのが好適な形態と言うことができる。
　これを実現するためには、ＧＭＲ膜の一部にアモルファス構造もしくは、それに近い構造を有する層を挿入し、結晶成長のリセットを行うことが有効である。材料の一例として、Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０などが好適である。例えば、強磁性自由層をＣｏ９０Ｆｅ１０（１ｎｍ）／Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０（７）のような構成とする。これにより、ＭＲ特性をほとんど悪化することなく、異方性磁界Ｈｋを２ｋＡ／ｍ以下とすることができた。また、このような強磁性自由層構成を用いた場合、強磁性自由層の異方性ＭＲ効果（ＡＭＲ）が小さくなり、更に好都合となる副次効果も確認できた。
　上記では、強磁性自由層の最上層にアモルファス層を適用した例について述べた。アモルファス層の適用位置については、他にも、（１）強磁性固定層中の非磁性中間層側の部分に挿入する、（２）強磁性自由層中に挿入する、といった構成を用いても、本実施の形態７と同様の効果を得ることができる。
（実施の形態８）
　本発明の実施の形態８では、実施の形態１で説明した磁気抵抗効果素子の製造方法とは異なる手順で磁気抵抗効果素子を製造する手法を説明する。
　本実施の形態８では、ＧＭＲ膜を成膜する際の各層の積層順が、実施の形態１とは異なる。本実施の形態８では、基板側から順に、強磁性自由層／非磁性中間層／強磁性固定層の順で各層が積層される。また、これにともなって、テクスチャーを形成する層が実施の形態１とは異なる。
　図１２は、本実施の形態８に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を示すフローチャートである。以下、図１２の各ステップについて説明する。
（図１２：ステップＳ１２０１）
　少なくとも、強磁性固定層を成膜する過程において、所定の基準方向（第１方向）とその基準方向に直行する方向（第２方向）の間の角度、好ましくは両者の中間の角度θで磁界を印加しながら、ＧＭＲ膜を成膜する。磁界の大きさは、実施の形態１のステップＳ１０３と同様に設定する。以下では、説明の簡易のため、実施の形態１と同様に、第１方向を基準方向に対して０°の向きとし、第２方向を９０°の向きとする。
　本ステップによって、ＧＭＲ膜の強磁性固定層の磁化の向きは、一時的にθ＝４５°の向きへ規定される。
（図１２：ステップＳ１２０２）
　ＧＭＲ膜上の特定の部位（第１部位）に、上記基準方向に対して０°の向きで直線状の第１テクスチャー（第１パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、上記基準方向に対して０°の向きと１８０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。テクスチャーを形成する手法としては、例えば図２と同様にイオンビームエッチング法を用いればよい。
（図１２：ステップＳ１２０３）
　ＧＭＲ膜上の特定の部位（第１部位とは異なる第２部位）に、上記基準方向に対して９０°の向きで直線状の第２テクスチャー（第２パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、上記基準方向に対して９０°の向きと２７０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。
　ステップＳ１２０２～Ｓ１２０３で形成するテクスチャーによって、ＧＭＲ膜の強磁性固定層には、テクスチャーの指向性に応じて、０°と１８０°を結ぶ方向、および９０°と２７０°を結ぶ方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が誘導される。
　一時的にθ＝４５°の向きへ規定されていた強磁性固定層の磁化の向きは、これらテクスチャーによってθ＝０°とθ＝９０°の向きに規定されることになる。結果として、１回のＧＭＲ成膜で、所望の特定部位に、強磁性固定層の磁化が０°および９０°を向いている状態を作り出すことができる。
（図１２：ステップＳ１２０４～Ｓ１２０５）
　これらのステップは、図１のステップＳ１０４～Ｓ１０５と同様である。
（図１２：ステップＳ１２０６）
　少なくとも、強磁性固定層を成膜する過程において、上記基準方向に対する１８０°の向きと２７０°の向きの間の角度、好ましくは２２５°の角度θで磁界を印加しながら、ＧＭＲ膜を成膜する。磁界の大きさは、実施の形態１のステップＳ１０３と同様に設定する。
　本ステップによって、ＧＭＲ膜の強磁性固定層の磁化の向きは、一時的にθ＝２２５°の向きへ規定される。
（図１２：ステップＳ１２０７）
　ＧＭＲ膜上の特定の部位（第１部位、第２部位とは異なる第３部位）に、上記基準方向に対して１８０°の向きで直線状の第３テクスチャー（第３パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、上記基準方向に対して０°の向きと１８０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。
（図１２：ステップＳ１２０８）
　ＧＭＲ上の特定の部位（第１部位～第３部位とは異なる第４部位）に、上記基準方向に対して２７０°の向きで直線状の第４テクスチャー（第４パターン）を形成する。実際のテクスチャーは、上記基準方向に対して９０°の向きと２７０°の向きを結ぶ方向に、直線状に形成されることになる。
　ステップＳ１２０７～Ｓ１２０８で形成するテクスチャーによって、ＧＭＲ膜の強磁性固定層には、テクスチャーの指向性に応じて、０°と１８０°を結ぶ方向、および９０°と２７０°を結ぶ方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が誘導される。
　一時的にθ＝２２５°の向きへ規定されていた強磁性固定層の磁化の向きは、これらテクスチャーによってθ＝１８０°とθ＝２７０°の向きに規定されることになる。結果として、１回のＧＭＲ成膜で、所望の特定部位に、強磁性固定層の磁化が１８０°および２７０°を向いている状態を作り出すことができる。
（図１２：ステップＳ１２０９～Ｓ１２１１）
　これらのステップは、図１のステップＳ１０９～Ｓ１１１と同様である。
　以上、本実施の形態８に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を説明した。
　本実施の形態８において、ＧＭＲ膜の構成としては、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２）／Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）／Ｃｕ（２．１）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）／Ｒｕ（０．３５）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．４）／Ｔａ（２）などを用いることができる。
　本実施の形態８は、実施の形態１と比較して、ＧＭＲ膜の積層順が反転したことにより、製造方法フローの順序が入れ替わっているが、本質的な手法は実施の形態１と同様であると考えてよい。したがって、各工程の詳細な手順については、実施の形態１で述べた技術を転用することができるので、詳細な説明は省略する。
　本実施の形態８では、テクスチャーを形成する工程を４回行う手順を説明したが、テクスチャーを形成する工程を２回行う手順としてもよい。この場合は、θ＝４５°の磁界を印加してＧＭＲ膜を成膜する工程、およびθ＝２２５°の磁界を印加してＧＭＲ膜を成膜する工程のそれぞれにおいて、マスクを使用して必要部位のみに取捨選択的にＧＭＲ膜が形成されるようにする。
　なお、本実施の形態８に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を用いて製造した磁気抵抗効果素子の強磁性自由層には、テクスチャーによる一軸磁気異方性の付与効果は認められなかった。この点は、実施の形態１と異なり、角度検出誤差を悪化させない意味で好ましい形態と言うことができる。
（実施の形態９）
　本発明では、上記実施の形態１～８で説明した、イオンビームエッチング法、スパッタ法などの各層を形成するための手法に代えて、同様の作用を発揮する他の手法を用いることもできることを付言しておく。
　３１ａ～３１ｄ、３２ａ～３２ｄ：磁気抵抗効果素子、１００：演算装置、２００：第
１ブリッジ回路、３００：第２ブリッジ回路。

Claims (11)

  1. 　基板側から順に、強磁性固定層、非磁性中間層、強磁性自由層を積層してなる磁気抵抗効果膜を用いて磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
    　前記基板上の第１部位に、線状の第１パターンを第１方向に形成する第１パターン形成工程と、
    　前記基板上の第２部位に、線状の第２パターンを第２方向に形成する第２パターン形成工程と、
    　前記基板上に、所定の磁界印加角度をもって磁界を印加しながら磁気抵抗効果膜を形成する磁気抵抗効果膜形成工程と、
    　前記磁気抵抗効果膜を所定形状に加工して、１対の電極を有する磁気抵抗効果素子を形成する素子形成工程と、
    　を有し、
    　前記磁界印加角度は、
    　前記第１方向と前記第２方向の間の角度に設定されており、
    　前記第１パターン形成工程、前記第２パターン形成工程、前記磁気抵抗効果膜形成工程、および前記素子形成工程を、
    　前記第１方向、前記第２方向、前記第１部位、および前記第２部位を各回で変更して複数回実行する
    　ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
  2. 　基板側から順に、強磁性自由層、非磁性中間層、強磁性固定層を積層してなる磁気抵抗効果膜を用いて磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
    　前記基板上に、所定の磁界印加角度をもって磁界を印加しながら磁気抵抗効果膜を形成する磁気抵抗効果膜形成工程と、
    　前記磁気抵抗効果膜上の第１部位に、線状の第１パターンを第１方向に形成する第１パターン形成工程と、
    　前記磁気抵抗効果膜上の第２部位に、線状の第２パターンを第２方向に形成する第２パターン形成工程と、
    　前記磁気抵抗効果膜を所定形状に加工して、１対の電極を有する磁気抵抗効果素子を形成する素子形成工程と、
    　を有し、
    　前記磁界印加角度は、
    　前記第１方向と前記第２方向の間の角度に設定されており、
    　前記磁気抵抗効果膜形成工程、前記第１パターン形成工程、前記第２パターン形成工程、および前記素子形成工程を、
    　前記第１方向、前記第２方向、前記第１部位、および前記第２部位を各回で変更して複数回実行する
    　ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
  3. 　前記第２方向は、前記第１方向に対して９０度の方向に設定されており、
    　前記第１パターン形成工程、前記第２パターン形成工程、前記磁気抵抗効果膜形成工程、および前記素子形成工程をそれぞれ２回実行し、
    　２回目に前記第１パターン形成工程を実行する際の前記第１部位は、
    　１回目に前記第１パターン形成工程を実行する際の前記第１部位と正対する位置に設定されており、
    　２回目に前記第２パターン形成工程を実行する際の前記第２部位は、
    　１回目に前記第２パターン形成工程を実行する際の前記第２部位と正対する位置に設定されている
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  4. 　前記磁界印加角度は、前記第１方向と前記第２方向がなす角度の半角に設定されている
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  5. 　１回目に前記磁気抵抗効果膜形成工程を実行する際には、
    　前記磁界印加角度は、前記第１方向および前記第２方向と４５度をなす角度に設定されており、
    　２回目に前記磁気抵抗効果膜形成工程を実行する際には、
    　前記磁界印加角度は、１回目に前記磁気抵抗効果膜形成工程を実行する際の前記磁界印加角度＋１８０度の角度に設定されている
    　ことを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  6. 　基板側から順に、強磁性固定層、非磁性中間層、強磁性自由層を積層してなる磁気抵抗効果膜を用いて構成された複数の磁気抵抗効果素子を備え、
    　前記基板上の第１部位には、線状の第１パターンが第１方向に形成されており、
    　前記基板上の第２部位には、線状の第２パターンが第２方向に形成されており、
    　前記基板上にはさらに前記磁気抵抗効果膜が形成されており、
    　各前記磁気抵抗効果素子は、
    　前記磁気抵抗効果膜を所定形状に加工してなる１対の電極を有し、
    　前記強磁性固定層の磁化の向きがそれぞれ異なっている
    　ことを特徴とする磁気センサ。
  7. 　基板側から順に、強磁性自由層、非磁性中間層、強磁性固定層を積層してなる磁気抵抗効果膜を用いて構成された磁気抵抗効果素子を備え、
    　前記基板上には磁気抵抗効果膜が形成されており、
    　前記磁気抵抗効果膜上の第１部位には、線状の第１パターンが第１方向に形成されており、
    　前記磁気抵抗効果膜上の第２部位には、線状の第２パターンが第２方向に形成されており、
    　各前記磁気抵抗効果素子は、
    　前記磁気抵抗効果膜を所定形状に加工してなる１対の電極を有し、
    　前記強磁性固定層の磁化方向がそれぞれ異なっている
    　ことを特徴とする磁気センサ。
  8. 　前記第２方向は、前記第１方向に対して９０度の方向に設定されており、
    　前記磁気抵抗効果膜を有する前記磁気抵抗効果素子を４個備え、
    　各前記磁気抵抗効果素子の磁化方向は９０度ずつ異なっている
    　ことを特徴とする請求項６または請求項７記載の磁気センサ。
  9. 　外部磁界の絶対角度を算出する演算部と、
    　磁化方向が１８０度異なる２つの前記磁気抵抗効果素子を有する２対のブリッジ回路と、
    　を備え、
    　前記演算部は、
    　第１の前記ブリッジ回路の出力電圧と第２の前記ブリッジ回路の出力電圧の逆正接演算により前記絶対角度を算出する
    　ことを特徴とする請求項８記載の磁気センサ。
  10. 　請求項６または請求項７記載の磁気センサと、
    　前記基板の法線方向の磁気を検出する磁気検出部と、
    　を備えたことを特徴とする３次元磁気センサ。
  11. 　請求項８記載の磁気センサと、
    　角度検知対象物の角度と同期して回転する磁界を発生する永久磁石と、
    　を備え、
    　前記磁気センサは、
    　前記永久磁石から生じる磁界を用いて前記角度検知対象物の絶対角度を検出する
    　ことを特徴とする回転角度検出装置。
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