Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7795776B2 - Magnetic sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7795776B2 - Magnetic sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

Magnetic sensor and method for manufacturing the same

Info

Publication number
JP7795776B2
JP7795776B2 JP2022033514A JP2022033514A JP7795776B2 JP 7795776 B2 JP7795776 B2 JP 7795776B2 JP 2022033514 A JP2022033514 A JP 2022033514A JP 2022033514 A JP2022033514 A JP 2022033514A JP 7795776 B2 JP7795776 B2 JP 7795776B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
layer
sensor
concentrator
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022033514A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023128866A (en
Inventor
静似 熊谷
耕輔 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SPIN SENSING FACTORY CORPORATION
Original Assignee
SPIN SENSING FACTORY CORPORATION
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SPIN SENSING FACTORY CORPORATION filed Critical SPIN SENSING FACTORY CORPORATION
Priority to JP2022033514A priority Critical patent/JP7795776B2/en
Publication of JP2023128866A publication Critical patent/JP2023128866A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7795776B2 publication Critical patent/JP7795776B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

本発明は、磁気センサおよび磁気センサの製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic sensor and a method for manufacturing a magnetic sensor.

従来、磁気抵抗効果を利用した磁気センサとして、例えばトンネル磁気抵抗(TMR)素子のTMR効果等を利用したMRセンサ(磁気抵抗センサ)がある。この磁気センサでは、磁場を検知するための素子が、磁化方向が変化可能に設けられた磁気検知層と、非磁性体を含み、前記磁気検知層の一方の表面側に配置された障壁層と、磁化方向が固定され、前記障壁層の前記磁気検知層とは反対の面側に配置された参照層とを有している(例えば、特許文献1参照)。 Conventional magnetic sensors that utilize the magnetoresistance effect include MR sensors (magnetoresistive sensors) that utilize the TMR effect of tunneling magnetoresistance (TMR) elements. In these magnetic sensors, the element for detecting magnetic fields has a magnetic detection layer with a variable magnetization direction, a barrier layer containing a non-magnetic material and located on one surface of the magnetic detection layer, and a reference layer with a fixed magnetization direction and located on the surface of the barrier layer opposite the magnetic detection layer (see, for example, Patent Document 1).

また、集磁効率を向上させて磁場の検出感度を高めるために、素子の近傍に磁気収束板を備えた磁気センサが広く使用されている。磁気収束板を備えた磁気センサでは、例えば、図5に示すように、シリコンウエハなどの基板上に形成された素子を絶縁するために、素子の側面全体や上面を覆うよう設けられた層間絶縁膜を有し、素子を挟むよう、保護層の上に設けられた1対の磁気収束板が設けられている(例えば、特許文献2参照)。 Furthermore, to improve magnetic flux collection efficiency and enhance magnetic field detection sensitivity, magnetic sensors equipped with magnetic flux concentrators near the element are widely used. For example, as shown in Figure 5, a magnetic sensor equipped with magnetic flux concentrators has an interlayer insulating film provided to cover the entire side and top surfaces of the element to insulate the element formed on a substrate such as a silicon wafer, and a pair of magnetic flux concentrators provided on a protective layer to sandwich the element (see, for example, Patent Document 2).

特開2021-52050号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-52050 特開2018-194534号公報JP 2018-194534 A

図5や特許文献2に記載のような、従来の磁気収束板を有する磁気センサでは、磁場の検出感度を高めるために、素子と磁気収束板との位置関係を高精度で制御する必要がある。しかしながら、素子の各層と磁気収束板とを別々に成膜するため、製造工程でのマスクやパターニング等の精度のバラツキにより、素子に対する磁気収束板の位置がずれてしまうことがあり、磁場の検出感度を期待通りに向上させることができないという課題があった。 In conventional magnetic sensors with magnetic concentrators, such as those shown in Figure 5 and Patent Document 2, the positional relationship between the element and the magnetic concentrator must be controlled with high precision in order to increase the magnetic field detection sensitivity. However, because each layer of the element and the magnetic concentrator are deposited separately, variations in the accuracy of masks, patterning, etc. during the manufacturing process can cause the position of the magnetic concentrator to shift relative to the element, posing a problem in that the magnetic field detection sensitivity cannot be improved as expected.

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、磁場の検出感度を向上させることができる磁気センサおよび磁気センサの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was developed in response to these issues, and aims to provide a magnetic sensor and a method for manufacturing a magnetic sensor that can improve magnetic field detection sensitivity.

上記目的を達成するために、本発明に係る磁気センサは、磁化方向が変化可能に設けられた磁気検知層と、非磁性体を含み、前記磁気検知層の一方の表面側に配置された障壁層と、磁化方向が固定され、前記障壁層の前記磁気検知層とは反対の面側に配置された参照層とを有するセンサ部と、前記磁気検知層と同じ物質から成り、前記磁気検知層の側方に、前記磁気検知層の側面との間に間隔をあけて配置された磁気収束層とを、有することを特徴とする。 To achieve the above object, the magnetic sensor of the present invention is characterized by having a sensor section including a magnetic detection layer whose magnetization direction is variable, a barrier layer containing a non-magnetic material and arranged on one surface of the magnetic detection layer, and a reference layer whose magnetization direction is fixed and arranged on the surface of the barrier layer opposite the magnetic detection layer, and a magnetic converging layer made of the same material as the magnetic detection layer and arranged to the side of the magnetic detection layer with a gap between it and the side of the magnetic detection layer.

本発明に係る磁気センサの製造方法は、本発明に係る磁気センサを製造するための磁気センサの製造方法であって、前記磁気検知層と前記磁気収束層とを構成する層を成膜した後、その層を厚み方向に貫通する溝を形成することにより、前記磁気検知層と前記磁気収束層とに分割することを特徴とする。 The method for manufacturing a magnetic sensor according to the present invention is a method for manufacturing a magnetic sensor according to the present invention, and is characterized in that after depositing the layers that constitute the magnetic detection layer and the magnetic converging layer, a groove is formed that penetrates the layer in the thickness direction, thereby dividing the layer into the magnetic detection layer and the magnetic converging layer.

本発明に係る磁気センサの製造方法は、本発明に係る磁気センサを好適に製造することができる。本発明に係る磁気センサの製造方法は、成膜した層に対し、厚み方向に貫通する溝を形成して分割することにより、磁気検知層と磁気収束層とを形成することができる。溝を形成するだけで磁気検知層と磁気収束層とを同時に形成することができるため、磁気検知層に対する磁気収束層の位置精度を高めることができる。また、溝の幅により、磁気検知層と磁気収束層との間隔を容易に調整することができる。このように、本発明に係る磁気センサおよび磁気センサの製造方法は、磁気検知層を含むセンサ部に対する磁気収束層の位置精度を高めることができ、磁場の検出感度を向上させることができる。 The magnetic sensor manufacturing method according to the present invention can suitably manufacture the magnetic sensor according to the present invention. The magnetic sensor manufacturing method according to the present invention can form a magnetic detection layer and a magnetic converging layer by dividing a deposited layer by forming a groove that penetrates the layer in the thickness direction. Because the magnetic detection layer and the magnetic converging layer can be formed simultaneously by simply forming the groove, the positional accuracy of the magnetic converging layer relative to the magnetic detection layer can be improved. Furthermore, the width of the groove can easily adjust the distance between the magnetic detection layer and the magnetic converging layer. In this way, the magnetic sensor and magnetic sensor manufacturing method according to the present invention can improve the positional accuracy of the magnetic converging layer relative to the sensor section including the magnetic detection layer, thereby improving the magnetic field detection sensitivity.

本発明に係る磁気センサおよび磁気センサの製造方法は、磁気検知層および磁気収束層の表面が、同一平面上に位置するため、例えば、センサ部をエッチング等により加工する際、磁気収束層の表面の位置をモニターしながら加工することにより、加工精度を高めることができる。特に、センサ部を、障壁層を貫通して磁気検知層の表面までエッチングする際には、磁気収束層の表面と同じ高さでエッチングを停止することができ、障壁層の厚みが数nmと非常に薄い場合であっても、高精度で加工することができる。 In the magnetic sensor and magnetic sensor manufacturing method according to the present invention, the surfaces of the magnetic detection layer and magnetic convergence layer are located on the same plane. Therefore, for example, when processing the sensor portion by etching or other processes, processing accuracy can be improved by monitoring the position of the surface of the magnetic convergence layer. In particular, when etching the sensor portion through the barrier layer to the surface of the magnetic detection layer, etching can be stopped at the same height as the surface of the magnetic convergence layer, allowing for high-precision processing even when the barrier layer is very thin, at just a few nanometers thick.

本発明に係る磁気センサおよび磁気センサの製造方法で、磁気検知層、参照層および磁気収束層は、強磁性体を含んでいることが好ましい。障壁層は、絶縁性の非磁性体から成ることが好ましい。本発明に係る磁気センサおよび磁気センサの製造方法は、センサ部の磁気検知層側の表面および参照層側の表面に、他の層を有していてもよい。また、磁気検知層と障壁層との間、および、障壁層と参照層との間に、他の層が挿入されていてもよい。また、本発明に係る磁気センサの製造方法では、磁気検知層と前記磁気収束層とを分割する溝を形成する前に、障壁層や参照層を成膜してもよく、溝を形成後、障壁層や参照層を成膜してもよい。また、本発明に係る磁気センサは、例えば、TMRセンサ、AMRセンサ、GMRセンサ、MIセンサ、フラックスゲートセンサなど、センサ部を有するものであればいかなるものであってもよい。 In the magnetic sensor and method for manufacturing a magnetic sensor according to the present invention, the magnetic detection layer, reference layer, and magnetic flux concentrating layer preferably contain a ferromagnetic material. The barrier layer preferably comprises an insulating non-magnetic material. In the magnetic sensor and method for manufacturing a magnetic sensor according to the present invention, other layers may be provided on the surface of the sensor section facing the magnetic detection layer and the surface facing the reference layer. Other layers may also be inserted between the magnetic detection layer and the barrier layer, and between the barrier layer and the reference layer. In the method for manufacturing a magnetic sensor according to the present invention, the barrier layer and the reference layer may be formed before forming the groove separating the magnetic detection layer and the magnetic flux concentrating layer, or the barrier layer and the reference layer may be formed after the groove is formed. In addition, the magnetic sensor according to the present invention may be any type of sensor section, such as a TMR sensor, an AMR sensor, a GMR sensor, an MI sensor, or a fluxgate sensor.

本発明に係る磁気センサで、前記磁気収束層は1対から成り、前記磁気検知層の側方から前記磁気検知層を挟むよう配置されていることが好ましい。本発明に係る磁気センサの製造方法は、前記磁気検知層の両脇に前記溝を形成し、前記磁気検知層の側方から前記磁気検知層を挟むよう、前記磁気収束層を1対形成することが好ましい。これらの場合、集磁効率をより高めることができ、磁場の検出感度をさらに向上させることができる。また、製造する際に、シリコンウエハなどの基板上に効率よく配置することができ、製造効率を高めることができる。 In the magnetic sensor according to the present invention, the magnetic concentrating layers preferably consist of a pair and are arranged so as to sandwich the magnetic sensing layer from the sides. In the method for manufacturing the magnetic sensor according to the present invention, the grooves are preferably formed on both sides of the magnetic sensing layer, and a pair of magnetic concentrating layers are preferably formed so as to sandwich the magnetic sensing layer from the sides. In these cases, the magnetic collection efficiency can be further increased, further improving the magnetic field detection sensitivity. Furthermore, during manufacturing, the layers can be efficiently arranged on a substrate such as a silicon wafer, thereby improving manufacturing efficiency.

本発明に係る磁気センサで、前記磁気検知層は、前記磁気収束層と電気的に絶縁されていることが好ましい。本発明に係る磁気センサの製造方法は、前記磁気検知層と前記磁気収束層との間に形成した前記溝に、絶縁膜を設けることが好ましい。これらの場合、ノイズを遮断して、磁場の検出感度を向上させることができる。 In the magnetic sensor according to the present invention, the magnetic detection layer is preferably electrically insulated from the magnetic converging layer. In the method for manufacturing a magnetic sensor according to the present invention, an insulating film is preferably provided in the groove formed between the magnetic detection layer and the magnetic converging layer. In these cases, noise can be blocked, improving magnetic field detection sensitivity.

本発明に係る磁気センサは、一方の表面側に、前記センサ部と前記磁気収束層とが形成された基板を有し、前記センサ部は、前記磁気検知層が前記基板側になるよう、前記基板の上に形成されていることが好ましい。本発明に係る磁気センサの製造方法は、基板の一方の表面側に、前記磁気検知層と前記磁気収束層とを形成した後、前記磁気検知層の前記基板とは反対の表面側に、前記障壁層と前記参照層とを形成することが好ましい。これらの場合、磁気収束層を形成しやすい。 The magnetic sensor according to the present invention preferably has a substrate on one surface of which the sensor section and the magnetic converging layer are formed, and the sensor section is preferably formed on the substrate with the magnetic detection layer facing the substrate. In the method for manufacturing the magnetic sensor according to the present invention, it is preferable to form the magnetic detection layer and the magnetic converging layer on one surface of the substrate, and then form the barrier layer and the reference layer on the surface of the magnetic detection layer opposite the substrate. In these cases, it is easy to form the magnetic converging layer.

本発明に係る磁気センサは、前記磁気検知層から前記参照層に向かう積層方向に沿って、前記磁気収束層との間に間隔をあけて、前記磁気収束層の表面に対して平行に配置され、前記磁気収束層を前記積層方向に投影した範囲の内側に設けられた磁気収束板を有していてもよい。本発明に係る磁気センサの製造方法は、前記磁気検知層から前記参照層に向かう積層方向に沿って、前記磁気収束層との間に間隔をあけて、前記磁気収束層の表面に対して平行、かつ、前記磁気収束層を前記積層方向に投影した範囲の内側に、磁気収束板を形成してもよい。これらの場合、磁気収束板により、さらに集磁効率を高めることができ、磁場の検出感度をさらに向上させることができる。 The magnetic sensor according to the present invention may include a magnetic concentrator plate disposed parallel to the surface of the magnetic concentrator layer, spaced apart from the magnetic concentrator layer, along the stacking direction from the magnetic detection layer toward the reference layer, and located inside the area projected in the stacking direction of the magnetic concentrator layer. The method for manufacturing a magnetic sensor according to the present invention may also include forming a magnetic concentrator plate parallel to the surface of the magnetic concentrator layer, spaced apart from the magnetic concentrator layer, along the stacking direction from the magnetic detection layer toward the reference layer, and located inside the area projected in the stacking direction of the magnetic concentrator layer. In these cases, the magnetic concentrator plate can further increase the magnetic collection efficiency and further improve the magnetic field detection sensitivity.

本発明によれば、磁場の検出感度を向上させることができる磁気センサおよび磁気センサの製造方法を提供することができる。 The present invention provides a magnetic sensor and a method for manufacturing a magnetic sensor that can improve magnetic field detection sensitivity.

本発明の実施の形態の磁気センサの(a)絶縁膜を透過した平面図、(b)断面図である。1A is a plan view of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention, seen through an insulating film, and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof. 本発明の実施の形態の磁気センサの変形例を示す(a)絶縁膜を透過した平面図、(b)断面図である。1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing a modified example of the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention, respectively, seen through an insulating film. 本発明の実施の形態の磁気センサおよび磁気センサの製造方法の、(a)比較例の磁気検知層の設計パターン、(b)磁気検知層および磁気収束層の設計パターンである。1A shows a design pattern of a magnetic detection layer of a comparative example, and FIG. 1B shows design patterns of a magnetic detection layer and a magnetic flux concentrator layer of a magnetic sensor and a method of manufacturing the magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. (a)図3(a)に示す比較例の磁気抵抗曲線、(b)図3(b)に示す本発明の実施の形態の磁気センサの磁気抵抗曲線である。3A shows the magnetoresistance curve of the comparative example shown in FIG. 3A, and FIG. 3B shows the magnetoresistance curve of the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3B. 従来の磁気センサの(a)層間絶縁膜を透過した平面図、(b)断面図である。1A is a plan view of a conventional magnetic sensor seen through an interlayer insulating film, and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof.

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図1乃至図4は、本発明の実施の形態の磁気センサおよび磁気センサの製造方法を示している。
図1に示すように、磁気センサ10は、基板11とセンサ部12と磁気収束層13と絶縁膜14とを有している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show a magnetic sensor and a method for manufacturing the magnetic sensor according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 10 includes a substrate 11, a sensor portion 12, a magnetic flux concentrating layer 13, and an insulating film 14.

基板11は、市販のシリコンウエハから成っている。センサ部12は、基板11の一方の表面の上に設けられ、磁気検知層21と障壁層22と参照層23とを有している。磁気検知層21は、強磁性体から成り、基板11の上に形成されている。磁気検知層21は、外部からの磁束の影響を受けて、層の表面に平行な方向で、磁化方向が変化可能に設けられている。磁気検知層21は、例えば、軟質磁性材料のCoFeSiB、FeCuNbSiB、NiFe等から成り、層厚が10nm~200nm程度である。 The substrate 11 is made of a commercially available silicon wafer. The sensor section 12 is provided on one surface of the substrate 11 and includes a magnetic sensing layer 21, a barrier layer 22, and a reference layer 23. The magnetic sensing layer 21 is made of a ferromagnetic material and is formed on the substrate 11. The magnetic sensing layer 21 is configured so that its magnetization direction can change in a direction parallel to the surface of the layer in response to the influence of external magnetic flux. The magnetic sensing layer 21 is made of a soft magnetic material such as CoFeSiB, FeCuNbSiB, or NiFe, and has a thickness of approximately 10 to 200 nm.

障壁層22は、絶縁性の非磁性体から成り、磁気検知層21の基板11とは反対の表面の上に形成されている。障壁層22は、例えば、MgO、Mg-Al-O、AlOx等から成り、層厚が1nm~10nm程度である。参照層23は、強磁性体から成り、障壁層22の磁気検知層21とは反対の表面の上に形成されている。参照層23は、磁化方向が層の表面に平行な方向で固定されている。参照層23は、例えばCoFeBから成り、層厚が2nm~10nm程度である。 The barrier layer 22 is made of an insulating non-magnetic material and is formed on the surface of the magnetic detection layer 21 opposite the substrate 11. The barrier layer 22 is made of, for example, MgO, Mg-Al-O, AlOx, etc., and has a thickness of approximately 1 nm to 10 nm. The reference layer 23 is made of a ferromagnetic material and is formed on the surface of the barrier layer 22 opposite the magnetic detection layer 21. The magnetization direction of the reference layer 23 is fixed parallel to the surface of the layer. The reference layer 23 is made of, for example, CoFeB, and has a thickness of approximately 2 nm to 10 nm.

なお、センサ部12は、参照層23が基板11の側になるよう、各層が積層されていてもよい。また、磁気検知層21および参照層23は、複数の層から成っていてもよく、例えば、複数の磁性層と、各磁性層の間に挟まれた挿入層とを有していてもよい。この場合、挿入層を挟んで、各磁性層が静磁結合するよう構成されていることが好ましい。また、挿入層は、例えば、Ru、Ta、TaB等から成り、層厚が2nm以上であることが好ましい。また、センサ部12は、磁気検知層21と障壁層22との間、および、障壁層22と参照層23との間に、他の層が挿入されていてもよい。 The sensor unit 12 may have each layer stacked so that the reference layer 23 faces the substrate 11. The magnetic detection layer 21 and reference layer 23 may each be composed of multiple layers, for example, multiple magnetic layers with an insertion layer sandwiched between them. In this case, it is preferable that the magnetic layers are magnetostatically coupled with each other via the insertion layer. The insertion layer is preferably made of, for example, Ru, Ta, TaB, or the like, and has a thickness of 2 nm or more. The sensor unit 12 may also have other layers inserted between the magnetic detection layer 21 and the barrier layer 22, and between the barrier layer 22 and the reference layer 23.

磁気収束層13は、磁気検知層21と同じ材料の強磁性体から成り、磁気検知層21と同じ層厚を有している。磁気収束層13は、磁気検知層21の側方の基板11の上に、磁気検知層21の側面との間に間隔をあけて形成されている。磁気収束層13は、磁気検知層21との間に溝15を有して配置されている。図1に示す具体的な一例では、磁気収束層13は、1対から成り、磁気検知層21の側方から磁気検知層21を挟むよう配置されている。 The magnetic converging layer 13 is made of the same ferromagnetic material as the magnetic sensing layer 21 and has the same thickness as the magnetic sensing layer 21. The magnetic converging layer 13 is formed on the substrate 11 on the side of the magnetic sensing layer 21 with a gap between it and the side of the magnetic sensing layer 21. The magnetic converging layer 13 is arranged with a groove 15 between it and the magnetic sensing layer 21. In the specific example shown in Figure 1, the magnetic converging layer 13 consists of a pair and is arranged to sandwich the magnetic sensing layer 21 from the sides of the magnetic sensing layer 21.

絶縁膜14は、センサ部12および磁気収束層13を覆うよう、基板11、センサ部12および磁気収束層13の表面に設けられている。絶縁膜14は、表面が平坦になるよう形成されている。絶縁膜14は、磁気検知層21と磁気収束層13との間にも入り込んでおり、磁気検知層21と磁気収束層13とを電気的に絶縁している。絶縁膜14は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム等、センサ部12を絶縁可能なものであれば、いかなるものから成っていてもよい。 The insulating film 14 is provided on the surfaces of the substrate 11, sensor unit 12, and magnetic convergence layer 13 so as to cover the sensor unit 12 and magnetic convergence layer 13. The insulating film 14 is formed so that its surface is flat. The insulating film 14 also extends between the magnetic detection layer 21 and magnetic convergence layer 13, electrically insulating them. The insulating film 14 may be made of any material that can insulate the sensor unit 12, such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide.

なお、図1に示す具体的な一例では、障壁層22および参照層23の表面は同じ大きさを成し、磁気検知層21の表面よりも小さく形成されている。また、障壁層22および参照層23は、1対から成り、1つの磁気検知層21の上に、所定の間隔をあけて、並行に配置されている。1対の障壁層22および参照層23の並び方向は、磁気検知層21および1対の磁気収束層13の並び方向に対して、垂直を成している。 In the specific example shown in FIG. 1, the surfaces of the barrier layer 22 and the reference layer 23 are the same size and are smaller than the surface of the magnetic detection layer 21. The barrier layer 22 and the reference layer 23 are arranged in pairs, parallel to each other and spaced a predetermined distance apart on one magnetic detection layer 21. The pair of barrier layers 22 and reference layers 23 are aligned perpendicular to the magnetic detection layer 21 and the pair of magnetic concentrating layers 13.

また、磁気センサ10は、センサ部12の参照層23と絶縁膜14との間に、他の層を有していてもよい。また、図1に示す具体的な一例では、磁気センサ10は、TMRセンサから成っているが、TMRセンサに限らず、例えば、AMRセンサ、GMRセンサ、MIセンサ、フラックスゲートセンサなどから成っていてもよい。 The magnetic sensor 10 may also have other layers between the reference layer 23 and the insulating film 14 of the sensor section 12. In the specific example shown in FIG. 1, the magnetic sensor 10 is made up of a TMR sensor, but it is not limited to a TMR sensor and may also be made up of, for example, an AMR sensor, a GMR sensor, an MI sensor, or a fluxgate sensor.

磁気センサ10は、本発明の実施の形態の磁気センサの製造方法により好適に製造される。本発明の実施の形態の磁気センサの製造方法では、まず、基板11の一方の表面の上に、磁気検知層21と磁気収束層13とを構成する層を成膜した後、その層を厚み方向に基板11まで貫通する溝15を形成して、磁気検知層21と磁気収束層13とに分割する。その後、磁気検知層21の上、すなわち磁気検知層21の基板11とは反対の表面側に、障壁層22と参照層23とを成膜する。こうして、センサ部12と磁気収束層13とを形成する。なお、磁気検知層21と磁気収束層13とを分割する溝15の形成は、エッチングなどいかなる加工方法であってもよい。また、溝15を形成する前に、磁気検知層21となる部分の上に障壁層22と参照層23とを成膜し、その後、溝15を形成して磁気検知層21と磁気収束層13とに分割してもよい。 The magnetic sensor 10 is preferably manufactured by a method for manufacturing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. In this method, layers constituting the magnetic sensing layer 21 and the magnetic converging layer 13 are first deposited on one surface of the substrate 11. Then, a groove 15 is formed through the layer in the thickness direction to the substrate 11, dividing the layer into the magnetic sensing layer 21 and the magnetic converging layer 13. A barrier layer 22 and a reference layer 23 are then deposited on the magnetic sensing layer 21, i.e., on the surface of the magnetic sensing layer 21 opposite the substrate 11. In this manner, the sensor section 12 and the magnetic converging layer 13 are formed. The groove 15, which divides the magnetic sensing layer 21 and the magnetic converging layer 13, may be formed by any processing method, such as etching. Alternatively, the barrier layer 22 and the reference layer 23 may be deposited on the portion that will become the magnetic sensing layer 21 before the groove 15 is formed, and then the groove 15 is formed to divide the layer into the magnetic sensing layer 21 and the magnetic converging layer 13.

センサ部12と磁気収束層13とを形成後、センサ部12および磁気収束層13を覆うよう、基板11、センサ部12および磁気収束層13の表面に、絶縁膜14を成膜する。このとき、磁気検知層21と磁気収束層13との間に形成した溝15にも、絶縁膜14を形成する。こうして、磁気センサ10を製造することができる。なお、各層を成膜する方法としては、スパッタリングや蒸着など、成膜可能な方法であればいかなる方法であってもよい。 After forming the sensor section 12 and magnetic converging layer 13, an insulating film 14 is formed on the surfaces of the substrate 11, sensor section 12, and magnetic converging layer 13 so as to cover the sensor section 12 and magnetic converging layer 13. At this time, the insulating film 14 is also formed in the groove 15 formed between the magnetic detection layer 21 and magnetic converging layer 13. In this manner, the magnetic sensor 10 can be manufactured. Note that the method for forming each layer may be any method that allows for film formation, such as sputtering or vapor deposition.

本発明の実施の形態の磁気センサの製造方法は、溝15を形成するだけで磁気検知層21と磁気収束層13とを同時に形成することができるため、磁気検知層21に対する磁気収束層13の位置精度を高めることができる。また、溝15の幅により、磁気検知層21と磁気収束層13との間隔を容易に調整することができる。このように、本発明の実施の形態の磁気センサ10および磁気センサの製造方法は、磁気検知層21を含むセンサ部12に対する磁気収束層13の位置精度を高めることができ、磁場の検出感度を向上させることができる。 The method for manufacturing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention allows the magnetic sensing layer 21 and magnetic converging layer 13 to be formed simultaneously simply by forming the groove 15, thereby improving the positional accuracy of the magnetic converging layer 13 relative to the magnetic sensing layer 21. Furthermore, the spacing between the magnetic sensing layer 21 and the magnetic converging layer 13 can be easily adjusted by adjusting the width of the groove 15. In this way, the magnetic sensor 10 and method for manufacturing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention can improve the positional accuracy of the magnetic converging layer 13 relative to the sensor section 12, which includes the magnetic sensing layer 21, and thereby improve the sensitivity of detecting magnetic fields.

本発明の実施の形態の磁気センサ10および磁気センサの製造方法は、磁気検知層21および磁気収束層13の表面が、同一平面上に位置するため、例えば、センサ部12をエッチング等により加工する際、磁気収束層13の表面の位置をモニターしながら加工することにより、加工精度を高めることができる。特に、センサ部12を、障壁層22を貫通して磁気検知層21の表面までエッチングする際には、磁気収束層13の表面と同じ高さでエッチングを停止することができ、障壁層22の厚みが数nmと非常に薄い場合であっても、高精度で加工することができる。 In the magnetic sensor 10 and magnetic sensor manufacturing method according to the present invention, the surfaces of the magnetic detection layer 21 and magnetic convergence layer 13 are located on the same plane. Therefore, for example, when processing the sensor unit 12 by etching or other processes, the processing accuracy can be improved by monitoring the position of the surface of the magnetic convergence layer 13. In particular, when etching the sensor unit 12 through the barrier layer 22 to the surface of the magnetic detection layer 21, etching can be stopped at the same height as the surface of the magnetic convergence layer 13, allowing for high-precision processing even when the barrier layer 22 is very thin, at only a few nanometers thick.

本発明の実施の形態の磁気センサ10および磁気センサの製造方法は、1対から成る磁気収束層13が、磁気検知層21の側方から磁気検知層21を挟むよう配置されているため、集磁効率をより高めることができ、磁場の検出感度をさらに向上させることができる。また、製造する際に、シリコンウエハなどの基板11の上に効率よく配置することができ、製造効率を高めることができる。 In the magnetic sensor 10 and magnetic sensor manufacturing method according to the embodiment of the present invention, a pair of magnetic concentrating layers 13 are arranged on either side of the magnetic sensing layer 21, sandwiching the magnetic sensing layer 21. This increases the magnetic flux collection efficiency and further improves the magnetic field detection sensitivity. Furthermore, during manufacturing, the sensor can be efficiently placed on a substrate 11 such as a silicon wafer, thereby improving manufacturing efficiency.

また、本発明の実施の形態の磁気センサ10および磁気センサの製造方法は、磁気検知層21と磁気収束層13との間の溝15にも絶縁膜14が形成され、磁気検知層21と磁気収束層13とが電気的に絶縁されているため、ノイズを遮断して、磁場の検出感度を向上させることができる。 In addition, in the magnetic sensor 10 and magnetic sensor manufacturing method according to the embodiment of the present invention, an insulating film 14 is also formed in the groove 15 between the magnetic detection layer 21 and the magnetic converging layer 13, electrically insulating the magnetic detection layer 21 and the magnetic converging layer 13, thereby blocking noise and improving magnetic field detection sensitivity.

なお、図2に示すように、磁気センサ10は、絶縁膜14の磁気収束層13とは反対側の表面に、磁気収束層13との間に間隔をあけて、磁気収束層13の表面に対して平行に配置された磁気収束板31を有していてもよい。磁気収束板31は、磁気収束層13を磁気検知層21から参照層23に向かう積層方向に投影した範囲の内側に設けられている。この場合、磁気収束板31により、さらに集磁効率を高めることができ、磁場の検出感度をさらに向上させることができる。 As shown in FIG. 2, the magnetic sensor 10 may also have a magnetic concentrator plate 31 disposed parallel to the surface of the magnetic concentrator layer 13, with a gap between it and the magnetic concentrator layer 13, on the surface of the insulating film 14 opposite the magnetic concentrator layer 13. The magnetic concentrator plate 31 is provided within the range of the magnetic concentrator layer 13 projected in the stacking direction from the magnetic detection layer 21 toward the reference layer 23. In this case, the magnetic concentrator plate 31 can further increase the magnetic collection efficiency and further improve the magnetic field detection sensitivity.

図1に示す磁気センサ10を製造し、磁気抵抗曲線の測定を行った。製造した磁気センサ10は、磁気検知層21および磁気収束層13が、層厚140nmのCoFeSiBアモルファスから成り、障壁層22が、層厚2nmのMgOから成り、参照層23が、層厚3nmのCoFeBから成っている。また、絶縁膜14は、磁気検知層21および磁気収束層13の表面からの厚みが200nmである。また、磁気検知層21と磁気収束層13との間隔は、5000nmである。なお、比較例として、磁気収束層13を有さないものも製造した。製造した比較例の磁気検知層21の設計パターン、ならびに、磁気センサ10の磁気検知層21および磁気収束層13の設計パターンを、それぞれ図3(a)ならびに(b)に示す。 The magnetic sensor 10 shown in Figure 1 was manufactured, and its magnetoresistance curve was measured. In the manufactured magnetic sensor 10, the magnetic sensing layer 21 and magnetic converging layer 13 were made of CoFeSiB amorphous with a thickness of 140 nm, the barrier layer 22 was made of MgO with a thickness of 2 nm, and the reference layer 23 was made of CoFeB with a thickness of 3 nm. The insulating film 14 had a thickness of 200 nm from the surface of the magnetic sensing layer 21 and magnetic converging layer 13. The distance between the magnetic sensing layer 21 and magnetic converging layer 13 was 5000 nm. As a comparative example, a sensor without a magnetic converging layer 13 was also manufactured. The design patterns of the magnetic sensing layer 21 of the manufactured comparative example and the magnetic sensing layer 21 and magnetic converging layer 13 of the magnetic sensor 10 are shown in Figures 3(a) and (b), respectively.

比較例および磁気センサ10の磁気抵抗曲線を、それぞれ図4(a)および(b)に示す。図4(a)と(b)とを比較すると、図4(b)の磁気センサ10の磁気抵抗曲線の方が、図4(a)の比較例のものと比べて、異方性磁界Hkが小さくなっていることが確認された。この結果から、磁気収束層13により、磁気異方性が小さくなり、磁場の検出感度が非常に高くなるといえる。 The magnetoresistance curves of the comparative example and magnetic sensor 10 are shown in Figures 4(a) and (b), respectively. Comparing Figures 4(a) and (b), it is confirmed that the magnetoresistance curve of magnetic sensor 10 in Figure 4(b) has a smaller anisotropy magnetic field Hk than that of the comparative example in Figure 4(a). From this result, it can be said that the magnetic concentrating layer 13 reduces magnetic anisotropy and significantly increases the magnetic field detection sensitivity.

また、磁気センサ10では、センサ部12などをエッチングする際、磁気収束層13も同時にエッチングすることになるため、広い面積からの大きな信号を用いてエッチングの終点を検出することができる。エッチングの終点検知には、例えばプラズマ分光や二次イオン質量分析を用いることができる。例えば、図3(b)の設計パターンによる磁気センサ10は、図3(a)の設計パターンによる比較例と比べて、エッチング時の開口面積が141倍になるため、エッチングの終点を精度良く検出することができ、エッチングによる加工精度を高めることができる。 Furthermore, in the magnetic sensor 10, when the sensor portion 12 and other components are etched, the magnetic concentrating layer 13 is also etched at the same time, making it possible to detect the etching endpoint using a large signal from a wide area. To detect the etching endpoint, plasma spectroscopy or secondary ion mass spectrometry, for example, can be used. For example, the magnetic sensor 10 with the design pattern of FIG. 3(b) has an opening area 141 times larger during etching than the comparative example with the design pattern of FIG. 3(a), making it possible to accurately detect the etching endpoint and improve the etching processing accuracy.

10 磁気センサ
11 基板
12 センサ部
21 磁気検知層
22 障壁層
23 参照層
13 磁気収束層
14 絶縁膜
15 溝

31 磁気収束板


REFERENCE SIGNS LIST 10 magnetic sensor 11 substrate 12 sensor section 21 magnetic detection layer 22 barrier layer 23 reference layer 13 magnetic converging layer 14 insulating film 15 groove

31 Magnetic concentrator


Claims (5)

磁化方向が変化可能に設けられた磁気検知層と、非磁性体を含み、前記磁気検知層の一方の表面側に配置された障壁層と、磁化方向が固定され、前記障壁層の前記磁気検知層とは反対の面側に配置された参照層とを有するセンサ部と、
前記磁気検知層と同じ物質から成り、前記磁気検知層の側方に、前記磁気検知層の側面との間に間隔をあけて配置された磁気収束層と、
前記磁気検知層から前記参照層に向かう積層方向に沿って、前記磁気収束層との間に間隔をあけて、前記磁気収束層の表面に対して平行に配置され、前記磁気収束層を前記積層方向に投影した範囲の内側に設けられた磁気収束板とを、
有することを特徴とする磁気センサ。
a sensor unit including a magnetic detection layer whose magnetization direction is variable, a barrier layer containing a non-magnetic material and disposed on one surface side of the magnetic detection layer, and a reference layer whose magnetization direction is fixed and disposed on the surface side of the barrier layer opposite to the magnetic detection layer;
a magnetic concentrator layer made of the same material as the magnetic sensing layer and disposed laterally of the magnetic sensing layer with a gap between the magnetic concentrator layer and the side surface of the magnetic sensing layer ;
a magnetic concentrator plate disposed parallel to a surface of the magnetic concentrator layer along a stacking direction from the magnetic detection layer toward the reference layer, with a gap between the magnetic concentrator plate and the magnetic concentrator layer, and provided inside a range obtained by projecting the magnetic concentrator layer in the stacking direction;
A magnetic sensor comprising:
前記磁気収束層は1対から成り、前記磁気検知層の側方から前記磁気検知層を挟むよう配置されていることを特徴とする請求項1記載の磁気センサ。 The magnetic sensor of claim 1, characterized in that the magnetic concentrating layers consist of a pair and are arranged to sandwich the magnetic sensing layer from the sides. 前記磁気検知層は、前記磁気収束層と電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項1または2記載の磁気センサ。 A magnetic sensor as described in claim 1 or 2, characterized in that the magnetic detection layer is electrically insulated from the magnetic concentrating layer. 一方の表面側に、前記センサ部と前記磁気収束層とが形成された基板を有し、
前記センサ部は、前記磁気検知層が前記基板側になるよう、前記基板の上に形成されていることを
特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の磁気センサ。
a substrate on one surface of which the sensor unit and the magnetic concentrating layer are formed;
The magnetic sensor according to claim 1 , wherein the sensor section is formed on the substrate so that the magnetic detection layer faces the substrate.
請求項1乃至のいずれか1項に記載の磁気センサを製造するための磁気センサの製造方法であって、
前記磁気検知層と前記磁気収束層とを構成する層を成膜した後、その層を厚み方向に貫通する溝を形成することにより、前記磁気検知層と前記磁気収束層とに分割することを
特徴とする磁気センサの製造方法。
A method for manufacturing the magnetic sensor according to any one of claims 1 to 4 , comprising the steps of:
a method for manufacturing a magnetic sensor, comprising: forming a layer constituting the magnetic detection layer and the magnetic convergence layer; and then forming a groove penetrating the layer in a thickness direction to divide the layer into the magnetic detection layer and the magnetic convergence layer.
JP2022033514A 2022-03-04 2022-03-04 Magnetic sensor and method for manufacturing the same Active JP7795776B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022033514A JP7795776B2 (en) 2022-03-04 2022-03-04 Magnetic sensor and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022033514A JP7795776B2 (en) 2022-03-04 2022-03-04 Magnetic sensor and method for manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023128866A JP2023128866A (en) 2023-09-14
JP7795776B2 true JP7795776B2 (en) 2026-01-08

Family

ID=87972480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022033514A Active JP7795776B2 (en) 2022-03-04 2022-03-04 Magnetic sensor and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7795776B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004533120A (en) 2001-06-01 2004-10-28 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Method for orienting the magnetization axis of a first magnetic element with respect to a second magnetic element, a semi-finished product for implementing the sensor, and a sensor for measuring a magnetic field
US20180335485A1 (en) 2017-05-19 2018-11-22 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetic sensor
JP2018194534A (en) 2017-05-19 2018-12-06 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetic sensor
JP2019102681A (en) 2017-12-05 2019-06-24 昭和電工株式会社 Method of manufacturing magnetic sensor and magnetic sensor assembly

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004533120A (en) 2001-06-01 2004-10-28 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Method for orienting the magnetization axis of a first magnetic element with respect to a second magnetic element, a semi-finished product for implementing the sensor, and a sensor for measuring a magnetic field
US20180335485A1 (en) 2017-05-19 2018-11-22 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetic sensor
JP2018194534A (en) 2017-05-19 2018-12-06 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetic sensor
JP2019102681A (en) 2017-12-05 2019-06-24 昭和電工株式会社 Method of manufacturing magnetic sensor and magnetic sensor assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023128866A (en) 2023-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6577124B2 (en) Magnetic field sensor with perpendicular axis sensitivity, comprising a giant magnetoresistance material or a spin tunnel junction
US8933523B2 (en) Single-chip referenced full-bridge magnetic field sensor
KR101389487B1 (en) Magnetic sensor with composite magnetic shield
US10593869B2 (en) Methods for patterning a magnetic sensing layer
US10727402B2 (en) Method for producing tunnel magnetoresistive element
US8256096B2 (en) Method of using xenon ion beams to improve track width definition
US20070159164A1 (en) Magnetoresistive sensor, comprising a ferromagnetic/antiferromagnetic sensitive element
US10816615B2 (en) Magnetic sensor
US10263179B2 (en) Method of forming tunnel magnetoresistance (TMR) elements and TMR sensor element
JP2018194534A (en) Magnetic sensor
US11199594B2 (en) TMR sensor with magnetic tunnel junctions with a free layer having an intrinsic anisotropy
US11493573B2 (en) Magnetic sensor with dual TMR films and the method of making the same
JP7795776B2 (en) Magnetic sensor and method for manufacturing the same
CN104428913A (en) Magnetic sensor
JP7590705B2 (en) Tunneling magnetoresistance sensor
WO2016075763A1 (en) Magnetic sensor
US9620707B2 (en) Magnetoresistive devices and methods for manufacturing magnetoresistive devices
US10892402B2 (en) Magnetoresistive element, and production method for magnetoresistive element
WO2011033981A1 (en) Magnetic sensor production method
US8174260B2 (en) Integrated circuit with magnetic material magnetically coupled to magneto-resistive sensing element
JP2017194367A (en) Magnetic sensor and magnetic field detection device, and method for producing the same
JPWO2024069733A5 (en)
JP2005223121A (en) Magnetoresistive element and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20250210

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20251031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20251104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20251125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7795776

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150