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JP2013044545A - Magnetic sensor device and manufacturing method of the same - Google Patents

Magnetic sensor device and manufacturing method of the same Download PDF

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JP2013044545A JP2011180346A JP2011180346A JP2013044545A JP 2013044545 A JP2013044545 A JP 2013044545A JP 2011180346 A JP2011180346 A JP 2011180346A JP 2011180346 A JP2011180346 A JP 2011180346A JP 2013044545 A JP2013044545 A JP 2013044545A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor device capable of detecting three axial directions without combining a plurality of chips, and a manufacturing method of the magnetic sensor device.SOLUTION: A magnetic sensor device includes: a substrate 10; a base sacrificial layer 20 provided on the substrate 10; and a flexible layer 30 contacting with the base sacrificial layer 20, and having one surface 31 with an area of a part contacting with the base sacrificial layer 20 being larger than the base sacrificial layer 20. A plurality of magnetic resistance element portions 42 are provided on the flexible layer 30. A direction of magnetization of a pin magnetic layer 42a of one of the magnetic resistance element portions 42 is turned in parallel with a surface 11 of the substrate 10, thereby detecting magnetization in an X-axis direction or a Y-axis direction. The flexible layer 30 is warped in a semi-cylindrical shape from a contact place with the base sacrificial layer 20, so that the direction of the magnetization of the pin magnetic layer 42a of one of the magnetic resistance element portions 42 is tilted in the X-axis direction and the Y-axis direction, thereby detecting magnetization in a Z-axis direction.

Description

本発明は、磁気センサ装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetic sensor device and a manufacturing method thereof.

既知の技術として、フリー磁性層とピン磁性層とを有するGMR素子(Giant Magneto Resistance;GMR)やTMR素子(Tunneling Magneto Resistance;TMR)を用いて物体の回転角を検出する磁気センサが知られている。これらの素子では1方向に固定されたピン磁性層の磁化方向と外部磁場に影響されるフリー磁性層の磁化方向との違いにより、素子の出力が変動することで角度を検出することができる。   As a known technique, a magnetic sensor that detects a rotation angle of an object using a GMR element (Giant Magneto Resistance; GMR) or a TMR element (Tunneling Magneto Resistance; TMR) having a free magnetic layer and a pinned magnetic layer is known. Yes. In these elements, the angle can be detected by changing the output of the element due to the difference between the magnetization direction of the pinned magnetic layer fixed in one direction and the magnetization direction of the free magnetic layer affected by the external magnetic field.

通常、ピン磁性層の磁化方向は、磁場を印加しながら300℃程度でアニールすることで決定される。この場合、複数の素子を形成したウェハ全体に磁場を印加しつつ各ピン磁性層の着磁を行うので、ピン磁性層の磁化方向は1ウェハ内で全て同じ方向となる。このため、素子の積層方向とこれに垂直な平面(X−Y平面)の磁気検出が可能である。しかし、磁性膜積層方向(Z方向)の磁場を検出することは不可能であるため、3軸の検出が可能なセンサ素子が求められている。   Usually, the magnetization direction of the pinned magnetic layer is determined by annealing at about 300 ° C. while applying a magnetic field. In this case, since each pin magnetic layer is magnetized while applying a magnetic field to the entire wafer on which a plurality of elements are formed, the magnetization directions of the pin magnetic layers are all the same in one wafer. Therefore, it is possible to perform magnetic detection in the stacking direction of the elements and a plane (XY plane) perpendicular thereto. However, since it is impossible to detect a magnetic field in the magnetic film stacking direction (Z direction), a sensor element capable of detecting three axes is required.

そこで、特許文献1では、傾斜の法線方向が三次元的に交差する複数の傾斜面を有する基板の各傾斜面上に、各磁気センサの検出磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように磁気センサをそれぞれ配置する構成が提案されている。   Therefore, in Patent Document 1, the direction of the detected magnetization of each magnetic sensor intersects with each other in the three-dimensional direction on each inclined surface of the substrate having a plurality of inclined surfaces in which the normal directions of the inclination intersect three-dimensionally. A configuration has been proposed in which magnetic sensors are respectively arranged.

また、特許文献2では、基板には可動部とこの可動部を含む位置に形成された複数の磁気センサとが備えられており、少なくとも1つの可動部を他の可動部以外に対して機械的な力を作用させて傾斜させることで3軸方向の検出を可能とする構成が提案されている。   Further, in Patent Document 2, the substrate is provided with a movable portion and a plurality of magnetic sensors formed at positions including the movable portion, and at least one movable portion is mechanically separated from other movable portions. A configuration has been proposed that enables detection in three axial directions by tilting by applying a simple force.

特開2009−20092号公報JP 2009-20092 A 特開2010−66030号公報JP 2010-66030 A

しかしながら、特許文献1では、基板に傾斜を形成し、その傾斜上に磁気センサを配置しなければならない。このような構造を形成することは非常に困難であるという問題がある。また、特許文献2についても同様に、基板に可動部を形成し、この可動部に機械的な力を加える必要がある。このため、構造が複雑になると共に製造も困難になるという問題がある。   However, in Patent Document 1, it is necessary to form an inclination on the substrate and arrange a magnetic sensor on the inclination. There is a problem that it is very difficult to form such a structure. Similarly, in Patent Document 2, it is necessary to form a movable part on the substrate and apply a mechanical force to the movable part. For this reason, there is a problem that the structure becomes complicated and the manufacture becomes difficult.

また、Z方向の磁場を検出するために、当該磁場を検出するチップを基板に対して垂直に立てて組み合わせる方法もあるが、当該方法も組み付けが複雑であり、コストアップにも繋がるため、1チップで3軸方向の検出が可能なセンサチップが求められている。   Further, in order to detect the magnetic field in the Z direction, there is a method of combining the chips for detecting the magnetic field in an upright position with respect to the substrate. However, this method is also complicated in assembly and leads to an increase in cost. There is a need for a sensor chip that can be detected in three axial directions with the chip.

本発明は上記点に鑑み、複数のチップを組み合わせることなく、3軸方向の検出が可能な磁気センサ装置とその製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the magnetic sensor apparatus which can detect a triaxial direction, and its manufacturing method, without combining several chip | tips in view of the said point.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、表面(11)を有する基板(10)と、基板(10)の表面(11)に設けられた下地犠牲層(20)と、下地犠牲層(20)に接触すると共に下地犠牲層(20)に接触する部分の面積が下地犠牲層(20)よりも大きい一面(31)を有するフレキシブル層(30)と、を備え、さらに、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層(42c)と、磁化の向きが固定されたピン磁性層(42a)と、を有し、フレキシブル層(30)に形成された複数の磁気抵抗素子部(42)を備えている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a substrate (10) having a surface (11), a base sacrificial layer (20) provided on the surface (11) of the substrate (10), And a flexible layer (30) having a surface (31) in contact with the sacrificial layer (20) and having an area of a portion in contact with the base sacrificial layer (20) larger than that of the base sacrificial layer (20). A free magnetic layer (42c) whose magnetization direction changes under the influence of the magnetic field, and a pinned magnetic layer (42a) whose magnetization direction is fixed, and is formed on the flexible layer (30). The magnetoresistive element part (42) is provided.

また、複数の磁気抵抗素子部(42)のピン磁性層(42a)の磁化の向きがフレキシブル層(30)の一面(31)に平行な面方向の一方向にそれぞれ向けられている。   In addition, the magnetization directions of the pinned magnetic layers (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42) are each directed in one direction parallel to the one surface (31) of the flexible layer (30).

そして、複数の磁気抵抗素子部(42)が外部の磁場の影響を受けたときの複数の磁気抵抗素子部(42)の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する磁気センサ装置であって、基板(10)の表面(11)に平行な一方向をX軸とし、当該基板(10)の表面(11)においてX軸に垂直な方向をY軸とし、これらX軸およびY軸に垂直な方向をZ軸とし、以下の点を特徴としている。   The magnetic sensor device detects physical quantities based on changes in resistance values of the plurality of magnetoresistive elements (42) when the plurality of magnetoresistive elements (42) are affected by an external magnetic field, A direction parallel to the surface (11) of the substrate (10) is defined as an X axis, and a direction perpendicular to the X axis in the surface (11) of the substrate (10) is defined as a Y axis, which is perpendicular to the X axis and the Y axis. The direction is the Z axis, and the following points are characteristic.

すなわち、複数の磁気抵抗素子部(42)のうちの一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きが基板(10)の表面(11)に対して平行に向けられていることによりX軸方向もしくはY軸方向の物理量が検出される。   That is, the magnetization direction of a part of the pin magnetic layer (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42) is directed parallel to the surface (11) of the substrate (10), so that the X axis A physical quantity in the direction or the Y-axis direction is detected.

また、フレキシブル層(30)が下地犠牲層(20)との接触箇所を起点として反っていると共に、複数の磁気抵抗素子部(42)の一部とは異なる一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きがX軸およびY軸に対して傾けられていることにより、Z軸方向の物理量が検出されることを特徴とする。   The flexible layer (30) is warped starting from the contact portion with the base sacrificial layer (20), and a part of the pin magnetic layer (42a) different from a part of the plurality of magnetoresistive element parts (42). The physical quantity in the Z-axis direction is detected by tilting the magnetization direction of X with respect to the X-axis and the Y-axis.

このように、複数の磁気抵抗素子部(42)が形成されたフレキシブル層(30)が反った状態とされているので、複数の磁気抵抗素子部(42)のピン磁性層(42a)の磁化の向きを基板(10)の表面(11)の面方向であるX軸およびY軸方向だけでなく、基板(10)の表面(11)に垂直なZ軸方向にも向いた状態とすることができる。したがって、複数のチップを組み合わせることなく、3軸方向の検出を行うことができる。   As described above, since the flexible layer (30) in which the plurality of magnetoresistive element portions (42) are formed is warped, the magnetization of the pin magnetic layer (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42). The direction of is not only the X-axis and Y-axis directions which are the surface directions of the surface (11) of the substrate (10) but also the Z-axis direction perpendicular to the surface (11) of the substrate (10). Can do. Therefore, detection in the triaxial direction can be performed without combining a plurality of chips.

請求項2に記載の発明のように、フレキシブル層(30)は、半円筒状に反っていることを特徴とする。   As in the invention described in claim 2, the flexible layer (30) is warped in a semi-cylindrical shape.

請求項3に記載の発明のように、フレキシブル層(30)は、円筒状に反っていることを特徴とする。   As in the invention described in claim 3, the flexible layer (30) is warped in a cylindrical shape.

請求項4に記載の発明のように、フレキシブル層(30)は、椀状に反っていることを特徴とする。   As in the invention described in claim 4, the flexible layer (30) is warped in a bowl shape.

請求項5に記載の発明では、フレキシブル層(30)は、保護部材(50)により覆われていることを特徴とする。これにより、保護部材(50)によってフレキシブル層(30)を保護することができる。   The invention according to claim 5 is characterized in that the flexible layer (30) is covered with a protective member (50). Thereby, the flexible layer (30) can be protected by the protective member (50).

請求項6に記載の発明では、まず、基板(10)を用意し、基板(10)の表面(11)に下地層(21)を形成する。また、下地層(21)の上にフレキシブル層(30)を形成し、このフレキシブル層(30)に複数の磁気抵抗素子部(42)を形成する。   In the invention described in claim 6, first, the substrate (10) is prepared, and the base layer (21) is formed on the surface (11) of the substrate (10). A flexible layer (30) is formed on the base layer (21), and a plurality of magnetoresistive element portions (42) are formed on the flexible layer (30).

この後、磁場の向きがフレキシブル層(30)の一面(31)の面方向の一方向に設定された磁場中に複数の磁気抵抗素子部(42)を配置し、複数の磁気抵抗素子部(42)を加熱して磁場中アニールを行うことにより、複数の磁気抵抗素子部(42)を構成するピン磁性層(42a)の磁化の向きをそれぞれ一方向に着磁する。   Thereafter, the plurality of magnetoresistive element portions (42) are arranged in a magnetic field in which the direction of the magnetic field is set to one direction of the surface (31) of the one surface (31) of the flexible layer (30), and the plurality of magnetoresistive element portions ( 42) is heated and annealed in a magnetic field, so that the magnetization directions of the pinned magnetic layers (42a) constituting the plurality of magnetoresistive element portions (42) are each magnetized in one direction.

続いて、下地層(21)のうちフレキシブル層(30)の一面(31)に接触する部分の面積がフレキシブル層(30)の一面(31)の面積よりも小さくなるように下地層(21)の一部を除去することにより、下地犠牲層(20)を形成する。   Subsequently, the base layer (21) so that the area of the portion of the base layer (21) that contacts one surface (31) of the flexible layer (30) is smaller than the area of the one surface (31) of the flexible layer (30). A base sacrificial layer (20) is formed by removing a part of the substrate.

基板(10)の表面(11)に平行な一方向をX軸とし、当該基板(10)の表面(11)においてX軸に垂直な方向をY軸とし、これらX軸およびY軸に垂直な方向をZ軸と定義する。そして、フレキシブル層(30)を下地犠牲層(20)との接触箇所を起点として反らせることにより、複数の磁気抵抗素子部(42)のうちの一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きを基板(10)の表面(11)に平行な面方向に向けると共に、複数の磁気抵抗素子部(42)の一部とは異なる一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きを基板(10)の表面(11)に対して傾けることを特徴とする。   A direction parallel to the surface (11) of the substrate (10) is defined as an X axis, and a direction perpendicular to the X axis in the surface (11) of the substrate (10) is defined as a Y axis, which is perpendicular to the X axis and the Y axis. The direction is defined as the Z axis. Then, the magnetization direction of a part of the pinned magnetic layer (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42) is made by warping the flexible layer (30) starting from the contact portion with the base sacrificial layer (20). Is directed in a plane direction parallel to the surface (11) of the substrate (10), and the magnetization direction of a part of the pin magnetic layer (42a) different from a part of the plurality of magnetoresistive element portions (42) is changed to the substrate ( It is characterized by being inclined with respect to the surface (11) of 10).

このように、複数の磁気抵抗素子部(42)を形成したフレキシブル層(30)を反らせているので、複数の磁気抵抗素子部(42)のピン磁性層(42a)の磁化の向きを基板(10)の表面(11)に平行な面方向だけでなく、基板(10)の表面(11)に対して傾けることができる。したがって、複数のチップを組み合わせることなく、3軸方向の検出を行う磁気センサ装置を製造することができる。   Thus, since the flexible layer (30) in which the plurality of magnetoresistive element portions (42) are formed is warped, the magnetization direction of the pin magnetic layer (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42) is changed to the substrate ( It can be tilted with respect to the surface (11) of the substrate (10) as well as the plane direction parallel to the surface (11) of 10). Therefore, it is possible to manufacture a magnetic sensor device that performs detection in three axial directions without combining a plurality of chips.

請求項7に記載の発明のように、フレキシブル層(30)を反らせる工程では、フレキシブル層(30)を半円筒状に反らせることができる。   As in the seventh aspect of the invention, in the step of warping the flexible layer (30), the flexible layer (30) can be warped in a semi-cylindrical shape.

請求項8に記載の発明のように、フレキシブル層(30)を反らせる工程では、フレキシブル層(30)を円筒状に反らせることができる。   In the step of warping the flexible layer (30), the flexible layer (30) can be warped in a cylindrical shape.

請求項9に記載の発明のように、フレキシブル層(30)を反らせる工程では、フレキシブル層(30)を椀状に反らせることができる。   In the step of warping the flexible layer (30) as in the ninth aspect of the invention, the flexible layer (30) can be warped in a bowl shape.

請求項10に記載の発明では、フレキシブル層(30)を反らせる工程の後、フレキシブル層(30)を保護部材(50)で覆う工程を含んでいることを特徴とする。これにより、保護部材(50)によってフレキシブル層(30)を保護することができる。   The invention according to claim 10 includes a step of covering the flexible layer (30) with a protective member (50) after the step of warping the flexible layer (30). Thereby, the flexible layer (30) can be protected by the protective member (50).

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a magnetic sensor device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示されるセンサ部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the sensor part shown by FIG. 図1および図2に示される磁気センサ装置の製造工程を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process of the magnetic sensor apparatus shown by FIG. 1 and FIG. 図3に続く製造工程を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process following FIG. 図4に続く着磁工程を示した図である。It is the figure which showed the magnetization process following FIG. 図5に続く製造工程を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process following FIG. 本発明の第2実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the magnetic sensor apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the magnetic sensor apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the magnetic sensor apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る磁気センサ装置は、例えば自動車用のエンジン回転数検出やハンドル回転角検出等に使用されるものである。本実施形態では、磁気センサ装置として回転角を検出する回転角センサを例に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The magnetic sensor device according to the present embodiment is used, for example, for detecting engine rotation speed and steering wheel rotation angle for automobiles. In the present embodiment, a rotation angle sensor that detects a rotation angle will be described as an example of a magnetic sensor device.

図1は本実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。図1に示されるように、磁気センサ装置は基板10の表面11上に設けられた下地犠牲層20を介してフレキシブル層30が設けられた形態になっている。基板10として例えばSi基板が用いられる。   FIG. 1 is a schematic perspective view of a magnetic sensor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the magnetic sensor device has a configuration in which a flexible layer 30 is provided via a base sacrificial layer 20 provided on the surface 11 of the substrate 10. For example, a Si substrate is used as the substrate 10.

ここで、基板10の表面11に平行な一方向(図1では基板10の長手方向)をX軸とし、当該基板10の表面11においてX軸に垂直な方向をY軸と定義する。また、これらX軸およびY軸に垂直な方向すなわち基板10の表面11に垂直な方向をZ軸と定義する。   Here, one direction parallel to the surface 11 of the substrate 10 (the longitudinal direction of the substrate 10 in FIG. 1) is defined as the X axis, and the direction perpendicular to the X axis in the surface 11 of the substrate 10 is defined as the Y axis. A direction perpendicular to the X axis and the Y axis, that is, a direction perpendicular to the surface 11 of the substrate 10 is defined as a Z axis.

下地犠牲層20は、フレキシブル層30を支持する役割を果たすものであり、例えばSiO等の絶縁材料で形成されている。本実施形態では、下地犠牲層20は、Y軸方向に沿った直方体をなしており、フレキシブル層30のX軸方向における中央に位置している。すなわち、下地犠牲層20はフレキシブル層30を線で支えている。 The base sacrificial layer 20 plays a role of supporting the flexible layer 30 and is made of an insulating material such as SiO 2 . In the present embodiment, the base sacrificial layer 20 forms a rectangular parallelepiped along the Y-axis direction, and is located at the center of the flexible layer 30 in the X-axis direction. That is, the base sacrificial layer 20 supports the flexible layer 30 with lines.

フレキシブル層30は柔軟性を備えた層であり、下地犠牲層20に接触する一面31を有している。この一面31は、下地犠牲層20に接触する部分よりも広い。すなわち、フレキシブル層30の一面31の面積は、下地犠牲層20がフレキシブル層30に接触する部分の面積よりも大きい。   The flexible layer 30 is a layer having flexibility, and has a surface 31 that contacts the base sacrificial layer 20. The one surface 31 is wider than a portion in contact with the base sacrificial layer 20. That is, the area of the one surface 31 of the flexible layer 30 is larger than the area of the portion where the base sacrificial layer 20 contacts the flexible layer 30.

また、フレキシブル層30は図1に示されるように半円筒状に反っている。「半円筒状」とは、円筒を軸に沿って割った形状である。また、断面が半円弧状のものであるとも言える。フレキシブル層30の材料としてはPDMSやSiNが用いられる。フレキシブル層30のうち下地犠牲層20に接触していない部分が反っている。   The flexible layer 30 is warped in a semi-cylindrical shape as shown in FIG. The “semi-cylindrical shape” is a shape obtained by dividing a cylinder along an axis. It can also be said that the cross section has a semicircular arc shape. PDMS or SiN is used as the material of the flexible layer 30. A portion of the flexible layer 30 that is not in contact with the base sacrificial layer 20 is warped.

そして、フレキシブル層30は3つのセンサ部40を備えている。センサ部40は、外部の磁場の影響を受けたときに抵抗値が変化する素子である。本実施形態に係るセンサ部40は、トンネル磁気抵抗素子(TMR素子)として構成されている。   The flexible layer 30 includes three sensor units 40. The sensor unit 40 is an element whose resistance value changes when affected by an external magnetic field. The sensor unit 40 according to the present embodiment is configured as a tunnel magnetoresistive element (TMR element).

図2はセンサ部40の概略断面図である。この図に示されるように、センサ部40は、下部電極41と、下部電極41の上に設けられた磁気抵抗素子部42と、磁気抵抗素子部42の上に設けられた上部電極43と、を備えている。   FIG. 2 is a schematic sectional view of the sensor unit 40. As shown in this figure, the sensor unit 40 includes a lower electrode 41, a magnetoresistive element unit 42 provided on the lower electrode 41, an upper electrode 43 provided on the magnetoresistive element unit 42, It has.

磁気抵抗素子部42は、下部電極41の上にピン磁性層42a、トンネル層42b、フリー磁性層42cが順に形成されてTMR素子が構成されたものである。ピン磁性層42aはフリー磁性層42cよりも下地犠牲層20側に位置すると共に磁化の向きが固定される強磁性金属層である。トンネル層42bはトンネル効果によりフリー磁性層42cからピン磁性層42aに電流を流すための絶縁層である。フリー磁性層42cは、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化する強磁性金属層である。   The magnetoresistive element portion 42 is configured by forming a pin magnetic layer 42a, a tunnel layer 42b, and a free magnetic layer 42c in this order on a lower electrode 41 to constitute a TMR element. The pinned magnetic layer 42a is a ferromagnetic metal layer that is positioned closer to the base sacrificial layer 20 than the free magnetic layer 42c and has a fixed magnetization direction. The tunnel layer 42b is an insulating layer for allowing a current to flow from the free magnetic layer 42c to the pinned magnetic layer 42a by the tunnel effect. The free magnetic layer 42c is a ferromagnetic metal layer whose magnetization direction changes under the influence of an external magnetic field.

図1のようにフレキシブル層30が反らされる前では、複数の磁気抵抗素子部42のピン磁性層42aの磁化の向きは、フレキシブル層30の一面31に平行な面方向の一方向(X軸方向)にそれぞれ向けられており、その状態で図1に示されるようにフレキシブル層30がU字型に反らされている。フレキシブル層30が反らされた後はピン磁性層42aの磁化の向きはフレキシブル層30の反り曲線の接線方向を向いていると言える。   Before the flexible layer 30 is warped as shown in FIG. 1, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42 a of the plurality of magnetoresistive element portions 42 is one direction parallel to the one surface 31 of the flexible layer 30 (X The flexible layer 30 is warped in a U-shape as shown in FIG. It can be said that after the flexible layer 30 is warped, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a is directed to the tangential direction of the warp curve of the flexible layer 30.

このようにフレキシブル層30が反らされていることにより、3つのピン磁性層42aのうちの一つは−Z軸方向に向けられ、一つはX軸方向に向けられ、一つは+Z軸方向に向けられている。これによると、ピン磁性層42aの磁化の向きがX軸方向に向けられた磁気抵抗素子部42ではX−Y平面の磁界を検出することができ、ピン磁性層42aの磁化の向きが±Z軸方向に向けられた磁気抵抗素子部42ではZ軸方向の磁界を検出することができる。   As the flexible layer 30 is warped in this manner, one of the three pinned magnetic layers 42a is directed in the −Z axis direction, one is directed in the X axis direction, and one is + Z axis. Is directed in the direction. According to this, the magnetoresistive element unit 42 in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a is directed in the X-axis direction can detect a magnetic field in the XY plane, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a is ± Z. The magnetoresistive element 42 oriented in the axial direction can detect a magnetic field in the Z-axis direction.

なお、センサ部40は、図1に示されるように円形にレイアウトされている。このようにセンサ部40の平面レイアウトを円形としているのは、磁化の特性が良くなるためである。完全な円形ではなく、楕円でも良い。もちろん、センサ部40の平面レイアウトは円形や楕円に限らず、多角形でも良い。   The sensor unit 40 is laid out in a circular shape as shown in FIG. The reason why the planar layout of the sensor unit 40 is thus circular is that the magnetization characteristics are improved. An ellipse may be used instead of a perfect circle. Of course, the planar layout of the sensor unit 40 is not limited to a circle or an ellipse, but may be a polygon.

下部電極41は、当該下部電極41に接続された図示しない下部電極用配線を介して基板10に形成された図示しない下部電極用パッドに接続されている。下部電極用配線は、下地犠牲層20を貫通するように形成されている。下部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。   The lower electrode 41 is connected to a lower electrode pad (not shown) formed on the substrate 10 via a lower electrode wiring (not shown) connected to the lower electrode 41. The lower electrode wiring is formed so as to penetrate the base sacrificial layer 20. The lower electrode pad is connected to a signal processing chip (not shown).

また、上部電極43は、当該上部電極43に接続された図示しない上部電極用配線を介して図示しない上部電極用パッドに接続されている。上部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。   The upper electrode 43 is connected to an upper electrode pad (not shown) through an upper electrode wiring (not shown) connected to the upper electrode 43. The upper electrode pad is connected to a signal processing chip (not shown).

以上が、本実施形態に係る磁気センサ装置の構成である。次に、上記構成の磁気センサ装置の製造方法について、図3〜図6を参照して説明する。なお、図3、図4、および図6(a)の各図では、2つの磁気抵抗素子部42を1つのセンサ部40とした構造の断面図を示している。また、図6(b)ではフレキシブル層30内の構造を省略している。   The above is the configuration of the magnetic sensor device according to the present embodiment. Next, a method for manufacturing the magnetic sensor device having the above configuration will be described with reference to FIGS. In addition, in each figure of FIG.3, FIG4 and FIG.6 (a), sectional drawing of the structure which used the two magnetoresistive element parts 42 as one sensor part 40 is shown. In FIG. 6B, the structure in the flexible layer 30 is omitted.

まず、図3(a)に示す工程では、基板10としてSi基板を用意する。そして、基板10の表面11側にイオン注入を行うことで下部電極用パッド41aや図示しない配線を形成する。   First, in the process shown in FIG. 3A, a Si substrate is prepared as the substrate 10. Then, by performing ion implantation on the surface 11 side of the substrate 10, a lower electrode pad 41a and a wiring (not shown) are formed.

図3(b)に示す工程では、基板10の表面11全体にCVDやスパッタ等の方法によりSiO等の下地層21を形成する。 In the step shown in FIG. 3B, a base layer 21 such as SiO 2 is formed on the entire surface 11 of the substrate 10 by a method such as CVD or sputtering.

続いて、図3(c)に示す工程では、下地層21の上にフレキシブル層30の下地膜32を形成する。フレキシブル層30の材料としてはPDMSを用い、下地層21の上に塗布(スピンコート)することで下地層21を形成する。なお、フレキシブル層30の材料をSiNとする場合にはCVD法等で基板10の上にSiN膜を形成する。   Subsequently, in the process illustrated in FIG. 3C, the base film 32 of the flexible layer 30 is formed on the base layer 21. PDMS is used as the material of the flexible layer 30, and the base layer 21 is formed by coating (spin coating) on the base layer 21. When the material of the flexible layer 30 is SiN, a SiN film is formed on the substrate 10 by a CVD method or the like.

図3(d)に示す工程では、ドライエッチング等で下部電極用パッド41aに対応する位置に下地膜32と下地層21を貫通するコンタクトホール41bを形成し、このコンタクトホール41bにAlやCu等を埋めることで下部電極用配線41cを形成する。なお、下地膜32上の不要な金属層は除去する。   In the step shown in FIG. 3D, a contact hole 41b penetrating the base film 32 and the base layer 21 is formed at a position corresponding to the lower electrode pad 41a by dry etching or the like, and Al, Cu or the like is formed in the contact hole 41b. As a result, the lower electrode wiring 41c is formed. The unnecessary metal layer on the base film 32 is removed.

この後、図3(e)に示す工程では、下地膜32の上に下部電極41となる金属層をスパッタ等で成膜する。そして、ミリング等でエッチングすることにより、下部電極41を形成する。下部電極41は下部電極用配線41cと接続される。   Thereafter, in the step shown in FIG. 3E, a metal layer to be the lower electrode 41 is formed on the base film 32 by sputtering or the like. Then, the lower electrode 41 is formed by etching by milling or the like. The lower electrode 41 is connected to the lower electrode wiring 41c.

図4(a)に示す工程では、下部電極41の上に磁気抵抗素子部42となる各層をスパッタ等で順に成膜する。そして、ミリング等でエッチングすることにより、各下部電極41の上に一対の磁気抵抗素子部42を形成する。   In the step shown in FIG. 4A, each layer to be the magnetoresistive element portion 42 is sequentially formed on the lower electrode 41 by sputtering or the like. Then, a pair of magnetoresistive element portions 42 are formed on each lower electrode 41 by etching by milling or the like.

図4(b)に示す工程では、各磁気抵抗素子部42の上にPDMSを塗布またはSiN膜をCVD法等で形成し、リフトオフの方法により各磁気抵抗素子部42上のPDMSまたはSiN膜を除去する。これにより、フレキシブル層30の一部である中間膜33が磁気抵抗素子部42の側面を覆う形態となる。   In the step shown in FIG. 4B, PDMS is applied on each magnetoresistive element portion 42 or an SiN film is formed by a CVD method or the like, and the PDMS or SiN film on each magnetoresistive element portion 42 is formed by a lift-off method. Remove. Thereby, the intermediate film 33 which is a part of the flexible layer 30 is configured to cover the side surface of the magnetoresistive element portion 42.

そして、図4(c)に示す工程では、各磁気抵抗素子部42の上に金属層をスパッタ等で成膜し、当該金属層をミリング等でエッチングすることにより上部電極43を形成する。   In the step shown in FIG. 4C, a metal layer is formed on each magnetoresistive element portion 42 by sputtering or the like, and the upper electrode 43 is formed by etching the metal layer by milling or the like.

図4(d)に示す工程では、上部電極43を覆うようにPDMSを塗布またはSiN膜をCVD法等で形成し、フレキシブル層30の一部である保護膜34を形成する。つまり、フレキシブル層30は、下地膜32と中間膜33と保護膜34とで構成されている。   4D, PDMS is applied or an SiN film is formed by a CVD method or the like so as to cover the upper electrode 43, and the protective film 34 which is a part of the flexible layer 30 is formed. That is, the flexible layer 30 includes the base film 32, the intermediate film 33, and the protective film 34.

続いて、図5に示す工程では、各磁気抵抗素子部42のピン磁性層42aの着磁を行う。具体的には、磁場の向きがフレキシブル層30の一面31の面方向の一方向(X軸方向)に設定された磁場中に各磁気抵抗素子部42を配置する。つまり、図4(d)の工程で得られたものを磁場中に配置する。そして、各磁気抵抗素子部42を加熱して磁場中アニールを行う。これにより、各磁気抵抗素子部42を構成するピン磁性層42aの磁化の向きをそれぞれX軸方向に沿って着磁する。このように、各磁気抵抗素子部42のピン磁性層42aの磁化の向きがそれぞれ異なるように着磁する必要はなく、まとめて着磁することができる。   Subsequently, in the step shown in FIG. 5, the pinned magnetic layer 42 a of each magnetoresistive element unit 42 is magnetized. Specifically, each magnetoresistive element unit 42 is arranged in a magnetic field in which the direction of the magnetic field is set to one direction (X-axis direction) of the one surface 31 of the flexible layer 30. That is, the product obtained in the step of FIG. 4D is placed in a magnetic field. And each magnetoresistive element part 42 is heated and annealing in a magnetic field is performed. Thereby, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a constituting each magnetoresistive element portion 42 is magnetized along the X-axis direction. Thus, it is not necessary to magnetize the pinned magnetic layers 42a of the magnetoresistive element portions 42 so that the magnetization directions thereof are different from each other, and they can be magnetized together.

この後、図6(a)に示す工程では、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより下地層21のうちフレキシブル層30の一面31に接触する部分の面積がフレキシブル層30の一面31の面積よりも小さくなるように下地層21の一部を除去する。本実施形態では、上述のように、下地犠牲層20がフレキシブル層30のX軸方向における中央に位置すると共にY軸方向に沿った直方体となるように下地層21をエッチングする。このようにして下地層21から下地犠牲層20を形成する。   Thereafter, in the step shown in FIG. 6A, the area of the portion of the base layer 21 that contacts the one surface 31 of the flexible layer 30 is smaller than the area of the one surface 31 of the flexible layer 30 by wet etching or dry etching. Then, a part of the base layer 21 is removed. In the present embodiment, as described above, the base layer 21 is etched so that the base sacrificial layer 20 is located in the center of the flexible layer 30 in the X-axis direction and is a rectangular parallelepiped along the Y-axis direction. In this way, the base sacrificial layer 20 is formed from the base layer 21.

このように、下地犠牲層20でフレキシブル層30を支持する形態とすると、図6(a)に示されるようにフレキシブル層30のうちX軸方向における一端部側と反対側の他端部側とが共に基板10に対して離間しており、浮いた状態となる。つまり、フレキシブル層30の一面31のうち下地犠牲層20を除いた部分と基板10の表面11との間に空間部が存在する。   In this way, when the flexible layer 30 is supported by the base sacrificial layer 20, as shown in FIG. 6A, the other end side of the flexible layer 30 opposite to the one end side in the X-axis direction Are separated from the substrate 10 and are in a floating state. That is, a space portion exists between a portion of the one surface 31 of the flexible layer 30 excluding the base sacrificial layer 20 and the surface 11 of the substrate 10.

図6(b)に示す工程では、フレキシブル層30を下地犠牲層20との接触箇所を起点として反らせる。例えば、フレキシブル層30に熱処理を施すことによってフレキシブル層30に熱圧縮を起こさせる方法により、フレキシブル層30を半円筒状に反らせる。これにより、フレキシブル層30のうちX軸方向における一端部側と反対側の他端部側とが基板10から離れるようにフレキシブル層30がU字型に反った状態となる。   In the step shown in FIG. 6B, the flexible layer 30 is warped starting from the contact portion with the base sacrificial layer 20. For example, the flexible layer 30 is warped into a semi-cylindrical shape by a method of causing the flexible layer 30 to be thermally compressed by performing a heat treatment. As a result, the flexible layer 30 is warped in a U shape so that one end side in the X-axis direction and the other end side opposite to the substrate 10 are separated from the substrate 10.

このようにフレキシブル層30を反らせるのは、フレキシブル層30に形成した複数の磁気抵抗素子部42の少なくとも1つのピン磁性層42aの磁化の向きを基板10の表面11に対して傾けるためである。すなわち、フレキシブル層30を反らせることにより、複数の磁気抵抗素子部42のうちの1つのピン磁性層42aの磁化の向きを基板10の表面11に平行な面方向に向け、他の磁気抵抗素子部42のピン磁性層42aの磁化の向きを基板10の表面11に対して傾ける。こうして、図1に示された磁気センサ装置が完成する。   The reason why the flexible layer 30 is warped in this manner is to incline the magnetization direction of at least one pin magnetic layer 42 a of the plurality of magnetoresistive element portions 42 formed in the flexible layer 30 with respect to the surface 11 of the substrate 10. That is, by deflecting the flexible layer 30, the magnetization direction of one pinned magnetic layer 42 a of the plurality of magnetoresistive element parts 42 is directed in a plane direction parallel to the surface 11 of the substrate 10, and the other magnetoresistive element parts The magnetization direction of the pinned magnetic layer 42 a of 42 is inclined with respect to the surface 11 of the substrate 10. Thus, the magnetic sensor device shown in FIG. 1 is completed.

次に、磁気センサ装置が外部の磁場の影響を受けたときに物理量として回転角度を検出する方法について説明する。回転角度を検出するため、下部電極用パッドおよび上部電極用パッドを介して磁気抵抗素子部42に電流を流す。   Next, a method for detecting a rotation angle as a physical quantity when the magnetic sensor device is affected by an external magnetic field will be described. In order to detect the rotation angle, a current is passed through the magnetoresistive element portion 42 via the lower electrode pad and the upper electrode pad.

そして、各磁気抵抗素子部42が外部の磁場の影響を受けたことにより、各磁気抵抗素子部42の抵抗値の変化に基づいて各磁気抵抗素子部42に流れる電流の大きさつまり抵抗値が変化する。   Since each magnetoresistive element unit 42 is affected by an external magnetic field, the magnitude of the current flowing through each magnetoresistive element unit 42 based on the change in the resistance value of each magnetoresistive element unit 42, that is, the resistance value is Change.

ここで、複数の磁気抵抗素子部42のうちピン磁性層42aの磁化の向きを基板10の表面11に平行な面方向(X軸方向)に向けられたものについては、X軸方向もしくはY軸方向の磁界(X−Y平面の磁界)を検出することができる。一方、フレキシブル層30が反っていることにより、複数の磁気抵抗素子部42のうちピン磁性層42aの磁化の向きが基板10の表面11(つまりX軸およびY軸)に対して傾けられたものについては、Z軸方向の磁化を検出することができる。したがって、複数のチップを組み合わせることなく、3軸方向の検出が可能となる。   Here, among the plurality of magnetoresistive element portions 42, those in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a is oriented in a plane direction (X-axis direction) parallel to the surface 11 of the substrate 10 is X-axis direction or Y-axis. The magnetic field in the direction (the magnetic field in the XY plane) can be detected. On the other hand, when the flexible layer 30 is warped, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a among the plurality of magnetoresistive element portions 42 is tilted with respect to the surface 11 of the substrate 10 (that is, the X axis and the Y axis). For, the magnetization in the Z-axis direction can be detected. Therefore, detection in three axial directions is possible without combining a plurality of chips.

以上説明したように、本実施形態では、複数の磁気抵抗素子部42が形成されたフレキシブル層30が、下地犠牲層20を起点として半円筒状に反っていることが特徴となっている。これにより、複数の磁気抵抗素子部42のピン磁性層42aの磁化の向きを基板10の表面11の面方向であるX軸およびY軸方向だけでなく、基板10の表面11に垂直なZ軸方向にも向いた状態とすることができる。したがって、複数のチップを組み合わせることなく、3軸方向の検出を行うことができる。   As described above, the present embodiment is characterized in that the flexible layer 30 in which the plurality of magnetoresistive element portions 42 are formed is warped in a semi-cylindrical shape starting from the base sacrificial layer 20. As a result, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a of the plurality of magnetoresistive element portions 42 is not limited to the X-axis and Y-axis directions that are the surface directions of the surface 11 of the substrate 10, but also the Z-axis perpendicular to the surface 11 of the substrate 10 It can also be in the state which turned to the direction. Therefore, detection in the triaxial direction can be performed without combining a plurality of chips.

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ピン磁性層42aの磁化の向きがX軸方向に向いた磁気抵抗素子部42が特許請求の範囲の「複数の磁気抵抗素子部のうちの一部」に対応し、ピン磁性層42aの磁化の向きがZ軸方向に向いた磁気抵抗素子部42が特許請求の範囲の「複数の磁気抵抗素子部の一部とは異なる一部」に対応する。   As for the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the magnetoresistive element portion 42 in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a is directed in the X-axis direction is “a plurality of The magnetoresistive element portion 42 corresponding to the “part of the magnetoresistive element portion” and having the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42 a oriented in the Z-axis direction is “part of the plurality of magnetoresistive element portions” in the claims. Corresponds to “parts different from”.

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図7は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。この図に示されるように、フレキシブル層30は保護部材50で覆われている。保護部材50の材料としては例えば樹脂材料が用いられる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic perspective view of the magnetic sensor device according to the present embodiment. As shown in this figure, the flexible layer 30 is covered with a protective member 50. As a material of the protection member 50, for example, a resin material is used.

このように、フレキシブル層30を保護部材50で覆う構造を製造する場合はフレキシブル層30を反らせる工程(図6(b)に示す工程)の後にフレキシブル層30を保護部材50で覆う工程を行えば良い。このようにフレキシブル層30を保護部材50で覆うことによってフレキシブル層30を保護することができる。   Thus, when manufacturing the structure which covers the flexible layer 30 with the protection member 50, if the process of covering the flexible layer 30 with the protection member 50 is performed after the process (process shown in FIG.6 (b)) which warps the flexible layer 30, it will carry out. good. Thus, the flexible layer 30 can be protected by covering the flexible layer 30 with the protective member 50.

(第3実施形態)
本実施形態では、第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。図8は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。この図に示されるように、フレキシブル層30は、円筒状に反っている。このような形態は、図6(b)に示す工程において、フレキシブル層30のうちX軸方向における一端部側と反対側の他端部側とが接触するまでフレキシブル層30を反らせることで実現することができる。
(Third embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first and second embodiments will be described. FIG. 8 is a schematic perspective view of the magnetic sensor device according to the present embodiment. As shown in this figure, the flexible layer 30 is warped in a cylindrical shape. Such a form is realized by warping the flexible layer 30 until one end side in the X-axis direction and the other end side opposite to the X-axis direction in the flexible layer 30 in the step shown in FIG. 6B. be able to.

このように、フレキシブル層30が円筒状に反っていることでフレキシブル層30に形成された複数の磁気抵抗素子部42のうちの少なくとも一つのピン磁性層42aの磁化の向きを基板10の表面11に対して傾けることができる。   As described above, the magnetization direction of at least one pin magnetic layer 42a among the plurality of magnetoresistive element portions 42 formed in the flexible layer 30 due to the flexible layer 30 warping in a cylindrical shape is changed to the surface 11 of the substrate 10. Can be tilted against.

なお、本実施形態においても、第2実施形態で示された保護部材50で円筒状のフレキシブル層30を覆っても良い。   In this embodiment, the cylindrical flexible layer 30 may be covered with the protective member 50 shown in the second embodiment.

(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図9は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略斜視図である。この図に示されるように、フレキシブル層30は椀状に反っている。ここで、「椀状」とは、球状体の殻の一部の形状であったり、コンタクトレンズの形状を指す。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. FIG. 9 is a schematic perspective view of the magnetic sensor device according to the present embodiment. As shown in this figure, the flexible layer 30 is warped in a bowl shape. Here, the “saddle shape” refers to the shape of a part of a spherical shell or the shape of a contact lens.

上述のように、フレキシブル層30は下地犠牲層20との接触箇所を起点として反っているため、フレキシブル層30を椀状に反らせるために下地犠牲層20はフレキシブル層30の一面31に対して点状に接触している。上述のように、フレキシブル層30のうち下地犠牲層20と接触していない部分が反るので、フレキシブル層30を下地犠牲層20で点で支えることで、フレキシブル層30が下地犠牲層20を中心とした椀状に沿っているのである。   As described above, since the flexible layer 30 is warped from the contact point with the base sacrificial layer 20, the base sacrificial layer 20 is pointed with respect to one surface 31 of the flexible layer 30 in order to warp the flexible layer 30 in a bowl shape. In contact. As described above, since the portion of the flexible layer 30 that is not in contact with the base sacrificial layer 20 is warped, the flexible layer 30 is centered on the base sacrificial layer 20 by supporting the flexible layer 30 with the base sacrificial layer 20. It is along the saddle shape.

このような椀状のフレキシブル層30に複数の磁気抵抗素子部42が設けられている場合、フレキシブル層30のうちX軸方向における中央部分に位置している磁気抵抗素子部42のピン磁性層42aの磁化の向きはX軸方向に反っている。また、フレキシブル層30のうちX軸方向における一端部側と反対側の他端部側とにそれぞれ位置している磁気抵抗素子部42のピン磁性層42aの磁化の向きは、フレキシブル層30が反っていることにより基板10の表面11に対して傾けられている。このように、フレキシブル層30を椀状に反らせることによっても、3軸方向の検出を行うことができる。   When a plurality of magnetoresistive element portions 42 are provided in such a bowl-shaped flexible layer 30, the pin magnetic layer 42 a of the magnetoresistive element portion 42 located in the central portion of the flexible layer 30 in the X-axis direction. The direction of magnetization is warped in the X-axis direction. In addition, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a of the magnetoresistive element portion 42 located on one end side in the X-axis direction and the other end side on the opposite side of the flexible layer 30 is warped by the flexible layer 30. Therefore, it is inclined with respect to the surface 11 of the substrate 10. Thus, the detection in the triaxial direction can also be performed by bending the flexible layer 30 in a bowl shape.

もちろん、本実施形態においても、第2実施形態で示された保護部材50で円筒状のフレキシブル層30を覆っても良い。   Of course, also in this embodiment, the cylindrical flexible layer 30 may be covered with the protective member 50 shown in the second embodiment.

(他の実施形態)
上記各実施形態で示された磁気センサ装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、磁気センサ装置は車両に適用されるものとして説明したが、もちろん車両に限らず回転角度を検出するものとして広く利用できる。
(Other embodiments)
The configuration of the magnetic sensor device described in each of the above embodiments is merely an example, and is not limited to the configuration described above, and may be another configuration that can realize the present invention. For example, in each of the above embodiments, the magnetic sensor device has been described as being applied to a vehicle, but of course, it is not limited to a vehicle and can be widely used as a device that detects a rotation angle.

上記各実施形態では磁気抵抗素子部42をTMR素子として構成していたが、GMR素子として構成しても良い。   In each of the above embodiments, the magnetoresistive element unit 42 is configured as a TMR element, but may be configured as a GMR element.

上記各実施形態で示されたフレキシブル層30における各センサ部40の位置はもちろん一例であり、どの方向にピン磁性層42aの磁化の向きを設定するかによって各センサ部40の位置を適宜設定すれば良い。   Of course, the position of each sensor unit 40 in the flexible layer 30 shown in the above embodiments is merely an example, and the position of each sensor unit 40 can be appropriately set depending on which direction the magnetization direction of the pinned magnetic layer 42a is set. It ’s fine.

上記各実施形態では、フレキシブル層30を半円筒状、円筒状、椀状に反らせていたが、これらの形状は一例であり、他の形状になっていても良い。例えば、第1実施形態では、フレキシブル層30は、当該フレキシブル層30のうちX軸方向における一端部側と反対側の他端部側とが基板10の表面11から離れるように反っていたが、当該フレキシブル層30のうちX軸方向における一端部側と反対側の他端部側とが基板10の表面11に近づくように反っていても良い。これは、第4実施形態で示された椀状のフレキシブル層30についても同様であり、フレキシブル層30が基板10に近づくように椀状に反っていても良い。   In each of the above embodiments, the flexible layer 30 is warped in a semi-cylindrical shape, a cylindrical shape, and a bowl shape, but these shapes are merely examples, and may be in other shapes. For example, in the first embodiment, the flexible layer 30 is warped such that one end side in the X-axis direction and the other end side opposite to the flexible layer 30 are separated from the surface 11 of the substrate 10. The flexible layer 30 may be warped so that the one end side in the X-axis direction and the other end side on the opposite side approach the surface 11 of the substrate 10. The same applies to the bowl-shaped flexible layer 30 shown in the fourth embodiment, and the flexible layer 30 may be warped so as to approach the substrate 10.

上記各実施形態では、フレキシブル層30は下地膜32と中間膜33と保護膜34との3層の積層構造とされていたが、この構造は一例であり、フレキシブル層30は3層構成でなくても良い。例えば積層構造ではなく1層で構成されていても良い。   In each of the above-described embodiments, the flexible layer 30 has a three-layer structure including the base film 32, the intermediate film 33, and the protective film 34. However, this structure is an example, and the flexible layer 30 does not have a three-layer structure. May be. For example, it may be composed of one layer instead of a laminated structure.

上記各実施形態では、フレキシブル層30を反らせる方法として熱処理を行っていたが、フレキシブル層30の材料の選択により、フレキシブル層30の物性に任せて反らせても良い。また、MEMS技術を用いて反らせても良い。   In each of the embodiments described above, heat treatment is performed as a method of warping the flexible layer 30, but the material may be warped by selecting the material of the flexible layer 30 depending on the physical properties of the flexible layer 30. Moreover, you may warp using a MEMS technique.

また、上記各実施形態では、1つの基板10で1つの磁気センサ装置を製造する場合について説明したが、各センサ部40のピン磁性層42aに対してすべて同じ方向に着磁することができるので、1枚のウェハに多数の磁気センサ装置となる部分を形成し、後の工程でウェハを分割することにより、1枚のウェハから多数の磁気センサ装置を製造する方法を採用しても良い。   In each of the above-described embodiments, the case where one magnetic sensor device is manufactured using one substrate 10 has been described. However, the pin magnetic layer 42a of each sensor unit 40 can be magnetized in the same direction. A method of manufacturing a large number of magnetic sensor devices from a single wafer may be employed by forming a portion to be a large number of magnetic sensor devices on a single wafer and dividing the wafer in a later process.

10 基板
11 表面
20 下地犠牲層
30 フレキシブル層
31 一面
42 磁気抵抗素子部
42a ピン磁性層
42c フリー磁性層
50 保護部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 Surface 20 Base sacrificial layer 30 Flexible layer 31 One surface 42 Magnetoresistive element part 42a Pin magnetic layer 42c Free magnetic layer 50 Protection member

Claims (10)

表面(11)を有する基板(10)と、
前記基板(10)の表面(11)に設けられた下地犠牲層(20)と、
前記下地犠牲層(20)に接触すると共に前記下地犠牲層(20)に接触する部分の面積が前記下地犠牲層(20)よりも大きい一面(31)を有するフレキシブル層(30)と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層(42c)と、磁化の向きが固定されたピン磁性層(42a)と、を有し、前記フレキシブル層(30)に形成された複数の磁気抵抗素子部(42)と、
を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部(42)のピン磁性層(42a)の磁化の向きが前記フレキシブル層(30)の一面(31)に平行な面方向の一方向にそれぞれ向けられており、
前記複数の磁気抵抗素子部(42)が外部の磁場の影響を受けたときの前記複数の磁気抵抗素子部(42)の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する磁気センサ装置であって、
前記基板(10)の表面(11)に平行な一方向をX軸とし、当該基板(10)の表面(11)において前記X軸に垂直な方向をY軸とし、これらX軸およびY軸に垂直な方向をZ軸とすると、
前記複数の磁気抵抗素子部(42)のうちの一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きが前記基板(10)の表面(11)に対して平行に向けられていることにより前記X軸方向もしくは前記Y軸方向の物理量が検出され、
前記フレキシブル層(30)が前記下地犠牲層(20)との接触箇所を起点として反っていると共に、前記複数の磁気抵抗素子部(42)の一部とは異なる一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きが前記X軸および前記Y軸に対して傾けられていることにより、前記Z軸方向の物理量が検出されることを特徴とする磁気センサ装置。
A substrate (10) having a surface (11);
A base sacrificial layer (20) provided on the surface (11) of the substrate (10);
A flexible layer (30) having a surface (31) in contact with the base sacrificial layer (20) and having an area of a portion in contact with the base sacrificial layer (20) larger than that of the base sacrificial layer (20);
A free magnetic layer (42c) whose magnetization direction changes under the influence of an external magnetic field, and a pinned magnetic layer (42a) whose magnetization direction is fixed, and is formed on the flexible layer (30). A plurality of magnetoresistive element portions (42);
With
The magnetization directions of the pinned magnetic layers (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42) are respectively directed in one direction parallel to the one surface (31) of the flexible layer (30);
A magnetic sensor device for detecting a physical quantity based on a change in resistance value of the plurality of magnetoresistive element portions (42) when the plurality of magnetoresistive element portions (42) are affected by an external magnetic field,
A direction parallel to the surface (11) of the substrate (10) is defined as an X axis, and a direction perpendicular to the X axis in the surface (11) of the substrate (10) is defined as a Y axis. If the vertical direction is the Z axis,
The magnetization direction of a part of the pinned magnetic layer (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42) is directed parallel to the surface (11) of the substrate (10), so that the X A physical quantity in the axial direction or the Y-axis direction is detected,
The flexible layer (30) warps starting from a contact portion with the base sacrificial layer (20), and a part of the pin magnetic layer (42a) different from a part of the plurality of magnetoresistive element portions (42). ) Is tilted with respect to the X-axis and the Y-axis, so that the physical quantity in the Z-axis direction is detected.
前記フレキシブル層(30)は、半円筒状に反っていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ装置。   The magnetic sensor device according to claim 1, wherein the flexible layer (30) is warped in a semi-cylindrical shape. 前記フレキシブル層(30)は、円筒状に反っていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ装置。   The magnetic sensor device according to claim 1, wherein the flexible layer is warped in a cylindrical shape. 前記フレキシブル層(30)は、椀状に反っていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ装置。   2. The magnetic sensor device according to claim 1, wherein the flexible layer (30) is warped. 前記フレキシブル層(30)は、保護部材(50)により覆われていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の磁気センサ装置。   The magnetic sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the flexible layer (30) is covered with a protective member (50). 表面(11)を有する基板(10)と、
前記基板(10)の表面(11)に設けられた下地犠牲層(20)と、
前記下地犠牲層(20)に接触すると共に前記下地犠牲層(20)に接触する部分の面積が前記下地犠牲層(20)よりも大きい一面(31)を有するフレキシブル層(30)と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層(42c)と、磁化の向きが固定されたピン磁性層(42a)と、を有し、前記フレキシブル層(30)に形成された複数の磁気抵抗素子部(42)と、
を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部(42)のピン磁性層(42a)の磁化の向きが前記フレキシブル層(30)の一面(31)に平行な面方向の一方向にそれぞれ向けられており、
前記複数の磁気抵抗素子部(42)が外部の磁場の影響を受けたときの前記複数の磁気抵抗素子部(42)の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する磁気センサ装置の製造方法であって、
前記基板(10)を用意する工程と、
前記基板(10)の表面(11)に下地層(21)を形成する工程と、
前記下地層(21)の上に前記フレキシブル層(30)を形成し、このフレキシブル層(30)に前記複数の磁気抵抗素子部(42)を形成する工程と、
磁場の向きが前記フレキシブル層(30)の一面(31)の面方向の一方向に設定された磁場中に前記複数の磁気抵抗素子部(42)を配置し、前記複数の磁気抵抗素子部(42)を加熱して磁場中アニールを行うことにより、前記複数の磁気抵抗素子部(42)を構成するピン磁性層(42a)の磁化の向きをそれぞれ前記一方向に着磁する工程と、
前記下地層(21)のうち前記フレキシブル層(30)の一面(31)に接触する部分の面積が前記フレキシブル層(30)の一面(31)の面積よりも小さくなるように前記下地層(21)の一部を除去することにより、前記下地犠牲層(20)を形成する工程と、
前記基板(10)の表面(11)に平行な一方向をX軸とし、当該基板(10)の表面(11)において前記X軸に垂直な方向をY軸とし、これらX軸およびY軸に垂直な方向をZ軸と定義し、前記フレキシブル層(30)を前記下地犠牲層(20)との接触箇所を起点として反らせることにより、前記複数の磁気抵抗素子部(42)のうちの一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きを前記基板(10)の表面(11)に平行な面方向に向けると共に、前記複数の磁気抵抗素子部(42)の一部とは異なる一部のピン磁性層(42a)の磁化の向きを前記基板(10)の表面(11)に対して傾ける工程と、を含んでいることを特徴とする磁気センサ装置の製造方法。
A substrate (10) having a surface (11);
A base sacrificial layer (20) provided on the surface (11) of the substrate (10);
A flexible layer (30) having a surface (31) in contact with the base sacrificial layer (20) and having an area of a portion in contact with the base sacrificial layer (20) larger than that of the base sacrificial layer (20);
A free magnetic layer (42c) whose magnetization direction changes under the influence of an external magnetic field, and a pinned magnetic layer (42a) whose magnetization direction is fixed, and is formed on the flexible layer (30). A plurality of magnetoresistive element portions (42);
With
The magnetization directions of the pinned magnetic layers (42a) of the plurality of magnetoresistive element portions (42) are respectively directed in one direction parallel to the one surface (31) of the flexible layer (30);
A method of manufacturing a magnetic sensor device that detects a physical quantity based on a change in resistance value of the plurality of magnetoresistive element portions (42) when the plurality of magnetoresistive element portions (42) are affected by an external magnetic field. There,
Preparing the substrate (10);
Forming an underlayer (21) on the surface (11) of the substrate (10);
Forming the flexible layer (30) on the underlayer (21), and forming the plurality of magnetoresistive element portions (42) on the flexible layer (30);
The plurality of magnetoresistive element portions (42) are arranged in a magnetic field in which the direction of the magnetic field is set in one direction of the plane direction of the one surface (31) of the flexible layer (30), and the plurality of magnetoresistive element portions ( 42) magnetizing the magnetization directions of the pinned magnetic layers (42a) constituting the plurality of magnetoresistive element portions (42) in the one direction by heating in the magnetic field by heating 42),
Of the foundation layer (21), the foundation layer (21) is such that the area of the portion in contact with one surface (31) of the flexible layer (30) is smaller than the area of one surface (31) of the flexible layer (30). ) To form the base sacrificial layer (20),
A direction parallel to the surface (11) of the substrate (10) is defined as an X axis, and a direction perpendicular to the X axis in the surface (11) of the substrate (10) is defined as a Y axis. A vertical direction is defined as the Z-axis, and the flexible layer (30) is warped from the contact point with the base sacrificial layer (20) as a starting point, so that a part of the plurality of magnetoresistive element portions (42) The direction of magnetization of the pinned magnetic layer (42a) is directed in a plane direction parallel to the surface (11) of the substrate (10), and a part of the plurality of magnetoresistive element parts (42) is different from the part And a step of tilting the magnetization direction of the pinned magnetic layer (42a) with respect to the surface (11) of the substrate (10).
前記フレキシブル層(30)を反らせる工程では、前記フレキシブル層(30)を半円筒状に反らせることを特徴とする請求項6に記載の磁気センサ装置の製造方法。   The method of manufacturing a magnetic sensor device according to claim 6, wherein in the step of warping the flexible layer (30), the flexible layer (30) is warped in a semi-cylindrical shape. 前記フレキシブル層(30)を反らせる工程では、前記フレキシブル層(30)を円筒状に反らせることを特徴とする請求項6に記載の磁気センサ装置の製造方法。   The method for manufacturing a magnetic sensor device according to claim 6, wherein in the step of warping the flexible layer (30), the flexible layer (30) is warped in a cylindrical shape. 前記フレキシブル層(30)を反らせる工程では、前記フレキシブル層(30)を椀状に反らせることを特徴とする請求項6に記載の磁気センサ装置の製造方法。   The method of manufacturing a magnetic sensor device according to claim 6, wherein, in the step of warping the flexible layer (30), the flexible layer (30) is warped in a hook shape. 前記フレキシブル層(30)を反らせる工程の後、前記フレキシブル層(30)を保護部材(50)で覆う工程を含んでいることを特徴とする請求項6ないし9のいずれか1つに記載の磁気センサ装置の製造方法。   The magnetic according to any one of claims 6 to 9, further comprising a step of covering the flexible layer (30) with a protective member (50) after the step of warping the flexible layer (30). A method for manufacturing a sensor device.
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