特許 7395978 磁気センサ

(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】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】磁気センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20231205BHJP

   H10N 50/00 20230101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 D

H10N50/00

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019206490

(22)【出願日】2019-11-14

(65)【公開番号】P2021081215

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】株式会社レゾナック

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100125346

【弁理士】

【氏名又は名称】尾形 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100173598

【弁理士】

【氏名又は名称】高梨 桜子

(72)【発明者】

【氏名】篠 竜徳

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２４９４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０９３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８９０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１７２９４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２７５５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４２７７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｈ１０Ｎ ５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軟磁性体で構成され、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受し、当該短手方向に間隙を介して並ぶ複数の感受素子と、
前記短手方向に隣接する前記感受素子の前記長手方向の端部を接続する接続部とを有し、
前記接続部は、前記短手方向に沿って伸び前記感受素子に対し短手方向に突出する延伸部と、当該延伸部から当該感受素子に向かって前記長手方向に延び、当該感受素子に近づくに従い当該短手方向の幅が狭くなるテーパ部とを備えることを特徴とする磁気センサ。

【請求項2】

前記接続部の前記延伸部は、前記長手方向の幅が前記感受素子の前記短手方向の幅以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。

【請求項3】

前記接続部を複数有し、
複数の前記感受素子は、複数の前記接続部によってつづら折り状に直列接続され、
複数の前記接続部は、それぞれが、前記延伸部と前記テーパ部とを備え、前記長手方向に沿って前記感受素子に近づくに従い前記短手方向の幅が狭くなっている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサに関する。

【背景技術】

【0002】

公報記載の従来技術として、一軸異方性を付与された複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる感磁部を備えた磁気インピーダンス効果素子が存在する（特許文献１参照）。この磁気インピーダンス効果素子では、複数の感磁部が、導体膜を介して直列接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－２４９４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、感受素子により磁界を感受する磁気センサでは、磁気センサの大型化を抑制しながら感度を向上させるために、複数の感受素子を、接続部を介して例えばつづら折り状に直列接続する場合がある。そして、複数の感受素子を接続した磁気センサでは、感受素子同士を接続する接続部の形状によって、感度が異なる場合がある。
本発明は、磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサにおいて、感受素子同士を接続する接続部が矩形状である場合と比べて、感度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明が適用される磁気センサは、軟磁性体で構成され、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受し、当該短手方向に間隙を介して並ぶ複数の感受素子と、前記短手方向に隣接する前記感受素子の前記長手方向の端部を接続する接続部とを有し、前記接続部は、前記短手方向に沿って伸び前記感受素子に対し短手方向に突出する延伸部と、当該延伸部から当該感受素子に向かって前記長手方向に延び、当該感受素子に近づくに従い当該短手方向の幅が狭くなるテーパ部とを備えることを特徴とする。
また、このような磁気センサにおいて、前記接続部の前記延伸部は、前記長手方向の幅が前記感受素子の前記短手方向の幅以上であることを特徴とすることができる。この場合、延伸部の長手方向の幅が感受素子の短手方向の幅未満である場合と比べて、接続部における抵抗を低減させることができる。ただし、当該感受素子よりも導電性の高い材料を当該延伸部に用いる場合には、接続部における抵抗を低減させることができるため、必ずしも当該延伸部の長手方向の幅が当該感受素子の短手方向の幅以上である必要はない。
さらにまた、このような磁気センサにおいて、前記接続部を複数有し、複数の前記感受素子は、複数の前記接続部によってつづら折り状に直列接続され、複数の前記接続部は、それぞれが、前記延伸部と前記テーパ部とを備え、前記長手方向に沿って前記感受素子に近づくに従い前記短手方向の幅が狭くなっていることを特徴とすることができる。この場合、長手方向に磁気センサが大型化することを抑制しながら、磁気センサの感度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサにおいて、感受素子同士を接続する接続部が矩形状である場合と比べて、感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施の形態が適用される磁気センサの一例を説明する図である。

【図2】本実施の形態が適用される磁気センサの一例を説明する図である。

【図3】本実施の形態が適用される磁気センサの一例を説明する図である。

【図4】従来の磁気センサの感受部の形状の一例を示した図である。

【図5】磁気センサおよび従来の磁気センサの感受部に対し予め定めた大きさの外部磁界を印加した場合に、感受部にかかる磁界の大きさを示した図である。

【図6】本実施の形態の磁気センサおよび従来の磁気センサについて、感受素子の長手方向に印加された磁界と感受部のインピーダンスとの関係を説明する図である。

【図7】（ａ）～（ｅ）は、磁気センサの製造方法の一例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１～図３は、本実施の形態が適用される磁気センサ１の一例を説明する図である。図１は、平面図、図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図、図３は、図１におけるＩＩＩ部の拡大図である。
図２に示すように、本実施の形態が適用される磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に設けられた硬磁性体（硬磁性体層１０３）で構成された薄膜磁石２０と、薄膜磁石２０に対向して積層され、軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成され磁場を感受する感受部３０とを備える。なお、磁気センサ１の断面構造については、後に詳述する。

【0009】

ここで硬磁性体とは、外部磁界によって磁化されると、外部磁界を取り除いても磁化された状態が保持される、いわゆる保磁力の大きい材料である。一方、軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。

【0010】

なお、本明細書においては、磁気センサ１を構成する要素（薄膜磁石２０など）を二桁の数字で表し、要素に加工される層（硬磁性体層１０３など）を１００番台の数字で表す。そして、要素の数字に対して、要素に加工される層の番号を（ ）内に表記する。例えば薄膜磁石２０の場合、薄膜磁石２０（硬磁性体層１０３）と表記する。図においては、２０（１０３）と表記する。他の場合も同様である。

【0011】

図１により、磁気センサ１の平面構造を説明する。磁気センサ１は、一例として四角形の平面形状を有する。ここでは、磁気センサ１の最上部に形成された感受部３０およびヨーク４０を説明する。感受部３０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である複数の感受素子３１と、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する接続部３２と、電流供給のための電線が接続される端子部３３とを備える。ここでは、８個の感受素子３１が、長手方向が並列するように、短手方向に間隙を介して配置されている。また、本実施の形態の磁気センサ１では、感受素子３１が、磁気インピーダンス効果素子である。

【0012】

接続部３２は、隣接する感受素子３１の長手方向の端部間に設けられ、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する。図１に示す磁気センサ１では、８個の感受素子３１が並列に配置されているため、接続部３２は７個ある。
なお、接続部３２の平面形状については、後段にて詳細に説明する。

【0013】

端子部３３は、接続部３２で接続されていない感受素子３１の２個の端部にそれぞれ設けられている。端子部３３は、感受素子３１から引き出す引き出し部と、電流を供給する電線を接続するパッド部とを備える。引き出し部は、２個のパッド部を感受素子３１の短手方向に設けるために備えられている。引き出し部を設けずにパッド部を感受素子３１に連続するように設けてもよい。パッド部は、電線を接続しうる大きさであればよい。なお、感受素子３１が８個であるため、２個の端子部３３は、図１において右側に設けられている。感受素子３１の数が奇数の場合には、２個の端子部３３を左右に分けて設ければよい。

【0014】

そして、感受部３０の感受素子３１、接続部３２および端子部３３は、一層の軟磁性体層１０５で一体に構成されている。軟磁性体層１０５は、導電性であるので、一方の端子部３３から他方の端子部３３に電流を流すことができる。
なお、感受素子３１の長さ、幅、並列させる個数等の上記した数値は一例であって、
感受（計測）する磁界の値や用いる軟磁性体材料等によって変更してもよい。

【0015】

さらに、磁気センサ１は、感受素子３１の長手方向の端部に対向して設けられたヨーク４０を備える。ここでは、感受素子３１の長手方向の両端部に対向してそれぞれが設けられた２個のヨーク４０ａ、４０ｂを備える。なお、ヨーク４０ａ、４０ｂをそれぞれ区別しない場合は、ヨーク４０と表記する。ヨーク４０は、感受素子３１の長手方向の端部に磁力線を誘導する。このため、ヨーク４０は、磁力線が透過しやすい軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成されている。つまり、感受部３０およびヨーク４０は、一層の軟磁性体層１０５により形成されている。なお、感受素子３１の長手方向に磁力線が十分に透過する場合には、ヨーク４０を備えなくてもよい。

【0016】

以上のことから、磁気センサ１の大きさは、平面形状において数ｍｍ角である。なお、磁気センサ１の大きさは、他の値であってもよい。

【0017】

次に、図２を参照して、磁気センサ１の断面構造を詳述する。磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３からなる薄膜磁石２０、誘電体層１０４、軟磁性体層１０５からなる感受部３０およびヨーク４０がこの順に積層されて構成されている。

【0018】

基板１０は、非磁性体からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコンなどの半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板等が挙げられる。
密着層１０１は、基板１０に対する制御層１０２の密着性を向上させるための層である。密着層１０１としては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金を用いるのがよい。Ｃｒ又はＮｉを含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＴａ、ＮｉＴａなどが挙げられる。密着層１０１の厚さは、例えば５ｎｍ～５０ｎｍである。なお、基板１０に対する制御層１０２の密着性に問題がなければ、密着層１０１を設けることを要しない。なお、本明細書においては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金の組成比を示さない。以下同様である。

【0019】

制御層１０２は、硬磁性体層１０３で構成される薄膜磁石２０の磁気異方性が膜の面内方向に発現しやすいように制御する層である。制御層１０２としては、Ｃｒ、Ｍｏ若しくはＷ又はそれらを含む合金（以下では、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金と表記する。）を用いるのがよい。制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶ、ＣｒＷ等が挙げられる。制御層１０２の厚さは、例えば１０ｎｍ～３００ｎｍである。

【0020】

薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３は、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ又はＰｔのいずれか一方又は両方を含む合金（以下では、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いることがよい。薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＢ等が挙げられる。なお、Ｆｅが含まれていてもよい。硬磁性体層１０３の厚さは、例えば１μｍ～３μｍである。

【0021】

制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金は、ｂｃｃ（body-centered cubic（体心立方格子））構造を有する。よって、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体（硬磁性体層１０３）は、ｂｃｃ構造のＣｒ等を含む合金で構成された制御層１０２上において結晶成長しやすいｈｃｐ（hexagonal close-packed（六方最密充填））構造であるとよい。ｂｃｃ構造上にｈｃｐ構造の硬磁性体層１０３を結晶成長させると、ｈｃｐ構造のｃ軸が面内に向くように配向しやすい。よって、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０が面内方向に磁気異方性を有するようになりやすい。なお、硬磁性体層１０３は結晶方位の異なる集合からなる多結晶であり、各結晶が面内方向に磁気異方性を有する。この磁気異方性は結晶磁気異方性に由来するものである。
なお、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金及び薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金の結晶成長を促進するために、基板１０を１００℃～６００℃に加熱するとよい。この加熱により、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金が結晶成長しやすくなり、ｈｃｐ構造を持つ硬磁性体層１０３が面内に磁化容易軸を持つように結晶配向されやすくなる。つまり、硬磁性体層１０３の面内に磁気異方性が付与されやすくなる。

【0022】

誘電体層１０４は、非磁性の誘電体で構成され、薄膜磁石２０と感受部３０との間を電気的に絶縁する。誘電体層１０４を構成する誘電体としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等が挙げられる。また、誘電体層１０４の厚さは、例えば０．１μｍ～３０μｍである。

【0023】

感受部３０の感受素子３１には、長手方向に交差する方向、例えば長手方向に直交する短手方向（すなわち、感受素子３１の幅方向）に、一軸磁気異方性が付与されている。なお、長手方向に交差する方向とは、長手方向に対して４５°を超えた角度を有すればよい。
感受部３０を構成する軟磁性体層１０５としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金（以下では、感受部３０を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いるのがよい。感受部３０を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ等が挙げられる。なお、ここでは、感受部３０の感受素子３１、接続部３２および端子部３３を同じ材料により構成しているが、これらを互いに異なる材料により構成してもよい。例えば、接続部３２および端子部３３に、感受素子３１と比べて導電性の高い材料を用いてもよい。この場合、接続部３２および端子部３３における抵抗を低減させることができる。

【0024】

密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、および誘電体層１０４は、平面形状が四角形（図１参照）になるように加工されている。そして、露出した側面のうち、対向する２つの側面において、薄膜磁石２０がＮ極（図２における（Ｎ））およびＳ極（図２における（Ｓ））となっている。なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ線が、感受素子３１の長手方向に向くようになっている。ここで、長手方向を向くとは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度が４５°未満であることをいう。なお、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度は、小さいほどよい。

【0025】

磁気センサ１において、薄膜磁石２０のＮ極から出た磁力線は、一旦磁気センサ１の外部に出る。そして、一部の磁力線が、ヨーク４０ａを介して感受素子３１を透過し、ヨーク４０ｂを介して再び外部に出る。そして、感受素子３１を透過した磁力線が、感受素子３１を透過しない磁力線とともに薄膜磁石２０のＳ極に戻る。つまり、薄膜磁石２０は、感受素子３１の長手方向に磁界（後述するバイアス磁界Ｈｂ）を印加する。
なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とをまとめて両磁極と表記し、Ｎ極とＳ極とを区別しない場合は磁極と表記する。

【0026】

なお、図１に示すように、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）は、基板１０の表面側から見た形状が、感受部３０に近づくにつれて狭くなっていくように構成されている。これは、感受部３０に磁界を集中させる（磁力線を集める）ためである。つまり、感受部３０における磁界を強くして感度のさらなる向上を図っている。なお、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）の感受部３０に対向する部分の幅を狭くしなくてもよい。

【0027】

ここで、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）と感受部３０との間隔は、例えば１μｍ～１００μｍであればよい。

【0028】

続いて、接続部３２の平面形状について詳細に説明する。図３は、図１におけるＩＩＩ部の拡大図である。図３に示すように、それぞれの接続部３２は、短手方向に沿って伸びる延伸部３２１を有している。ここで、単に短手方向または長手方向という場合には、感受素子３１の短手方向または長手方向を指す。また、それぞれの接続部３２は、延伸部３２１から長手方向に延び、感受素子３１の長手方向の端部と延伸部３２１とを接続するテーパ部３２２を有している。そして、接続部３２は、延伸部３２１と２つのテーパ部３２２とによって短手方向に並ぶ２つの感受素子３１における長手方向の端部同士を接続している。

【0029】

延伸部３２１は、短手方向に沿って伸びる短冊状の形状を有している。そして、延伸部３２１は、図３に示すように、接続する２つの感受素子３１に対し短手方向に突出している。付言すると、延伸部３２１の短手方向の長さは、２つの感受素子３１の短手方向の幅と、２つの感受素子３１同士の短手方向の間隔とを合わせた長さよりも長くなっている。
また、延伸部３２１の長手方向の幅は、感受素子３１の短手方向の幅と比べて大きいことが好ましい。これにより、延伸部３２１の長手方向の幅が感受素子３１の短手方向の幅よりも小さい場合と比較して、感受部３０に電流を供給する際の抵抗が低くなる。

【0030】

テーパ部３２２は、長手方向に沿って感受素子３１の端部に近づくに従い短手方向の幅が狭くなる所謂テーパ形状を有している。付言すると、テーパ部３２２は、長手方向に沿って伸びる２つの辺部３２２ａ、３２２ｂを有している。そして、テーパ部３２２では、長手方向に沿って感受素子３１の端部に近づくに従い、２つの辺部３２２ａ、３２２ｂ同士の間隔が狭くなっている。
また、この例では、テーパ部３２２のそれぞれの辺部３２２ａ、３２２ｂと長手方向とがなす傾斜角θａ、θｂが、１３５度となっている。傾斜角θａ、θｂは、延伸部３２１の短手方向の長さや感受素子３１の短手方向の幅等によっても異なるが、例えば１１０度以上１５０度以下の範囲とすることができる。

【0031】

さらにまた、図１に示したように、本実施の形態の磁気センサ１では、短手方向の両側に位置する接続部３２は、延伸部３２１（図３参照）の形状が異なっている。具体的には、図１において最も上側に位置する接続部３２では、延伸部３２１が、テーパ部３２２の上側の辺部３２２ａ（図３参照）に連続するように、上側に向けてとがった三角形状となっている。同様に、図１において最も下側に位置する接続部３２では、延伸部３２１が、テーパ部３２２の下側の辺部３２２ｂ（図３参照）に連続するように、下側に向けてとがった三角形状となっている。

【0032】

（磁気センサ１の作用）
続いて、本実施の形態の磁気センサ１の作用を、本実施の形態の磁気センサ１とは接続部３２の形状が異なる従来の磁気センサ（以下、従来の磁気センサと表記する。）と比較しながら説明する。
図４は、従来の磁気センサの感受部３０の形状の一例を示した図である。図４に示す従来の磁気センサは、接続部３２の形状を除いて図１～図３に示した本実施の形態の磁気センサ１と同様の構成を有している。図４および以下の説明では、本実施の形態の磁気センサ１と従来の磁気センサとで共通する構成については同じ符号を用いている。

【0033】

図４に示す従来の磁気センサは、接続部３２が単に短手方向に延びる短冊状の形状を有しており、本実施の形態の磁気センサ１のようにテーパ部３２２を有していない。また、従来の磁気センサでは、接続部３２の短手方向の長さが、接続する２つの感受素子３１の短手方向の幅と、２つの感受素子３１同士の短手方向の間隔とを合わせた長さと等しくなっている。これにより、従来の磁気センサでは、本実施の形態の磁気センサ１とは異なり、接続部３２が、接続する２つの感受素子３１に対し短手方向に突出していない。

【0034】

図５は、磁気センサ１および従来の磁気センサの感受部３０に対し予め定めた大きさの外部磁界を印加した場合に、感受部３０にかかる磁界の大きさを示した図である。図５では、感受部３０にかかる磁界の大きさを、長手方向に沿った分布として示している。また、図５では、本実施の形態の磁気センサ１を「実施例」、従来の磁気センサを「従来例」として示している。さらに、図５には、感受部３０にかかる磁界の大きさに加えて、本実施の形態の磁気センサ１および従来の磁気センサについて、感受素子３１および接続部３２の形状を示している。

【0035】

ここで、図５は、コンピュータを用いたシミュレーションにより得られたものである。具体的には、図１～図３に示した形状を有する本実施の形態の磁気センサ１について、感受部３０およびヨーク４０を厚さ１．５μｍのＣｏ₈₅Ｎｂ₁₂Ｚｒ₃からなる軟磁性体層１０５により構成し、感受素子３１の長手方向の長さを１ｍｍ、感受素子３１の短手方向の幅を１００μｍ、接続部３２における延伸部３２１の長手方向の幅を１００μｍ、接続部３２におけるテーパ部３２２の長手方向の長さを１００μｍ、テーパ部３２２の辺部３２２ａ、３２２ｂと長手方向とがなす角度を１３５度とした。そして、感受部３０に対し１０Ｏｅの外部磁界を印加した場合に感受部３０にかかる磁界の大きさをシミュレーションにより算出した。また、従来の磁気センサについては、接続部３２の形状を図４に示すような短冊状とし、接続部３２の長手方向の幅を１００μｍとした以外は、本実施の形態の磁気センサ１と同様にして、感受部３０に対し１０Ｏｅの外部磁界を印加した場合に感受部３０にかかる磁界の大きさをシミュレーションにより算出した。

【0036】

図５に示すように、接続部３２が延伸部３２１とテーパ部３２２とにより構成される本実施の形態の磁気センサ１は、接続部３２が短冊状である従来の磁気センサと比べて、感受部３０の感受素子３１にかかる磁界の大きさが長手方向に亘って均一になっている。また、図５に示すように、本実施の形態の磁気センサ１は、従来の磁気センサと比べて、感受素子３１にかかる磁界の平均値が大きくなっている。

【0037】

本実施の形態の磁気センサ１では、接続部３２の延伸部３２１が接続する感受素子３１に対し短手方向に突出することで、短手方向の広い範囲から接続部３２に対し磁力線を集めやすくなる。また、本実施の形態の磁気センサ１では、接続部３２がテーパ部３２２を有することで、磁力線を感受素子３１の長手方向の端部に誘導しやすくなる。
この結果、本実施の形態の磁気センサ１では、図５に示すように、感受素子３１に磁界が集中して、磁束密度が高くなる。そして、感受素子３１にかかる磁界の大きさが長手方向に亘って均一になるとともに、感受素子３１にかかる磁界の平均値が大きくなる。

【0038】

なお、本実施の形態の磁気センサ１では、図５に示すように、従来の磁気センサと比べて、感受素子３１の長手方向の両端に位置する接続部３２において、磁界の大きさが小さくなっている。しかしながら、磁気センサ１の感度に寄与するのは感受素子３１における磁界の大きさであり、接続部３２における磁界の大きさが小さくなっていても問題は生じにくい。

【0039】

続いて、本実施の形態の磁気センサ１の作用として、磁気センサ１の感受部３０における感受素子３１の長手方向に印加された磁界と感受部３０のインピーダンスとの関係について、従来の磁気センサと比較しながら説明する。図６は、本実施の形態の磁気センサ１および従来の磁気センサについて、感受素子３１の長手方向に印加された磁界と感受部３０のインピーダンスとの関係を説明する図である。図６において、横軸が磁界Ｈ、縦軸がインピーダンスＺである。感受部３０のインピーダンスＺは、２個の端子部３３間に高周波電流を流して測定される。図６は、本実施の形態の磁気センサ１および従来の磁気センサに対し、感受部３０の端子部３３間に１００ＭＨｚの高周波電流を流して測定されたものである。図６では、本実施の形態の磁気センサ１を「実施例」、従来の磁気センサを「従来例」として示している。なお、磁気センサ１および従来の磁気センサの構成材料および形状は、図５に特性を示した磁気センサ１および従来の磁気センサと同様である。

【0040】

図６に示すように、磁気センサ１（および従来の磁気センサ）では、感受部３０のインピーダンスＺは、磁界Ｈが０の場合（Ｈ＝０）を境界としてプラス方向またはマイナス方向に磁界Ｈの絶対値が大きくなるに伴い、増加、減少と変化している。また、磁界Ｈの変化に対するインピーダンスＺの変化量（すなわち、グラフの傾き）は、磁界Ｈの大きさによって異なっている。
したがって、印加する磁界Ｈの変化量ΔＨに対してインピーダンスＺの変化量ΔＺが急峻な部分（すなわち、ΔＺ／ΔＨが大きい部分）を用いれば、磁界Ｈの微弱な変化をインピーダンスＺの変化量ΔＺとして取り出すことができる。図６では、磁界Ｈの変化量ΔＨに対するインピーダンスの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が最も大きくなる磁界Ｈを、磁界Ｈｂとして示している。磁気センサ１では、磁界Ｈｂの近傍における磁界Ｈの変化量ΔＨが高精度に測定できる。磁界Ｈｂは、バイアス磁界と呼ばれることがある。

【0041】

なお、以下の説明では、磁界Ｈｂにおけるグラフの傾きであるΔＺ／ΔＨ（すなわち、最大のΔＺ／ΔＨ）を、Ｓ_maxと表記する場合がある。また、磁界ＨｂにおけるインピーダンスＺを、インピーダンスＺｂと表記し、磁界Ｈを印加していない場合（Ｈ＝０）におけるインピーダンスを、インピーダンスＺ０と表記する場合がある。さらに、インピーダンスＺが極大値をとる磁界Ｈを、異方性磁界Ｈｋと表記する場合がある。

【0042】

ここで、磁界ＨとインピーダンスＺとの関係に基づいて磁界Ｈの変化量ΔＨを測定する磁気センサ１では、Ｓ_maxが大きいほど感度が高い。また、図６に示した磁界ＨとインピーダンスＺとの関係によれば、インピーダンスＺの極大値を変化させずに異方性磁界Ｈｋを小さくすると、インピーダンスＺの変化量ΔＺが急峻となり、Ｓ_maxが大きくなる傾向がある。すなわち、磁気センサ１では、異方性磁界Ｈｋが小さいほど感度が向上する。

【0043】

上述したように、本実施の形態の磁気センサ１では、接続部３２が延伸部３２１およびテーパ部３２２を有することにより、感受素子３１に磁力線が集まりやすくなり、感受素子３１の磁束密度が向上する。この結果、本実施の形態の磁気センサ１では、図６に示すように、従来の磁気センサと比較して異方性磁界Ｈｋが小さくなり、感度が向上する。
また、上述したように、本実施の形態の磁気センサ１では、感受素子３１にかかる磁界が長手方向に亘って均一となることで、インピーダンスＺのピーク（極大値）が高くなり、Ｓ_maxが大きくなって感度が向上する。

【0044】

ところで、磁気センサ１では、感受素子３１の短手方向の幅によっても、異方性磁界Ｈｋが変化し、これに伴って磁気センサ１の感度も変化する。すなわち、長手方向と短手方向とを有し短手方向に一軸磁気異方性が付与された感受素子３１では、長手方向に、感受素子３１の形状に起因する形状磁気異方性を有する。そして、感受素子３１の短手方向の幅が狭いほど、長手方向の形状磁気異方性が大きくなる。これにより、磁気センサ１は、感受素子３１の短手方向の幅が狭いほど、異方性磁界Ｈｋが小さくなり、感度が高くなる傾向がある。

【0045】

表１に、本実施の形態の磁気センサ１および従来の磁気センサについて、高周波電流を流して測定される磁界と感受部３０のインピーダンスＺとの関係に基づいて得られた、異方性磁界Ｈｋ、インピーダンスＺの変化量ΔＺの最大値、およびＳ_max（＝ΔＺ／ΔＨ）の値を示す。表１には、本実施の形態の磁気センサ１および従来の磁気センサについて、感受素子３１の短手方向の幅を１００μｍ、７５μｍ、および５０μｍとした場合の各値を示している。なお、表１に示す各値は、図６と同様に、本実施の形態の磁気センサ１および従来の磁気センサに対し、感受部３０の端子部３３間に１００ＭＨｚの高周波電流を流して測定されたものである。

【0046】

【表1】

【0047】

表１に示すように、本実施の形態の磁気センサ１では、感受素子３１の短手方向の幅が小さいほど、異方性磁界Ｈｋが小さくなっている。また、本実施の形態の磁気センサ１では、感受素子３１の短手方向の幅がいずれの場合であっても、従来の磁気センサと比較して異方性磁界Ｈｋが低下し、ΔＺの最大値およびＳ_maxが増加している。
したがって、本実施の形態の磁気センサ１では、感受素子３１の短手方向の幅に関わらず、接続部３２が上述した形状を有することにより、感度の向上という効果を奏する。また、磁気センサ１では、接続部３２の形状や感受素子３１の短手方向の幅を調整することで、所望の感度を得ることができる。

【0048】

（磁気センサ１の製造方法）
次に、磁気センサ１の製造方法の一例を説明する。
図７（ａ）～（ｅ）は、磁気センサ１の製造方法の一例を説明する図である。図７（ａ）～（ｅ）は、磁気センサ１の製造方法における工程を示す。そして、工程は、図７（ａ）～（ｅ）の順に進む。図７（ａ）～（ｅ）は、代表的な工程であって、他の工程を含んでもよい。図７（ａ）～（ｅ）は、図２に示した図１のＩＩ－ＩＩ線での断面図に対応する。

【0049】

基板１０は、上述したように、非磁性材料からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキなどを施した金属等の金属基板である。基板１０には、研磨機などを用いて、例えば曲率半径Ｒａが０．１ｎｍ～１００ｎｍの筋状の溝又は筋状の凹凸が設けられていてもよい。なお、この筋状の溝又は筋状の凹凸の筋の方向は、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向に設けられているとよい。このようにすることで、硬磁性体層１０３における結晶成長が、溝の方向へ促進される。よって、硬磁性体層１０３により構成される薄膜磁石２０の磁化容易軸がより溝方向（薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向）に向きやすい。つまり、薄膜磁石２０の着磁をより容易にする。

【0050】

ここでは、基板１０は、一例として直径約９５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのガラスとして説明する。磁気センサ１の平面形状が数ｍｍ角である場合、基板１０上には、複数の磁気センサ１が一括して製造され、後に個々の磁気センサ１に分割（切断）される。図７（ａ）～（ｅ）では、中央に表記する一個の磁気センサ１に着目するが、左右に隣接する磁気センサ１の一部を合わせて示す。なお、隣接する磁気センサ１間の境界を一点鎖線で示す。

【0051】

図７（ａ）に示すように、基板１０を洗浄した後、基板１０の一方の面（以下、表面と表記する。）上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３及び誘電体層１０４を順に成膜（堆積）して、積層体を形成する。

【0052】

まず、Ｃｒ又はＮｉを含む合金である密着層１０１、Ｃｒ等を含む合金である制御層１０２、及び、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金である硬磁性体層１０３を順に連続して成膜（堆積）する。この成膜は、スパッタリング法などにより行える。それぞれの材料で形成された複数のターゲットに順に対面するように、基板１０を移動させることで密着層１０１、制御層１０２及び硬磁性体層１０３が基板１０上に順に積層される。前述したように、制御層１０２及び硬磁性体層１０３の形成では、結晶成長を促進するために、基板１０を例えば１００℃～６００℃に加熱するとよい。

【0053】

なお、密着層１０１の成膜では、基板１０の加熱を行ってもよく、行わなくてもよい。基板１０の表面に吸着している水分などを除去するために、密着層１０１を成膜する前に、基板１０を加熱してもよい。

【0054】

次に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等である誘電体層１０４を成膜（堆積）する。誘電体層１０４の成膜は、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタリング法などにより行える。

【0055】

そして、図７（ｂ）に示すように、感受部３０が形成される部分及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される部分を開口とするフォトレジストによるパターン（レジストパターン）１１１を、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。なお、本実施の形態では、レジストパターン１１１の形状を制御することによって、上述した接続部３２の形状を実現することができる。

【0056】

そして、図７（ｃ）に示すように、感受部３０を構成するＣｏ合金である軟磁性体層１０５を成膜（堆積）する。軟磁性体層１０５の成膜は、例えばスパッタリング法を用いて行える。

【0057】

図７（ｄ）に示すように、レジストパターン１１１を除去するとともに、レジストパターン１１１上の軟磁性体層１０５を除去（リフトオフ）する。これにより、軟磁性体層１０５による感受部３０及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される。つまり、感受部３０とヨーク４０とが、１回の軟磁性体層１０５の成膜で形成される。

【0058】

この後、軟磁性体層１０５には、感受部３０の感受素子３１（図３参照）の短手方向に一軸磁気異方性を付与する。この軟磁性体層１０５への一軸磁気異方性の付与は、例えば３ｋＧ（０．３Ｔ）の回転磁場中における４００℃での熱処理（回転磁場中熱処理）と、それに引き続く３ｋＧ（０．３Ｔ）の静磁場中における４００℃での熱処理（静磁場中熱処理）とで行える。この時、ヨーク４０を構成する軟磁性体層１０５にも同様の一軸磁気異方性が付与される。しかし、ヨーク４０は、磁気回路としての役割を果たせばよく、一軸磁気異方性が付与されなくてもよい。

【0059】

次に、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３を着磁する。硬磁性体層１０３に対する着磁は、静磁場中又はパルス状の磁場中において、硬磁性体層１０３の保磁力より大きい磁界を、硬磁性体層１０３の磁化が飽和するまで印加することで行える。

【0060】

この後、図７（ｅ）に示すように、基板１０上に形成された複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割（切断）する。つまり、図１の平面図に示したように、平面形状が四角形になるように、基板１０、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４及び軟磁性体層１０５を切断する。すると、分割（切断）された硬磁性体層１０３の側面に薄膜磁石２０の磁極（Ｎ極及びＳ極）が露出する。こうして、着磁された硬磁性体層１０３は、薄膜磁石２０になる。この分割（切断）は、ダイシング法やレーザカッティング法などにより行える。

【0061】

なお、図７（ｅ）の複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の前に、基板１０上において隣接する磁気センサ１の間の密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４及び軟磁性体層１０５を、平面形状が四角形（図１に示した磁気センサ１の平面形状）になるようにエッチング除去してもよい。そして、露出した基板１０を分割（切断）してもよい。
また、図７（ａ）の積層体を形成する工程の後に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４を、平面形状が四角形（図１に示した磁気センサ１の平面形状）になるように加工してもよい。
なお、図７（ａ）～（ｅ）に示した製造方法は、これらの製造方法に比べ、工程が簡略化される。

【0062】

このようにして、磁気センサ１が製造される。なお、軟磁性体層１０５への一軸磁気異方性の付与及び／又は薄膜磁石２０の着磁は、図７（ｅ）の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の後に、磁気センサ１毎又は複数の磁気センサ１に対して行ってもよい。

【0063】

なお、制御層１０２を備えない場合には、硬磁性体層１０３を成膜後、８００℃以上に加熱して結晶成長させることで、面内に磁気異方性を付与することが必要となる。しかし、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１のように、制御層１０２を備える場合には、制御層１０２により結晶成長が促進されるため、８００℃以上のような高温による結晶成長を要しない。

【0064】

また、感受素子３１への一軸磁気異方性の付与は、上記の回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う代わりに、感受部３０を構成するＣｏ合金である軟磁性体層１０５の堆積時にマグネトロンスパッタリング法を用いて行ってもよい。マグネトロンスパッタリング法では、磁石（マグネット）を用いて磁界を形成し、放電によって発生した電子をターゲットの表面に閉じ込める。これにより、電子とガスとの衝突確率を増加させてガスの電離を促進し、膜の堆積速度を向上させる。このマグネトロンスパッタリング法に用いられる磁石（マグネット）が形成する磁界により、軟磁性体層１０５の堆積と同時に、軟磁性体層１０５に一軸磁気異方性が付与される。このようにすることで、回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う一軸磁気異方性を付与する工程が省略できる。

【0065】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。
例えば、本実施の形態の感受部３０では、全ての接続部３２が延伸部３２１とテーパ部３２２とを有しているが、複数の接続部３２のうち少なくとも一つの接続部３２が上述した構成を有していれば、他の接続部３２は、例えば従来例のように矩形状であってもよい。また、上述した例では、テーパ部３２２の２つの辺部３２２ａ、３２２ｂを直線状としているが、テーパ部３２２が長手方向に沿って感受素子３１の端部に近づくに従い短手方向の幅が狭くなる形状を有していれば、辺部３２２ａ、３２２ｂは直線状でなくてもよい。さらに、感受部３０は、Ｒｕ又はＲｕ合金から構成される反磁界抑制層を挟んで反強磁性体結合した複数の軟磁性体層１０５から構成されてもよい。これにより、感受素子３１による磁気インピーダンス効果が向上し、磁気センサ１の感度が向上する。

【符号の説明】

【0066】

１…磁気センサ、１０…基板、２０…薄膜磁石、３０…感受部、３１…感受素子、３２…接続部、３３…端子部、４０、４０ａ、４０ｂ…ヨーク、１０１…密着層、１０２…制御層、１０３…硬磁性体層、１０４…誘電体層、１０５…軟磁性体層、３２１…延伸部、３２２…テーパ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】