特許 7404964 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】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】磁気センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20231219BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20231219BHJP

   H10N 50/10 20230101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G01R33/09

H01L29/82 Z

H10N50/10 Z

H10N50/10 U

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020053103

(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公開番号】P2021152479

(43)【公開日】2021-09-30

【審査請求日】2022-09-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】原谷 進

【審査官】越川 康弘

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２９４５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２３２０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２０９３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４８４７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ１０Ｎ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に延在し、前記第１の方向と交差する第２の方向を固定磁化方向とする磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に積層され、前記磁気抵抗効果素子に前記第１の方向の磁気バイアスを与える磁化方向制御層と、
前記磁気抵抗効果素子と前記磁化方向制御層の間に設けられた非磁性のバイアス調整層と、を備え、
前記バイアス調整層は前記磁気抵抗効果素子を不完全に覆っており、これにより前記磁化方向制御層は、前記バイアス調整層を介して前記磁気抵抗効果素子を覆う第１の領域と、前記バイアス調整層を介することなく前記磁気抵抗効果素子を覆う第２の領域を含み、前記第１の領域と前記第２の領域の面積比によって磁気バイアスが調整されることを特徴とする磁気センサ。

【請求項2】

前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、前記反強磁性層に積層された磁化固定層と、非磁性層を介して前記磁化固定層に積層された感磁層とを含み、
前記磁化方向制御層は、前記バイアス調整層を介して前記感磁層に積層されてい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】

前記磁化方向制御層は、前記反強磁性層と同じ磁気材料からなり、且つ、前記反強磁性層とは厚みが異なることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。

【請求項4】

前記磁化方向制御層は、前記反強磁性層よりも薄いことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。

【請求項5】

前記磁気抵抗効果素子及び前記磁化方向制御層を覆う絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、前記磁気抵抗効果素子と重なる磁気ギャップを介して、前記第２の方向に配列された第１及び第２の強磁性層と、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気センサ。

【請求項6】

前記第１及び第２の強磁性層の少なくとも一方は、前記絶縁層を介して前記磁気抵抗効果素子と重なりを有していることを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。

【請求項7】

前記磁気抵抗効果素子は、第１及び第２の磁気抵抗効果素子を含み、
前記磁化方向制御層は、それぞれ前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子に積層された第１及び第２の磁化方向制御層を含み、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子はブリッジ接続されており、
前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子に印加される磁気バイアスの方向は互いに同じであり、
前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子に流れる電流の方向は互いに同じであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項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及びその製造方法に関し、特に、極めて微弱な磁界を検出するための磁気センサ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気センサとしては、特許文献１に記載されているように、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化に基づいて磁界の向き及び強さを検出するタイプの磁気センサが知られている。特許文献１に記載された磁気センサは、磁気抵抗効果素子をミアンダ状に折り曲げることによって十分な抵抗値を確保するとともに、磁気抵抗効果素子を分断する複数の硬磁性体（磁石）を配置することによって、磁気抵抗効果素子に磁気バイアスを印加している。磁気抵抗効果素子に磁気バイアスを印加すれば、理想的には磁気抵抗効果素子が単磁区化されるため、検出信号に重畳する不規則ノイズを低減することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５０６６５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された磁気センサにおいては、複数の硬磁性体によって磁気抵抗効果素子が長手方向に分断されていることから、その分、磁気抵抗効果素子の長さが短くなる。磁気抵抗効果素子の長さが短くなると、磁気抵抗効果素子の面積の平方根に比例する雑音密度が増加するという問題があった。

【0005】

したがって、本発明は、磁気抵抗効果素子を分断することなく、磁気抵抗効果素子に磁気バイアスを印加可能な磁気センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による磁気センサは、第１の方向に延在し、第１の方向と交差する第２の方向を固定磁化方向とする磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子に積層され、磁気抵抗効果素子に第１の方向の磁気バイアスを与える磁化方向制御層とを備えることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、磁気抵抗効果素子に磁気バイアスを与える磁化方向制御層が磁気抵抗効果素子に積層されていることから、複数の硬磁性体によって磁気抵抗効果素子を分断する必要がない。これにより、雑音密度の増加を抑えつつ、検出信号に重畳する不規則ノイズを低減することが可能となる。

【0008】

本発明において、磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、反強磁性層に積層された磁化固定層と、非磁性層を介して磁化固定層に積層された感磁層とを含み、磁化方向制御層は、感磁層に積層されていても構わない。これによれば、感磁層に十分な磁気バイアスを与えることが可能となる。この場合、磁化方向制御層は、反強磁性層と同じ磁気材料からなり、且つ、反強磁性層とは厚みが異なるものであっても構わない。これによれば、製造コストを削減しつつ、反強磁性層と磁化方向制御層の固定磁化方向を互いに異なる方向に着磁することが可能となる。さらにこの場合、磁化方向制御層は、反強磁性層よりも薄くても構わない。これによれば、反強磁性層を磁化方向制御層よりも強く着磁することが可能となる。

【0009】

本発明による磁気センサは、磁気抵抗効果素子と磁化方向制御層の間に設けられた非磁性のバイアス調整層をさらに備えていても構わない。これによれば、バイアス調整層の膜厚によって磁気バイアスを調整することが可能となる。この場合、バイアス調整層は磁気抵抗効果素子を不完全に覆っており、これにより磁化方向制御層は、バイアス調整層を介して磁気抵抗効果素子を覆う第１の領域と、バイアス調整層を介することなく磁気抵抗効果素子を覆う第２の領域を含んでいても構わない。これによれば、第１の領域と第２の領域の面積比によって磁気バイアスを微調整することが可能となる。

【0010】

本発明による磁気センサは、磁気抵抗効果素子及び磁化方向制御層を覆う絶縁層と、絶縁層上に設けられ、磁気抵抗効果素子と重なる磁気ギャップを介して、第２の方向に配列された第１及び第２の強磁性層とをさらに備えていても構わない。これによれば、磁気抵抗効果素子に対して検出磁界を第２の方向に効果的に印加することが可能となる。この場合、第１及び第２の強磁性層の少なくとも一方は、絶縁層を介して磁気抵抗効果素子と重なりを有していても構わない。これによれば、磁気抵抗効果素子に対して検出磁界をより効果的に印加することが可能となる。

【0011】

本発明において、磁気抵抗効果素子は第１及び第２の磁気抵抗効果素子を含み、磁化方向制御層は、それぞれ第１及び第２の磁気抵抗効果素子に積層された第１及び第２の磁化方向制御層を含み、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子はブリッジ接続されており、第１及び第２の磁気抵抗効果素子に印加される磁気バイアスの方向は互いに同じであり、第１及び第２の磁気抵抗効果素子に流れる電流の方向は互いに同じであっても構わない。これによれば、磁気バイアスの方向と電流の流れる方向の関係が一定となる。これにより、不規則ノイズが大幅に低減されることから、極めて微弱な磁界を検出することが可能となる。

【0012】

本発明による磁気センサの製造方法は、磁気抵抗効果素子と反強磁性材料からなる磁化方向制御膜を積層する成膜工程と、第２の方向に磁界を印加しながら第１の温度でアニールすることにより、磁気抵抗効果素子の固定磁化方向を第２の方向に配向させる第１のアニール工程と、第２の方向と交差する第１の方向に磁界を印加しながら第１の温度とは異なる第２の温度でアニールすることにより、磁化方向制御膜を第１の方向に着磁する第２のアニール工程とを備えることを特徴とする。

【0013】

本発明によれば、磁気抵抗効果素子と磁化方向制御膜を互いに異なる方向に着磁することが可能となる。

【0014】

成膜工程においては、反強磁性層、磁化固定層、非磁性膜及び磁化固定層をこの順に成膜することによって磁気抵抗効果素子を形成した後、反強磁性層と同じ磁気材料からなり、且つ、反強磁性層よりも厚みの薄い磁化方向制御膜を成膜し、第２のアニール温度は、第１のアニール温度よりも低くても構わない。これによれば、反強磁性層を磁化方向制御膜よりも強く着磁することが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

このように、本発明によれば、磁気抵抗効果素子を分断することなく、磁気抵抗効果素子に磁気バイアスを印加することが可能となる。これにより、雑音密度の増加を抑えつつ、検出信号に重畳する不規則ノイズを低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の好ましい実施形態による磁気センサ１０の外観を示す模式的な斜視図である。

【図2】図２は、センサチップ２０の素子形成面２１上の構造を説明するための模式的な平面図である。

【図3】図３は、図２に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【図4】図４は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。

【図5】図５は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の層構造の第１の例を説明するための模式的な断面図である。

【図6】図６は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の層構造の第２の例を説明するための模式的な断面図である。

【図7】図７は、バイアス調整膜５７の膜厚と感磁層５４の異方性磁界（Ｈｋ）の関係を示すグラフである。

【図8】図８は、バイアス調整膜５７が不完全な膜である状態を示す模式的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0018】

図１は、本発明の好ましい実施形態による磁気センサ１０の外観を示す模式的な斜視図である。

【0019】

図１に示すように、本実施形態による磁気センサ１０は、表面がｘｚ面を構成する基板２と、基板２の表面上に載置されたセンサチップ２０及び集磁体３０～３２を備えている。センサチップ２０は、ｘｙ面を構成する素子形成面２１を有しており、集磁体３０のｚ方向における一端と素子形成面２１が向かい合っている。集磁体３１，３２は、センサチップ２０の裏面側に設けられている。集磁体３０～３２は、フェライトなど透磁率の高い軟磁性材料からなるブロックである。

【0020】

図１に示すように、本実施形態においては、センサチップ２０の素子形成面２１が基板２の表面に対して垂直となるよう、センサチップ２０が搭載されている。つまり、基板２に対して９０°寝かせた状態でセンサチップ２０が搭載されている。このため、集磁体３０のｚ方向における長さが長い場合であっても、集磁体３０を基板２に安定して固定することが可能である。

【0021】

図２は、センサチップ２０の素子形成面２１上の構造を説明するための模式的な平面図である。また、図３は、図２に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【0022】

図２及び図３に示すように、センサチップ２０の素子形成面２１上には、ｙ方向に延在する４つの磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４と、３つの強磁性膜Ｍ１～Ｍ３が設けられている。磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の固定磁化方向は、いずれもｘ方向（＋ｘ方向又は－ｘ方向）に揃えられている。また、後述するように、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４に対しては、いずれもｙ方向（＋ｙ方向又は－ｙ方向）の磁気バイアスが印加されている。

【0023】

磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４は、素子形成面２１を構成するセンサ基板２２の表面上に形成されている。センサ基板２２の材料としては、シリコンやアルミナチタンカーバイド（ＡＬＴＩＣ）を用いることができる。磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４は、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる絶縁膜２３で覆われ、強磁性膜Ｍ１～Ｍ３は絶縁膜２３上に形成される。強磁性膜Ｍ１～Ｍ３はパーマロイなどの透磁率の高い軟磁性膜からなる。強磁性膜Ｍ１～Ｍ３は、複数の膜が積層されてなる強磁性層であっても構わない。強磁性膜Ｍ１～Ｍ３は、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる絶縁膜２４で覆われ、絶縁膜２４上に集磁体３０が配置される。絶縁膜２４は、複数の膜が積層されてなる絶縁層であっても構わない。図２には、素子形成面２１上における集磁体３０の平面位置も示されている。

【0024】

強磁性膜Ｍ１～Ｍ３はｙ方向に延在する磁気ギャップＧ１～Ｇ４を形成しており、ｚ方向から見た平面視で、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４はそれぞれ磁気ギャップＧ１～Ｇ４と重なるように配置される。特に限定されるものではないが、本実施形態においては磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４のｘ方向における幅Ｒｘよりも磁気ギャップＧ１～Ｇ４のｘ方向における幅Ｇｘの方が狭く、このため、ｚ方向から見て、強磁性膜Ｍ１は磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４と重なりを有し、強磁性膜Ｍ２は磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ３と重なりを有し、強磁性膜Ｍ３は磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ４と重なりを有している。これにより、強磁性膜Ｍ１から強磁性膜Ｍ２，Ｍ３に向かう検出磁界、或いは、強磁性膜Ｍ２，Ｍ３から強磁性膜Ｍ１に向かう検出磁界は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４に対してｘ方向に印加される。

【0025】

図４は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。

【0026】

図４に示すように、磁気抵抗効果素子Ｒ１は端子電極４１，４２間に接続され、磁気抵抗効果素子Ｒ２は端子電極４１，４３間に接続され、磁気抵抗効果素子Ｒ３は端子電極４３，４４間に接続され、磁気抵抗効果素子Ｒ４は端子電極４２，４４間に接続される。端子電極４１には電源電位Ｖｃｃが与えられ、端子電極４４には接地電位ＧＮＤが与えられる。したがって、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４にはそれぞれ矢印Ｉ１１～Ｉ１４で示す方向に電流が流れる。つまり、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４には、互いに同じ方向に電流が流れる。

【0027】

上述の通り、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４は全て同一の磁化固定方向を有している。このため、集磁体３０によって集磁された磁束が磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４に印加されると、集磁体３０からみて一方側（－ｘ方向側）に位置する磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ３の抵抗変化量と、集磁体３０からみて他方側（＋ｘ方向側）に位置する磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ４の抵抗変化量との間には差が生じる。そして、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４は差動ブリッジ回路を構成していることから、磁束密度に応じた磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の電気抵抗の変化が端子電極４２，４４に現れることになる。

【0028】

端子電極４２，４３から出力される差動信号は、基板２又はその外部に設けられた差動アンプ４７に入力される。差動アンプ４７の出力信号は、端子電極４５にフィードバックされる。図４に示すように、端子電極４５と端子電極４６との間には補償コイルＣが接続されており、これにより、補償コイルＣは差動アンプ４７の出力信号に応じたキャンセル磁界を発生させる。補償コイルＣは、センサチップ２０に集積することが可能である。

【0029】

補償コイルＣは、磁気抵抗効果素子Ｒ１に沿ってｙ方向に延在する区間Ｃ１と、磁気抵抗効果素子Ｒ２に沿ってｙ方向に延在する区間Ｃ２と、磁気抵抗効果素子Ｒ３に沿ってｙ方向に延在する区間Ｃ３と、磁気抵抗効果素子Ｒ４に沿ってｙ方向に延在する区間Ｃ４を含んでいる。そして、端子電極４５から端子電極４６に向かって電流を流すと、区間Ｃ１～Ｃ４にはそれぞれ矢印Ｉ２１～Ｉ２４で示す方向に電流が流れる。つまり、区間Ｃ１，Ｃ３と区間Ｃ２，Ｃ４には、互いに逆方向に電流が流れる。これにより、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ３と磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ４に互いに逆方向に印加される検出磁界を補償コイルＣによってキャンセルすることが可能となる。そして、差動アンプ４７から出力される電流を検出回路４８によって電流電圧変換すれば、外部磁束の強さを検出することが可能となる。

【0030】

図５は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の層構造を説明するための模式的な断面図である。

【0031】

図５に示す第１の例では、素子形成面２１を構成するセンサ基板２２の表面上に、バッファ層５０、反強磁性層５１、磁化固定層５２、非磁性層５３、感磁層５４、磁化方向制御膜５５及び保護層５６がこの順に積層されている。このうち、反強磁性層５１、磁化固定層５２、非磁性層５３及び感磁層５４は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４を構成する。

【0032】

バッファ層５０は、例えば厚さ５０オングストローム程度のＮｉＣｒ膜からなる。反強磁性層５１は、例えば厚さ７０オングストローム程度のＩｒＭｎ膜からなる。磁化固定層５２は、例えば厚さ１５オングストローム程度のＣｏＦｅ膜５２Ａ，５２Ｃを厚さ８オングストローム程度のＲｕ膜５２Ｂで挟み込んだ構成を有している。非磁性層５３は、例えば２０オングストローム程度のＣｕ膜からなる。感磁層５４は、例えば１０オングストローム程度のＣｏＦｅ膜５４Ａと７０オングストローム程度のＮｉＦｅ膜５４Ｂの積層膜からなる。磁化方向制御膜５５は、例えば厚さ５０オングストローム程度のＩｒＭｎ膜からなる。保護層５６は、例えばＲｕ、Ｔａ又はこれらの積層膜からなる。

【0033】

本明細書において「層」とは単一の材料からなる膜、或いは、互いに異なる材料からなる複数の膜の積層体であって、一体として１つの機能を実現する膜の積層体を意味する。したがって、磁化方向制御膜５５は、複数の膜が積層されてなる磁化方向制御層であっても構わない。

【0034】

ここで、反強磁性層５１はｘ方向に着磁されており、これにより磁化固定層５２の固定磁化方向はｘ方向となる。これに対し、磁化方向制御膜５５はｙ方向に着磁されており、これにより感磁層５４にはｙ方向の磁気バイアスが印加される。ここで、反強磁性層５１と磁化方向制御膜５５を互いに異なる方向に着磁する方法としては、スパッタリング法などを用いてバッファ層５０から保護層５６までを成膜した後、反強磁性層５１をｘ方向に着磁するアニール工程と、磁化方向制御膜５５をｙ方向に着磁するアニール工程を別個に行う方法が挙げられる。ここで、反強磁性層５１と磁化方向制御膜５５が互いに同じ反強磁性材料からなる場合であっても、両者の膜厚が互いに異なる場合、これらに隣接する軟磁性体膜の配向が崩れる温度（ブロッキング温度：Ｔ_Ｂ）は互いに異なるため、２回のアニール工程によって反強磁性層５１と磁化方向制御膜５５を互いに異なる方向に着磁することができる。

【0035】

一例として、上述の通り、反強磁性層５１が厚さ７０オングストローム程度のＩｒＭｎ膜からなり、磁化方向制御膜５５が厚さ５０オングストローム程度のＩｒＭｎ膜からなる場合、ｘ方向に磁界を印加しながら約２８０℃でアニールすることにより、反強磁性層５１及び磁化方向制御膜５５をｘ方向に着磁した後、ｙ方向に磁界を印加しながら約２４０℃でアニールすることにより、磁化方向制御膜５５の磁化方向をｙ方向に変化させる。２回目のアニール工程においては、厚さの大きい反強磁性層５１の磁化方向は変化せず、ｘ方向に保たれる。このように、反強磁性層５１と磁化方向制御膜５５を互いに同じ反強磁性材料によって構成すれば、製造コストを削減することが可能となる。また、磁化方向制御膜５５の膜厚を反強磁性層５１の膜厚よりも薄くすることにより、感磁層５４に印加されるｘ方向の固定磁化成分よりもｙ方向の磁気バイアスが弱くなることから、過度の磁気バイアスによる検出感度の低下を防止することが可能となる。

【0036】

或いは、反強磁性層５１と磁化方向制御膜５５を互いに異なる方向反強磁性材料によって構成しても構わない。これによれば、両者の膜厚が同じであっても、ブロッキング温度の違いによって互いに異なる方向に着磁することができる。反強磁性層５１及び磁化方向制御膜５５に用いることが可能な反強磁性材料としては、ＩｒＭｎ（Ｔ_Ｂ＝２８０℃）、ＮｉＭｎ（Ｔ_Ｂ＝３７５℃）、ＰｔＭｎ（Ｔ_Ｂ＝３４０℃）、α－Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｔ_Ｂ＝３２０℃）、ＰｔＰｄＭｎ（Ｔ_Ｂ＝３００℃）、ＣｒＭｎＰｔ（Ｔ_Ｂ＝２８０℃）、ＲｕＲｈＭｎ（Ｔ_Ｂ＝２２５℃）、ＮｉＯ（Ｔ_Ｂ＝２１０℃）、ＦｅＭｎ（Ｔ_Ｂ＝１８０℃）などが挙げられる。上記のブロッキング温度Ｔ_Ｂは膜厚によって変化する。

【0037】

磁化方向制御膜５５によって感磁層５４に印加される磁気バイアスの強さは、磁化方向制御膜５５を構成する反強磁性材料の種類や膜厚によって調整することができる。また、図６に示すように、感磁層５４と磁化方向制御膜５５の間に非磁性のバイアス調整膜５７を設けることによって、感磁層５４に印加される磁気バイアスを調整しても構わない。バイアス調整膜５７の材料としては、例えばＲｕを用いることができる。バイアス調整膜５７は、複数の膜が積層されてなるバイアス調整層であっても構わない。

【0038】

図７は、バイアス調整膜５７の膜厚と感磁層５４の異方性磁界（Ｈｋ）の関係を示すグラフである。異方性磁界は、磁化方向をある方向にそろえようとする時に必要な磁場の強さである。従って、異方性磁界が大きいほど、磁化方向制御膜５５による磁気バイアスは強く、感磁層５４の磁場感度は低下する。

【0039】

図７に示すように、磁化方向制御膜５５が存在しない場合における感磁層５４の異方性磁界は、約４Ｏｅである。これに対し、厚さ５０オングストロームのＩｒＭｎからなる磁化方向制御膜５５を設けることにより、感磁層５４の異方性磁界は約６７Ｏｅに増加する。そして、感磁層５４と磁化方向制御膜５５の間にバイアス調整膜５７を設けると、バイアス調整膜５７の膜厚が大きくなるほど感磁層５４の異方性磁界が低下し、その膜厚が５オングストロームであると感磁層５４の異方性磁界は約７Ｏｅまで低下する。このように、感磁層５４の磁場感度は、バイアス調整膜５７の膜厚によって調整することが可能である。

【0040】

バイアス調整膜５７は、感磁層５４の全面を覆う完全な膜である必要はなく、模式的な平面図である図８に示すように、感磁層５４を不完全に覆う部分的な膜であっても構わない。バイアス調整膜５７が不完全な膜である場合、磁化方向制御膜５５には、バイアス調整膜５７を介して感磁層５４を覆う領域と、バイアス調整膜５７を介することなく感磁層５４を覆う領域が生じる。このため、これら領域の比によって感磁層５４に印加される磁気バイアスを調整することが可能となる。不完全なバイアス調整膜５７は、スパッタリング条件など成膜条件の調整によって形成することができる。

【0041】

以上説明したように、本実施形態による磁気センサ１０は、ｘ方向を磁化固定方向とする磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４にｙ方向の磁気バイアスを与える磁化方向制御膜５５を備えていることから、検出信号に重畳する不規則ノイズを低減することが可能となる。しかも、磁化方向制御膜５５は、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４を分断することなく、その両面に形成されていることから、磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の面積の平方根に比例する雑音密度の増加を防止することも可能となる。さらに、本実施形態による磁気センサ１０においては、電流の方向と磁気バイアスの方向の関係が全ての磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４において一定であることから、不規則ノイズの低減効果が非常に大きく、これにより極めて微弱な磁界を検出することが可能となる。

【0042】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0043】

２ 基板
１０ 磁気センサ
２０ センサチップ
２１ 素子形成面
２２ センサ基板
２３，２４ 絶縁膜
３０～３２ 集磁体
３１，３２ 集磁体
４１～６３ 端子電極
４７ 差動アンプ
４８ 検出回路
５０ バッファ層
５１ 反強磁性層
５２ 磁化固定層
５２Ａ，５２Ｃ ＣｏＦｅ膜
５２Ｂ Ｒｕ膜
５３ 非磁性層
５４ 感磁層
５４Ａ ＣｏＦｅ膜
５４Ｂ ＮｉＦｅ膜
５５ 磁化方向制御膜
５６ 保護層
５７ バイアス調整膜
Ｃ 補償コイル
Ｃ１～Ｃ４ 区間
Ｇ１～Ｇ４ 磁気ギャップ
Ｉ１１～Ｉ１４，Ｉ２１～Ｉ２４ 電流方向
Ｍ１～Ｍ３ 強磁性膜
Ｒ１～Ｒ４ 磁気抵抗効果素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】