特許 6121311 磁気検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6121311

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】磁気検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20170417BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20170417BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/06 R

   H01L43/08 Z

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-235640(P2013-235640)

(22)【出願日】2013年11月14日

(65)【公開番号】特開2015-94732(P2015-94732A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】尾花 雅之

(72)【発明者】

【氏名】安藤 秀人

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 努

(72)【発明者】

【氏名】金子 一明

【審査官】 荒井 誠

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０６８１４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１３８３４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２０７０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７１２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４４６４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０６−３３／０９

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向の磁界成分を誘導する磁界誘導層と、前記磁界誘導層の端部が対向する仮想面上に位置して前記第１の方向と直交する第２の方向へ感度軸を有する磁気センサとが設けられた磁気検知装置において、
前記磁気センサは、前記第２の方向において、前記磁界誘導層の端部の中心に対してその中心が位置ずれして配置された第１の磁気センサと、前記磁界誘導層の端部の中心に対してその中心が、前記第１の磁気センサとは反対側に位置ずれして配置された第２の磁気センサとを含み、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサは直列に接続されており、
前記磁界誘導層は、前記磁気センサと対向する第１の部分と、前記磁気センサから離れた第２の部分とを有しており、第１の部分の透磁率が第２の部分よりも低いことを特徴とする磁気検知装置。

【請求項2】

第２の部分の保磁力が第１の部分よりも低い請求項１記載の磁気検知装置。

【請求項3】

前記磁界誘導層は、鉄を含む合金で形成されており、鉄の含入量は、第１の部分が第２の部分よりも少ない請求項１または２記載の磁気検知装置。

【請求項4】

前記磁気誘導層は、前記第２の部分よりも前記磁気センサから離れた第３の部分を有しており、第３の部分の透磁率が第２の部分よりも低い請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検知装置。

【請求項5】

第２の部分の保磁力が第３の部分よりも低い請求項４記載の磁気検知装置。

【請求項6】

前記磁界誘導層は、鉄を含む合金で形成されており、鉄の含入量は、第３の部分が第２の部分よりも少ない請求項４または５記載の磁気検知装置。

【請求項7】

前記第１の部分の鉄の含有量が１１質量％以上で１４質量％以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検知装置。

【請求項8】

前記第１の部分の第１の方向での厚さ寸法が、前記磁界誘導層の同方向での厚さ寸法の４５％以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検知装置。

【請求項9】

前記磁気センサは、固定磁性層とフリー磁性層が非磁性層を介して積層された磁気抵抗効果素子を有しており、前記固定磁性層の固定磁化が第２の方向へ向けられている請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＧＭＲ素子などの磁気センサによって、その感度軸と直交する向きの磁界成分を検知する磁気検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１と特許文献２に記載された磁気検知装置は、感度軸が水平方向に向けられた磁気抵抗効果素子でブリッジ回路が構成されており、磁気抵抗効果素子には、垂直方向に延びる軟磁性材料で形成された磁性体が対向して設けられている。垂直方向の磁界成分は、磁性体によって誘導され、磁性体の下端部からの漏れ磁束のうちの水平方向成分が磁気抵抗効果素子で検知される。これにより、垂直方向の磁界の強度を検知することが可能となっている。

【0003】

この磁気検知装置では、外部磁界の水平方向成分に基づく検知出力が本来の検知出力に重畳されないことが必要である。そのため、水平方向の磁界成分で個々の磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化しても、その変化を相殺できるようにブリッジ回路が構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２７６１５９号公報

【特許文献2】国際公開 ＷＯ ２０１１／０６８１４６ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記磁気検知装置は、垂直方向の磁界を誘導するための磁性体が、透磁率の高い軟磁性材料で形成されている。ところが、磁性体の透磁率が高いと、本来は検知すべきでない水平方向の磁界成分に対して感度のばらつきが発生するという課題が生じる。

【0006】

すなわち、この種の磁気検知装置は、複数の磁気抵抗効果素子に水平方向の磁界成分が同じ強度で作用した場合には、磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化しても、抵抗値の変化が互いに相殺されて検知出力として現れないようになっている。しかし、磁性体の透磁率が高いと、水平方向の磁界成分が磁性体に引き込まれるため、個々の磁気抵抗効果素子に与えられる水平方向の磁界強度にばらつきが発生しやすくなる。このばらつきが大きくなると、ブリッジ回路で抵抗値の変化を相殺できなくなり、本来は感知すべきではない水平方向の磁界強度に応じた検知出力が検知ノイズとなって現れてしまう。

【0007】

そこで、前記磁性体の軟磁気特性をやや劣化させて透磁率を下げることで、水平方向の磁界成分が磁性体に引き込まれにくくする対策が考えられる。しかし、磁性体の軟磁気特性を劣化させると保磁力が大きくなり、比較的大きな外部磁界が与えられたときに磁性体内に磁化が残留しやすくなる。その結果、垂直方向の磁界成分を検知するときに、検知出力にオフセット成分が重畳し、また感度のばらつきが発生するようになる。

【0008】

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、磁気センサの感度軸に向く磁界成分がノイズとして重畳しにくく、また外部から強い磁界が作用したときの影響を受けにくい構造の磁気検知装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、第１の方向の磁界成分を誘導する磁界誘導層と、前記磁界誘導層の端部が対向する仮想面上に位置して前記第１の方向と直交する第２の方向へ感度軸を有する磁気センサとが設けられた磁気検知装置において、
前記磁気センサは、前記第２の方向において、前記磁界誘導層の端部の中心に対してその中心が位置ずれして配置された第１の磁気センサと、前記磁界誘導層の端部の中心に対してその中心が、前記第１の磁気センサとは反対側に位置ずれして配置された第２の磁気センサとを含み、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサは直列に接続されており、
前記磁界誘導層は、前記磁気センサと対向する第１の部分と、前記磁気センサから離れた第２の部分とを有しており、第１の部分の透磁率が第２の部分よりも低いことを特徴とするものである。
また本発明は、第２の部分の保磁力が第１の部分よりも低いものとなる。

【0010】

本発明は、前記磁界誘導層は、鉄を含む合金で形成されており、鉄の含入量は、第１の部分が第２の部分よりも少ないものとして構成できる。

【0011】

さらに、本発明の磁気検知装置は、前記磁気誘導層は、前記第２の部分よりも前記磁気センサから離れた第３の部分を有しており、第３の部分の透磁率が第２の部分よりも低いことが好ましい。
この場合も、第２の部分の保磁力が第３の部分よりも低いものとなる。

【0012】

本発明は、前記磁界誘導層は、鉄を含む合金で形成されており、鉄の含入量は、第３の部分が第２の部分よりも少ないものとして構成できる。

【0013】

本発明は、前記第１の部分の鉄の含有量が１１質量％以上で１４質量％以下であることが好ましい。また、前記第１の部分の第１の方向での厚さ寸法が、前記磁界誘導層の同方向での厚さ寸法の４５％以下であることが好ましい。

【0014】

本発明は、例えば前記磁気センサは、固定磁性層とフリー磁性層が非磁性層を介して積層された磁気抵抗効果素子を有しており、前記固定磁性層の固定磁化が第２の方向へ向けられているものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明の磁気検知装置は、第１の方向の磁界成分を誘導する磁界誘導層の第１の部分の非透磁率を低めに設定している。これにより、第２の方向の磁界成分が磁界誘導層に引き込まれにくくなり、第２の方向の磁界成分に対する磁気センサの感度のばらつきを抑制できる。そのため、本来の検知方向ではない第２の方向の磁界成分による検知ノイズを低減できるようになる。

【0016】

また、第２の部分の軟磁気特性を高くしておくことにより、磁界誘導層の全体での軟磁気特性を高く維持でき、全体として保磁力を小さくでき、大きな外部磁界が与えられても、磁界誘導層に大きな磁化が残留できないようにしている。これにより、検知出力のオフセットの発生や感度のばらつきの発生を防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態の磁気検知装置の全体構造を示す平面図、

【図2】図１に示す磁気検知装置の等価回路図、

【図3】磁気検知装置に設けられている磁気センサの拡大断面図、

【図4】（Ａ）は、磁界誘導層で誘導された磁界成分が第１の抵抗変化部と第２の抵抗変化部で検知される動作を示す説明図、（Ｂ）は、磁界誘導層で誘導された磁界成分が第３の抵抗変化部と第４の抵抗変化部で検知される動作を示す説明図、

【図5】（Ａ）は、第１の抵抗変化部と第２の抵抗変化部に第２の方向の外部磁界が印加された状態を示す説明図、（Ｂ）は、第３の抵抗変化部と第４の抵抗変化部に第２の方向の外部磁界が印加された状態を示す説明図、

【図6】磁界誘導層と磁気センサの配置の変形例を示す説明図、

【図7】磁界誘導層の構造を示す説明図、

【図8】オフセットと感度を説明するための説明図、

【図9】第２の方向の磁界成分の感度を示す線図、

【図10】磁界誘導層に大きな外部磁界を与えたときの検知出力のオフセットの変化量を示す線図、

【図11】磁界誘導層に大きな外部磁界を与えたときの検知出力の感度の変化率を示す線図、

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１に示す磁気検知装置Ｓｚは外部磁界のうちのＺ方向（第１の）の成分を検知するものである。磁気検知装置Ｓｚは、外部磁界のうちのＸ方向（第２の方向）の成分を検知する磁気検知装置ＳｘならびにＹ方向の成分を検知する磁気検知装置Ｓｙと組み合わされて、直交する３方向の外部磁界を検知できるものとなる。この磁気センサは地磁気センサなどとして使用される。

【0019】

図１に示すように、磁気検知装置Ｓｚは、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２ならびに第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４とから構成されている。

【0020】

図２の等価回路図にも示されているように、第１の抵抗変化部１と第３の抵抗変化部３とが直列に接続され、第２の抵抗変化部２と第４の抵抗変化部４とが直列に接続されている。第２の抵抗変化部２と第３の抵抗変化部３は配線部５ａを介して端子５に接続され、端子５に電源電圧Ｖｃｃが印加される。第１の抵抗変化部１と第４の抵抗変化部４との接続部は、配線部６ａを介して端子６に接続され、端子６は接地されている。第１の抵抗変化部１と第３の抵抗変化部３との接続中間部は、配線部７ａを介して第１の検知端子７に接続され、第２の抵抗変化部２と第４の抵抗変化部４との接続中間点は、配線部８ａを介して第２の検知端子８に接続されている。第１の検知端子７の出力と第２の検知端子８の出力との差動出力が磁気検知装置Ｓｚの検知出力となる。

【0021】

第１の抵抗変化部１ないし第４の抵抗変化部４には、Ｙ方向へ細長い磁気センサ２０が２本ずつ設けられている。

【0022】

図１に示すように、第１の抵抗変化部１では、２本の磁気センサ２０のＹ１側の端部が導通連結層９ａによって接続され、第１の抵抗変化部１は磁気センサ２０がいわゆるミアンダパターンで接続され、Ｙ方向への磁気センサの実質的な寸法が長くなっている。同様に、第２の抵抗変化部２では、２本の磁気センサ２０のＹ１側の端部が導通連結層９ｂで接続され、第３の抵抗変化部３では、２本の磁気センサ２０のＹ１側の端部が導通連結層９ｃで接続され、第４の抵抗変化部４では、２本の磁気センサ２０のＹ１側の端部が導通連結層９ｄで接続されている。抵抗変化部２，３，４では、それぞれ磁気センサ２０がミアンダパターンで接続されている。

【0023】

配線部５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，と端子５，６，７，８、ならびに導通連結層９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、銅や銀などの低抵抗材料で形成されている。

【0024】

図３には、磁気センサ２０をＹ−Ｚ面と平行な切断面で切断した断面図が示されている。基板１１の表面に絶縁下地層１２が形成され、その上に金属が多層に積層された磁気センサ２０が形成されている。磁気センサ２０を構成する金属層はスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜されている。

【0025】

磁気センサ２０は、巨大抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子層（ＧＭＲ層）であり、絶縁下地層１２の上に、固定磁性層２２と非磁性層２３とフリー磁性層２４が順に積層され、フリー磁性層２４が保護層２５で覆われている。

【0026】

固定磁性層２２は、第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂ、ならびに第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂとの間に位置する非磁性中間層２２ｃを有する積層フェリ構造である。第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂは、ＣｏＦｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性中間層２２ｃはＲｕ（ルテニウム）などである。

【0027】

積層フェリ構造の固定磁性層２２は、第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂの磁化が反平行に固定されたいわゆるセルフピン構造である。セルフピン構造は、固定磁性層２２の磁化を固定するために反強磁性層を用いていない。反強磁性層を用いるものでは、反強磁性層と固定磁性層とを積層し、磁場中で熱処理することで、固定磁性層の磁化を固定するが、積層フェリ構造の固定磁性層２２では、磁化中で熱処理を行うことなく、第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂの反強磁性結合により、磁化の向きが固定されている。

【0028】

固定磁性層２２の磁化の固定方向は第２の固定層２２ｂの磁化方向であり、全ての抵抗変化部１，２，３，４において、固定磁性層２２の固定磁化Ｐの方向が第２の方向であるＸ２方向に向けられている。

【0029】

図３に示す非磁性層２３はＣｕ（銅）などの非磁性材料で形成されている。フリー磁性層２４は、ＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。フリー磁性層２４は、縦方向（Ｙ方向）の長さ寸法が横方向（Ｘ方向）の幅寸法よりも十分に大きく、その形状異方性によって、磁化がＸ２方向へ向けて揃えられている。したがって、フリー磁性層２４の磁化を縦方向へ揃えるための縦バイアス付与構造を備えていない。固定磁性層２２が積層フェリ構造であり、磁場中の熱処理が不要であると、フリー磁性層２４の磁気異方性を保持しやすくなっている。フリー磁性層２４を覆う保護層２５はＴａ（タンタル）などで形成されている。

【0030】

図１に示すように、全ての抵抗変化部１，２，３，４には、それぞれの磁気センサ２０に対してＺ方向から対向する磁界誘導層３０が設けられている。図１に示すように、磁界誘導層３０は複数設けられており、Ｙ方向に直線的に延びて互いに平行に配置されている。また、図４と図５に示すように、磁界誘導層３０は、Ｚ方向へ立ち上がるように壁体状に形成されている。

【0031】

図３に示すように、磁気センサ２０はフリー磁性層２４が保護層２５で覆われているが、保護層２５の上に図示しない絶縁層が形成されており、この絶縁層の上面が平坦面に加工され、その上に磁界誘導層３０がめっき工程などによって形成される。

【0032】

磁界誘導層３０は軟磁性材料で形成されている。図４（Ａ）に示すように、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２では、磁界誘導層３０の下端面３０ａに対して距離を空けて対向する仮想面（仮想平面）２１の上に磁気センサ２０が配置されている。磁気センサ２０の中心は、下端面３０ａのＸ方向の幅中心に対してＸ１方向へ位置ずれして配置されている。図４（Ｂ）に示すように、第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４でも、磁界誘導層３０の下端面３０ａに対して距離を空けて対向する仮想面（仮想平面）２１の上に磁気センサ２０が配置されており、磁気センサ２０の中心は、下端面３０ａのＸ方向の幅中心に対してＸ２方向へ位置ずれして配置されている。

【0033】

図４（Ａ）（Ｂ）では、磁界誘導層３０の下端面３０ａと磁気センサ２０の一部とがＺ方向に重複するように磁気センサ２０が配置されている。ただし、図６の実施の形態に示すように、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２において、磁気センサ２０が磁界誘導層３０の下端面３０ａとＺ方向に重複しないように、磁気センサ２０が配置されていてもよい。これは、第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４においても同じである。

【0034】

また、図６の実施の形態において、仮想面２１が磁界誘導層３０の下端面３０ａと同一面に位置してもよい。この場合も、磁界誘導層３０で第１の方向（Ｚ方向）の磁界が誘導されたときに、下端面３０ａからの洩れ磁界の第２の方向（Ｘ方向）の成分を磁気センサ２０で検知できる。

【0035】

すなわち、本発明では、磁界誘導層３０の下端面（端面）３０ａと対向し且つ磁界誘導層３０と垂直に形成された仮想面２１を想定したときに、この仮想面２１上に磁気センサ２０が配置され、且つ下端面３０ａの幅中心に対して磁気センサ２０が第２の方向に向けて位置ずれしていることが必要である。仮想面２１は、例えば、基板の表面やその他磁気センサ２０を支持する支持部材の表面である。

【0036】

なお、第１の抵抗変化部１ならびに第２の抵抗変化部２において、磁気センサ２０が下端面３０ａの中心からＸ１方向へ位置ずれする位置ずれ距離と、第３の抵抗変化部３ならびに第４の抵抗変化部４において、磁気センサ２０が下端面３０ａの中心からＸ２方向へ位置ずれする位置ずれ距離とでは、絶対値が互いに等しく設定される。

【0037】

図４には、磁気検知装置ＳｚがＺ１方向の磁界成分Ｈｖを検知している状態が示されている。Ｚ１方向の磁界成分Ｈｖは磁界誘導層３０で誘導されるが、磁界誘導層３０の下端面３０ａから出た磁界が平面的に分散される。図４（Ａ）に示すように、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２では、磁気センサ２０で、Ｘ１方向へ向かう磁界成分Ｈｈ１が検知される。図４（Ｂ）に示すように、第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４では、磁気センサ２０で、Ｘ２方向へ向かう磁界成分Ｈｈ２が検知される。

【0038】

抵抗変化部１，２，３，４において、全ての磁気センサ２０は、固定磁性層２２の固定磁化Ｐの方向がＸ２方向である。図４（Ａ）に示す第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２では、Ｚ１方向への磁界成分Ｈｖの強度が高くなるにしたがって、磁気センサ２０の電気抵抗値が大きくなり、図４（Ｂ）に示す第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４では、Ｚ１方向への磁界成分Ｈｖの強度が高くなるにしたがって、磁気センサ２０の電気抵抗値が小さくなる。

【0039】

その結果、図２の等価回路図に示すように、直列に接続された第３の抵抗変化部３と第１の抵抗変化部１との中間に位置する検知端子７の電圧が変動し、直列に接続された第２の抵抗変化部２と第４の抵抗変化部４の中間に位置する検知端子８の電圧が変動する。検知端子７と検知端子８とで電圧の変化が逆極性となるため、検知端子７と検知端子８との電圧の差動を取ることで、Ｚ１方向の磁界成分Ｈｖの強度を検知することができる。

【0040】

また、Ｚ２方向へ向かう磁界成分も磁界誘導層３０に導かれ、このとき、それぞれの磁気センサ２０で、Ｘ方向の磁界成分が検知される。よって、Ｚ２方向の磁界強度も検知することが可能である。

【0041】

一方で、磁気検知装置Ｓｚは、第２の方向であるＸ方向の磁界成分については基本的に感度を持たないように構成されている。

【0042】

図５（Ａ）に示す第１の抵抗変化部１ならびに第２の抵抗変化部２と、図５（Ｂ）に示す第３の抵抗変化部３ならびに第４の抵抗変化部４とで、磁気センサ１０の固定磁性層２２の固定磁化Ｐの向きが同じである。図５に示すように、磁気検知装置Ｓｚに対してＸ２方向への磁界成分Ｈｖ０が与えられると、全ての抵抗変化部１，２，３，４において抵抗値が低下するため、第１の検知端子７と第２の検知端子８の電位は変化しない。よって磁気検知装置Ｓｚの検知出力は変化しない。これは、Ｘ１方向への磁界成分が作用したときも同じである。

【0043】

しかし、磁界誘導層３０は透磁率が高い軟磁性材料で形成されているため、図５（Ｂ）に示すように、Ｘ２方向の磁界成分Ｈｖ０の一部の成分Ｈｖｘが磁界誘導層３０に誘導されやすい。一部の成分Ｈｖｘが磁界誘導層３０に誘導されると、全ての磁気センサ２０に与えられる磁界成分Ｈｖ０の大きさが均一にはならない。その結果、本来は検知すべきではない第２の方向（Ｘ方向）の磁界成分に感度を持つことになり、Ｘ方向の磁界成分に対する出力が、本来検知すべき第１の方向であるＺ方向の磁界成分の検知出力にノイズとして重畳することになる。

【0044】

そこで、本発明の第１の実施の形態の磁気誘導層３０は、図７（Ａ）に示すように、下端面３０ａを含んで磁気センサ２０に対向する第１の部分３１と、磁気センサ２０から離れた第２の部分３２とで、軟磁性材料の組成を相違させ、第１の部分３１の透磁率を第２の部分よりも低くしている。その結果、Ｘ方向の磁界成分が磁界誘導層３０に引き込まれにくくしている。

【0045】

第１の部分３１を構成している磁性材料の透磁率を低下させるためには、軟磁気特性を劣化させることが必要になるため、第１の部分３１は第２の部分３２と比較して保磁力がやや大きくなる。保磁力が大きくなると、外部から大きな磁界が与えられたときに磁界誘導層３０の内部に磁化が残留しやすくなる。ただし、第２の部分３２は軟磁気特性が高い磁性材料で形成されているため、磁界誘導層３０の全体では保磁力が大きくなりすぎるのを抑制でき、磁界誘導層３０に大きな残留磁化が生じるのを抑制できるようにしている。

【0046】

本発明の第２の実施の形態の磁界誘導層３０は、図７（Ｂ）に示すように、磁気センサ２０に対向する第１の部分３１と、それよりも磁気センサ２０から離れた第２の部分３２と、さらに磁気センサ２０から離れた第３の部分とから構成されている。そして、第１の部分３１と第３の部分は、第２の部分よりも軟磁気特性が劣化したもので、透磁率が低くなっている。

【0047】

図７（Ｂ）に示す実施の形態においても、第１の部分３１の透磁率が低いために、Ｘ方向の磁界成分が磁界誘導層３０に引き込まれにくくなっている。また、磁界誘導層３０が３層構造であると、外部からの大きな磁界が作用したときに磁界誘導層３０に残留磁化が残りにくくなる。

【0048】

磁界誘導層３０は鉄を含む軟磁性材料で形成されている。図７（Ａ）の実施の形態では、第１の部分３１の鉄の含有量を第２の部分よりも低下させることで、第１の部分３１の軟磁気特性をやや劣化させて透磁率を低下させることができる。図７（Ｂ）の実施の形態では、第１の部分３１と第３の部分３３の鉄の含有量を第２の部分３２よりも低下させることで、透磁率を下げることができる。

【0049】

磁界誘導層３０が、ＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）で形成される場合に、第２の部分３２は、第１の部分３１と第２の部分３３よりも透磁率が高くなり、且つ保磁力ができるだけ低くなるように、鉄を１５〜１７質量％含むもので構成することが好ましい。また第１の部分３１と第３の部分３３は、鉄の含有量が１１質量％以上で１４質量％以下であることが好ましい。

【0050】

磁界誘導層３０が、ＦｅＣｏＮｉ合金（鉄−コバルト−ニッケル合金）で形成される場合には、第２の部分３２は、第１の部分３１と第２の部分３３よりも透磁率が高くなり、且つ保磁力ができるだけ低くなるように、Ｎｉが８０〜８５質量％で、Ｃｏが３質量％以下のものを使用することが好ましい。また第１の部分３１と第３の部分３３は、Ｎｉが８６〜９２質量％でＣｏが３質量％以下のものを使用することが好ましい。

【0051】

前記実施の形態では、磁気センサとして磁気抵抗効果素子層が使用され、固定磁性層の固定磁化Ｐの方向が感度軸になっている。しかし、本発明では、第２の方向（Ｘ方向）に感度軸を持つものであれば、磁気センサが他の素子で例えばホール素子などで構成されてもよい。

【0052】

また、磁気センサが磁気抵抗効果素子層である場合に、固定磁性層を積層フェリ構造ではなく、反強磁性層と固定磁性層とが積層され、反強磁性結合で固定磁性層の磁化が固定されるものであってもよい。またフリー磁性層は、磁気異方性で磁化が揃えられているものではなく、Ｙ方向へのバイアス磁界を与えるバイアス構造を備えているものであってもよい。

【実施例】

【0053】

表１と図９ないし図１１には資料番号が１〜９で示されている。磁気検知装置Ｓｚは１個のウエハに複数個が一緒に形成される。前記資料番号１〜９はウエハ番号であり、同じ資料番号の磁気検知装置Ｓｚがそれぞれ複数個形成される。実施例では、各々の磁気検知装置Ｓｚを使用して、検知感度と検知出力のオフセットについて測定した。磁気センサ２０のＸ方向の幅寸法は２μｍ、Ｙ方向の長さ寸法を１５０ｍｍとした。磁界誘導層３０は、Ｚ方向の高さ寸法を９５μｍとし、Ｘ方向の幅寸法を５μｍとした。

【0054】

表１に示すように、資料１〜９のそれぞれは、磁界誘導層３０の構成が相違している。表１中で、「Ｂｏｔ」は第１の部分３１のＺ方向の高さ寸法、「Ｍｉｄ」は第２の部分３２のＺ方向の高さ寸法、「Ｔｏｐ」は第３の部分３３のＺ方向の高さ寸法を示している。単位はいずれも「μｍ」である。

【0055】

磁気検知装置Ｓｚに使用されている磁界誘導層３０は、ＮｉＦｅ合金であるが、図９ないし図１１に示すように、資料１〜９では、磁界誘導層３０の第１の部分３１（Ｂｏｔ）と第２の部分３２（Ｍｉｄ）ならびに第３の部分３３（Ｔｏｐ）のそれぞれの部分で鉄の量（質量％）が相違している。

【0056】

図９ないし１０における「Ａｖｇ」は、同じウエハで構成された複数の磁気検知装置Ｓｚから得られた検知出力の感度やオフセット変化量あるいは感度の変化率の平均値であり、「３σ」はその標準偏差である。

【0057】

【表1】

【0058】

図９は、各資料１〜９に示されている磁気検知装置ＳｚにＸ１方向とＸ２方向の磁界を交互に与えたときの検知出力の感度を示している。資料１〜９のそれぞれにおいて複数個ずつの磁気検知装置Ｓｚが使用されて検知出力の感度が測定され、それぞれの資料毎の検知出力の感度の平均値（Ａｖｇ）と標準偏差（３σ）が示されている。ここで、検知感度とは、Ｘ方向の測定磁界を変化させたときに、横軸を測定磁界の大きさとし縦軸を検知出力の大きさとして、変化直線を求めたときに、その変化直線の傾きを意味している。これは後に説明する図８の感度Ｓｔと同じ考え方で求められる。

【0059】

図９では、第１の部分３１の鉄の量が多く透磁率が高くなっている資料２と資料８で、検知出力の感度のばらつきが大きくなっていることが解る。これは、Ｘ１方向の磁界成分とＸ２方向の磁界成分が与えられたときに、いずれかの磁界誘導層３０に磁界成分が引き込まれ、その結果、複数の磁気センサ１０に与えられるＸ方向の磁界成分の大きさにばらつきが生じていることを意味している。

【0060】

図９から、資料１，３，４，５，６，７，９が本発明の実施例であり、資料２，８が比較例である。

【0061】

図１０と図１１は、各資料１〜９毎に複数個ずつ作成された磁気検知装置Ｓｚに設けられた磁界誘導層３０の残留磁化の影響を示している。それぞれの磁気検知装置Ｓｚの磁界誘導層３０に対して上方から磁石を接近させて離反させ、磁界誘導層３０に対してＺ１方向への５００ｍＴ（ミリテスラ）の磁界を与える。その後に、それぞれの磁界検知装置Ｓｚに対してＺ方向へ０．５ｍＴ（ミリテスラ）の強度の測定磁界を与えたときの検知出力を測定した。また、５００ｍＴの磁界を与える前に、同様に測定磁界を与えて検知出力を測定しており、このときの出力をオリジナルの検知出力としている。

【0062】

図１０は、５００ｍＴの磁界を与えた直後の検知出力と、オリジナルの検知出力とでのオフセットの変化量であり、オフセットの変化量を磁界強度（μＴ）に置き換えて示している。図１１は、５００ｍＴの磁界を与えた直後の検知出力の感度と、オリジナルの検知出力の感度との差を、オリジナルの感度に対する比率（％）で表した感度変化率を示している。

【0063】

図８に示すように、測定用のＺ方向の外部磁界を与えたときのオリジナルの検知出力の測定磁界Ｈの強度に対する変化直線をＬｏとし、５００ｍＴの磁界を接近させ離反させた後の検知出力の検知出力の測定磁界Ｈの強度に対する変化直線をＬｓとすると、オフセットの変化量がＯｆであり、検知感度は、変化直線Ｌｏ，Ｌｓの傾きである。

【0064】

図１０と図１１から、磁界誘導層３０を三層構造にすると、外部磁界に対する耐力が向上することが解る。また、前記第１の部分３１の鉄の含有量が１１質量％以上で１４質量％以下であることが好ましい。さらに、第１の部分３１の第１の方向（Ｚ方向）での厚さ寸法が、前記磁界誘導層３０の同方向での厚さ寸法の４５％以下であることが好ましい。下限は、資料５から１６％である。

【符号の説明】

【0065】

Ｓｚ 磁気センサ
Ｚ 第１の方向
Ｘ 第２の方向
１ 第１の抵抗変化部
２ 第２の抵抗変化部
３ 第３の抵抗変化部
４ 第４の抵抗変化部
１１ 基板
２０ 磁気センサ
２０ａ 第１の磁気検知部
２０ｂ 第２の磁気感知部
２０ｃ 非感知部
２１ 仮想面
２２ 固定磁性層
２３ 非磁性層
２４ フリー磁性層
３０ 磁界誘導層
３１ 第１の部分
３２ 第２の部分
３３ 第３の部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】