磁性传感器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性传感器及其制造方法。该磁性传感器包括多个巨磁电阻元件，每个巨磁电阻元件包括顺序层叠在所述基板上的自由层、导电层和固定层，其中该固定层通过顺序层叠第一磁性层、Ｒｕ层、第二磁性层和反铁磁层来形成，该固定层经过磁化热处理以固定其磁化方向。第一和第二磁性层的厚度磁矩互不相同，Ｒｕ层的厚度在４＊至１０＊的范围。该磁化热处理被执行以维持第一和第二磁性层之间的反平行状态。为了沿三个轴方向探测磁场，一个巨磁电阻元件使用平面表面来形成，其余巨磁电阻元件使用基板上的相应斜坡来形成。根据本发明专利技术，在热处理中固定层的磁化方向可以被容易地控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性传感器，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)。本专利技术还涉及磁性传感器制造方法。
技术介绍
作为用于^f兹性传感器的元件，巨^兹电阻元件(GMR元件)和隧道^f兹电 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^f兹体阵列置为与基板表面相对， 其中强》兹场(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》兹场，巨》兹电阻元件的固定层的》兹化方向受影响并改变。当外部^i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，本申请的专利技术人改进专利文献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 4反的平面表面和斜i皮上。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 太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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种包括多个巨磁电阻元件的磁性传感器，其中在 热处理中固定层的^f兹化方向可以被容易地控制。本专利技术的另 一 目的是提供一种该磁性传感器的制造方法。在本专利技术的第 一方面， 一种^f兹性传感器的制造方法包括GMR部件形成 步骤和磁化热处理步骤。在GMR部件形成步骤中，每个包括多个巨磁电阻 元件的多个GMR部件形成于基板的表面上，其中每个巨磁电阻元件包括在 基板上顺序层叠在一起的自由层、导电层和固定层，且其中该固定层包括在 该导电层上顺序层叠在一起的第一磁性层、Ru层、第二磁性层和反铁磁层。 在该磁化热处理中，对排布该GMR部件的基板执行磁化热处理，其中磁场 施加到该固定层从而固定其磁化方向，且其中该第 一和第二磁性层被磁化而 且维持其磁化方向为反平行磁化状态。在本专利技术第二方面，使用基板和多个GMR部件来制作磁性传感器，每 个GMR部件包括多个巨磁电阻元件，其中每个巨磁电阻元件包括在基板的 表面上顺序层叠的自由层、导电层和固定层。这里，该固定层包括在该导电 层上顺序层叠在一起的第一磁性层、Ru层、第二磁性层和反铁磁层，且该 第 一和第二^f兹性层的磁矩互不相同。在上述中，该第一和第二磁性层的厚度和磁矩互不相同。这里，第一磁 性层的厚度大于第二磁性层的厚度，且Ru层的厚度在4A至IOA的范围。 在石兹化热处理中，产生^f兹场的^f兹体阵列置为邻近基板的背侧，该基板的表面 上排布该GMR部件。平面表面和至少 一个斜坡预先形成于基板上。具有沿不同轴方向的灵敏 度的GMR部件形成于基板上，使得一个GMR部件使用平面表面来形成， 且其余GMR部件使用斜坡来形成。通过使用基板的平面表面和斜坡来布置 两个GMR部件，可以沿两个轴方向纟罙测/磁性。通过^f吏用基^反的平面表面和 斜坡来布置三个GMR部件，可以沿三个轴方向探测;兹性。如上所述，本专利技术提供了下述效果。(1) 在磁化热处理中，需要施加具有较低强度的磁场，该磁场使得第 一和第二磁性层可以被磁化为反平行状态。由于第一和第二磁性层的磁矩互 不相同，该第 一和第二磁性层由于在磁场下其间的反铁磁连接而沿相反方向 被磁化。(2) 在^f兹化热处理中，可以将期望的^f兹化方向和期望的^i化强度固定 到该第一和第二磁性层。这使得无需如传统已知技术那样，使用磁轭来施加 较高的磁场到磁性层以维持其间的平行磁化状态。换言之，本专利技术在磁化热 处理中仅要求较低磁场施加到磁性层。这减小了与磁体阵列和基板之间距离 的变化相对的磁场的变化；因此，无需高精度地精确调整有关磁体阵列和基 板的定位和距离。.因此，在磁化热处理中可以容易地控制固定层的磁化方向。(3) 即使当GMR部件使用基板的平面表面和斜坡来形成时，仍可以将 期望的磁化方向固定到其固定层的磁性层，而无需对固定层施加较强磁场。 因此，可以容易地制作能够沿双轴方向和三轴方向探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性传感器的制造方法，包括步骤：　　　　形成顺序层叠在基板上的自由层、导电层和固定层以形成巨磁电阻元件，其中第一磁性层、Ｒｕ层、第二磁性层和反铁磁层顺序层叠在所述导电层上以形成所述固定层；以及　　　　执行磁化热处理，用于施加磁场到所述固定层从而固定其磁化方向，其中所述第一磁性层和所述第二磁性层被磁化，而且维持其磁化方向为反平行磁化状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：相曾功吉，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]