(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じセンサチップに第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子が設けられており、
第１磁気抵抗効果素子は、フリー磁性層と固定磁性層とが非磁性層を介して積層された第１素子部と、前記第１素子部に対して第１バイアス磁界を供給するための第１ハードバイアス層とを有し、
前記第２磁気抵抗効果素子は、フリー磁性層と固定磁性層とが非磁性層を介して積層された第２素子部と、前記第２素子部に対して第２バイアス磁界を供給するための第２ハードバイアス層とを有し、
前記第１素子部及び前記第２素子部の各固定磁性層は、第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第１磁性層と前記第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め構造であり、感度軸方向である前記第２磁性層の磁化固定方向は、前記第１素子部と前記第２素子部とで直交しており、
前記第１ハードバイアス層及び第２ハードバイアス層は、同じ着磁方向であり、前記第１ハードバイアス層から前記第１素子部には、前記着磁方向と平行な方向に前記第１バイアス磁界が供給され、前記第２ハードバイアス層から前記第２素子部には、前記着磁方向と直交する方向から第２バイアス磁界が供給されることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１磁気抵抗効果素子では、第１の方向が、感度軸方向であり、前記第２磁気抵抗効果素子では、前記第１の方向に直交する第２の方向が感度軸方向であり、
前記第２の方向が各ハードバイアス層に対する着磁方向であり、前記第１素子部では、前記第２の方向から前記第１バイアス磁界が供給され、前記第２素子部では、前記第１の方向から前記第２バイアス磁界が供給される請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
平面視にて、前記第２ハードバイアス層の前記第２素子部との対向面は、前記第２の方向から前記第１の方向に向けて斜めに傾いている請求項２記載の磁気センサ。
【請求項４】
第１センサチップと第２センサチップが設けられ、各センサチップに、前記第１磁気抵抗効果素子と前記第２磁気抵抗効果素子とが形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第２センサチップは、前記第１センサチップを１８０度回転させた構成である請求項４記載の磁気センサ。
【請求項６】
複数の領域に夫々、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子が形成された基板が各領域間で切断されて、前記第１センサチップと前記第２センサチップが構成される請求項４または５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
各センサチップには、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子が夫々、２個づつ設けられ、
前記第１センサチップに設けられた２個の前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第２センサチップに設けられた２個の前記第１磁気抵抗効果素子にて第１の方向に対する外部磁界を検知可能な第１ブリッジ回路が構成され、
前記第１センサチップに設けられた２個の前記第２磁気抵抗効果素子と、前記第２センサチップに設けられた２個の前記第２磁気抵抗効果素子にて前記第１の方向と直交する第２の方向に対する外部磁界を検知可能な第２ブリッジ回路が構成される請求項４ないし６のいずれか１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、外部磁界を検出するための磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には磁気センサに関する発明が開示されている。例えば特許文献１に示す磁気センサには８個の磁気抵抗効果素子が配置されており、うち４個の磁気抵抗効果素子がＸ方向の外部磁界を検出するためのもので、残り４個の磁気抵抗効果素子がＹ方向の外部磁界を検出するためのものである。
【０００３】
通常、同じ感度軸方向（固定磁性層の磁化固定方向）を示す２個の磁気抵抗効果素子をペアとしてチップ化する。すなわち従来では、異なる感度軸方向の磁気抵抗効果素子同士を同じチップ上に形成できないため、チップ数が多くなる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、感度軸が直交する２種類の磁気抵抗効果素子を同じチップ上に形成可能とした磁気センサ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】
本発明における磁気センサは、
同じセンサチップに第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子が設けられており、
第１磁気抵抗効果素子は、フリー磁性層と固定磁性層とが非磁性層を介して積層された第１素子部と、前記第１素子部に対して第１バイアス磁界を供給するための第１ハードバイアス層とを有し、
前記第２磁気抵抗効果素子は、フリー磁性層と固定磁性層とが非磁性層を介して積層された第２素子部と、前記第２素子部に対して第２バイアス磁界を供給するための第２ハードバイアス層とを有し、
前記第１素子部及び前記第２素子部の各固定磁性層は、第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第１磁性層と前記第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め構造であり、感度軸方向である前記第２磁性層の磁化固定方向は、前記第１素子部と前記第２素子部とで直交しており、
前記第１ハードバイアス層及び第２ハードバイアス層は、同じ着磁方向であり、前記第１ハードバイアス層から前記第１素子部には、前記着磁方向と平行な方向に前記第１バイアス磁界が供給され、前記第２ハードバイアス層から前記第２素子部には、前記着磁方向と直交する方向から第２バイアス磁界が供給されることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、第１磁気抵抗効果素子を構成する第１素子部及び第２磁気抵抗効果素子を構成する第２素子部を夫々、第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層された積層フェリ構造とするとともに、セルフピン止め構造とした。更に、第１磁気抵抗効果素子を構成する第１ハードバイアス層と第２磁気抵抗効果素子を構成する第２ハードバイアス層の着磁方向を同一方向のまま、第１ハードバイアス層から前記第１素子部に供給される第１バイアス磁界が、着磁方向と平行な方向となるように、及び第２ハードバイアス層から第２素子部に供給される第２バイアス磁界が着磁方向とは直交する方向となるように制御した。
【０００８】
以上により本発明では、同一のセンサチップに、感度軸が直交する第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子とを簡単且つ適切に形成することが可能になる。よって、従来に比べて磁気センサに搭載するチップ数を減らすことができ、検出精度の向上や製造効率の向上等を図ることができる。
【０００９】
本発明では、前記第１磁気抵抗効果素子では、第１の方向が、感度軸方向であり、前記第２磁気抵抗効果素子では、前記第１の方向に直交する第２の方向が感度軸方向であり、
前記第２の方向が各ハードバイアス層に対する着磁方向であり、前記第１素子部では、前記第２の方向から前記第１バイアス磁界が供給され、前記第２素子部では、前記第１の方向から前記第２バイアス磁界が供給される構成であることが好ましい。
【００１０】
また本発明では、平面視にて、前記第２ハードバイアス層の前記第２素子部との対向面は、前記第２の方向から前記第１の方向に向けて斜めに傾いていることが好適である。これにより、効果的に、第２の方向に着磁された第２ハードバイアス層から第２素子部に第１の方向の第２バイアス磁界を供給することができる。
【００１１】
また本発明では、第１センサチップと第２センサチップが設けられ、各センサチップに、前記第１磁気抵抗効果素子と前記第２磁気抵抗効果素子とが形成されていることが好ましい。このとき、前記第２センサチップは、前記第１センサチップを１８０度回転させた構成であることが好ましい。
【００１２】
また本発明では、複数の領域に夫々、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子が形成された基板が各領域間で切断されて、前記第１センサチップと前記第２センサチップが構成されることが好ましい。これにより製造効率を高めることができる。
【００１３】
また本発明では、各センサチップには、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子が夫々、２個づつ設けられ、
前記第１センサチップに設けられた２個の前記第１磁気抵抗効果素子と、前記第２センサチップに設けられた２個の前記第１磁気抵抗効果素子にて前記第１の方向に対する外部磁界を検知可能な第１ブリッジ回路が構成され、
前記第１センサチップに設けられた２個の前記第２磁気抵抗効果素子と、前記第２センサチップに設けられた２個の前記第２磁気抵抗効果素子にて前記第１の方向に直交する第２の方向に対する外部磁界を検知可能な第２ブリッジ回路が構成されることが好ましい。各ブリッジ回路からの出力を大きくでき、検出精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、同一のセンサチップに、感度軸が直交する第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子とを簡単且つ適切に形成することが可能になる。よって、従来に比べて磁気センサに搭載するチップ数を減らすことができ、検出精度の向上や製造効率の向上等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態における磁気センサの平面図（模式図）、図１（ｂ）は、本実施形態における磁気センサの回路構成図である。
【図２】本実施形態における第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子の平面図である。
【図３】第２磁気抵抗効果素子の部分拡大平面図である。
【図４】図４（ａ）は、図３に示すＡ−Ａ線に沿って高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た本実施形態の磁気センサの縦断面図であり（ｂ）（ｃ）はその変形例を示す。
【図５】本実施形態における素子部の部分縦断面図を示す。
【図６】本実施形態における磁気センサを構成するセンサチップの製造工程を概念図で示す。
【図７】図７は本実施形態における磁気センサの使用形態の一例であり、図７（ａ）が部分縦断面図、図７（ｂ）は、磁気センサを構成する第１センサチップと第２センサチップの平面図及び、磁石７０の外形を重ね合わせた図である。
【図８】図８は第２実施形態の磁気センサを示す。図８（ａ）は、磁気センサを構成するセンサチップの製造過程を示し（図６（ｃ）と同じ）、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ線より基板８０を切断して形成された第１センサチップ８１と第２センサチップ８２とを支持基板（図示しない）上に配置した状態の磁気センサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１（ａ）は、本実施形態における磁気センサの平面図（模式図）、図１（ｂ）は、本実施形態における磁気センサの回路構成図である。図２は、本実施形態における第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子の平面図である。図３は第２磁気抵抗効果素子の部分拡大平面図である。図４（ａ）は、図３に示すＡ−Ａ線に沿って高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た本実施形態の磁気センサの縦断面図であり（ｂ）（ｃ）はその変形例を示す。図５は本実施形態における素子部の部分縦断面図を示す。
【００１７】
各図に示すＸ軸方向（第１の方向）、及びＹ軸方向（第２の方向）は水平面内にて直交する２方向を示し、Ｚ軸方向は前記水平面に対して直交する方向を示している。
【００１８】
図１（ａ）は、本実施形態における磁気センサ１０を概念的に示したものである。各磁気抵抗効果素子の具体的構成については図２以降で説明する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、磁気センサ１０は、支持基板９と、支持基板９上に設置された第１センサチップ１１及び第２センサチップ１２とを有して構成される。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、第１センサチップ１１には２個の第１磁気抵抗効果素子１５と、２個の第２磁気抵抗効果素子１６とが形成されている。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、第１磁気抵抗効果素子１５の固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ１）は、Ｘ２方向である。また、第２磁気抵抗効果素子１６の固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ２）は、Ｙ２方向である。
【００２２】
また図１（ａ）に示すように、第１磁気抵抗効果素子１５に供給される第１バイアス磁界Ｂ１は、Ｙ１−Ｙ２方向である。また第２磁気抵抗効果素子１６に供給される第２バイアス磁界Ｂ２はＸ１−Ｘ２方向である。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、第２バイアス磁界Ｂ２の方向を示す矢印は、Ｙ方向からＸ１−Ｘ２方向に折れ曲がった図となっているが、これは後述するように第２ハードバイアス層から第２素子部に供給される第２バイアス磁界Ｂ２が着磁方向（Ｙ方向）から９０度変換されたことを意味する。
【００２４】
図１（ａ）に示す第２センサチップ１２は、図１（ａ）に示す第１センサチップ１１を１８０度回転させた構成である。よって第２センサチップ１２における第１磁気抵抗効果素子１５の固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ１）は、Ｘ１方向であり、第１センサチップ１１における第１磁気抵抗効果素子１５の固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ１）と１８０度、反対方向になる。また、第２センサチップ１２における第２磁気抵抗効果素子１６の固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ２）は、Ｙ１方向であり、第１センサチップ１１における第２磁気抵抗効果素子１６の固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ２）と１８０度、反対方向になる。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、各センサチップ１１，１２には複数の電極部１８が形成されており、各第１磁気抵抗効果素子１５及び各第２磁気抵抗効果素子１６が各電極部１８に電気的に接続されている。
【００２６】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す磁気センサ１０の回路構成図である。ここで、図１（ｂ）に示す回路上の各第１磁気抵抗効果素子及び各第２磁気抵抗効果素子が図１（ａ）のどの位置に形成された第１磁気抵抗効果素子１５及び第２磁気抵抗効果素子１６であるのか明確にするために、図１（ａ）では符号１５，１６と符号１５ａ〜１５ｄ，１６ａ〜１６ｄを併記し、図１（ｂ）では、符号１５，１６を用いずに、図１（ａ）で併記した符号１５ａ〜１５ｄ，１６ａ〜１６ｄを用いることとした。
【００２７】
図１（ｂ）に示すように４個の第１磁気抵抗効果素子１５ａ〜１５ｂにより第１ブリッジ回路７が構成される。図１（ｂ）に示すように、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ１）がＸ２方向の第１磁気抵抗効果素子１５ａと、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ１）がＸ１方向の第１磁気抵抗効果素子１５ｄとが直列に接続される。第１磁気抵抗効果素子１５ａは入力端子（Ｖｄｄ）２０に接続され、第１磁気抵抗効果素子１５ｄはグランド端子（ＧＮＤ）２１に接続され、第１磁気抵抗効果素子１５ａと第１磁気抵抗効果素子１５ｄとの間に出力端子（ＶＸ１）２２が接続されている。また、図１（ｂ）に示すように、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ１）がＸ１方向の第１磁気抵抗効果素子１５ｃと、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ１）がＸ２方向の第１磁気抵抗効果素子１５ｂとが直列に接続される。第１磁気抵抗効果素子１５ｃは入力端子（Ｖｄｄ）２０に接続され、第１磁気抵抗効果素子１５ｂはグランド端子（ＧＮＤ）２１に接続され、第１磁気抵抗効果素子１５ｃと第１磁気抵抗効果素子１５ｂとの間に出力端子（ＶＸ２）２３が接続されている。
【００２８】
また図１（ｂ）に示すように、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ２）がＹ２方向の第２磁気抵抗効果素子１６ａと、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ２）がＹ１方向の第２磁気抵抗効果素子１６ｄとが直列に接続される。第２磁気抵抗効果素子１６ａは入力端子（Ｖｄｄ）２０に接続され、第２磁気抵抗効果素子１６ｄはグランド端子（ＧＮＤ）２１に接続され、第２磁気抵抗効果素子１６ａと第２磁気抵抗効果素子１６ｄとの間に出力端子（ＶＹ１）２４が接続されている。また、図１（ｂ）に示すように、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ２）がＹ１方向の第２磁気抵抗効果素子１６ｃと、固定磁性層の磁化固定方向（Ｐ２）がＹ２方向の第２磁気抵抗効果素子１６ｂとが直列に接続される。第２磁気抵抗効果素子１６ｃは入力端子（Ｖｄｄ）２０に接続され、第２磁気抵抗効果素子１６ｂはグランド端子（ＧＮＤ）２１に接続され、第２磁気抵抗効果素子１６ｃと第２磁気抵抗効果素子１６ｂとの間に出力端子（ＶＹ２）２５が接続されている。
【００２９】
図２は第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６との平面形状を示す。例えば図２は、図１に示す第１磁気抵抗効果素子１５ａと第２磁気抵抗効果素子１６ａを示す。
【００３０】
図２に示すように第１磁気抵抗効果素子１５（１５ａ）は、ミアンダ形状で形成されている。図２に示すように、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けて形成された複数の第１素子部３０と、第１素子部３０間に設けられた第１ハードバイアス層３１とを有するＹ１−Ｙ２方向に延出した素子連結体３２が、Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を空けて複数設けられ、各素子連結体３２の端部が接続部３３を介して交互に接続される。これによりミアンダ形状の第１磁気抵抗効果素子１５が形成される。
【００３１】
図２に示すように第１磁気抵抗効果素子１５の両端部が電極部１８に電気的に接続されている。
【００３２】
図２に示すように、第１ハードバイアス層３１は矩形状で形成されており、平面視にて第１素子部３０と接する端部３１ａがＸ1−Ｘ２方向に平行に形成されている。そして、Ｙ1−Ｙ２方向（第２の方向）に着磁された第１ハードバイアス層３１から各第１素子部３０に、Ｙ１方向への第１バイアス磁界Ｂ１が供給される。このように第１磁気抵抗効果素子１５では各第１素子部３０に第１ハードバイアス層３１から供給される第１バイアス磁界Ｂ１の方向は着磁方向と平行な方向である。
【００３３】
一方、第２磁気抵抗効果素子１６（１６ａ）も、第１磁気抵抗効果素子１５と同様にミアンダ形状で形成されているが、向きが第１磁気抵抗効果素子１５とは９０度異なっている。
【００３４】
図２に示すように、Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を空けて形成された複数の第２素子部３５と、第２素子部３５間に設けられた第２ハードバイアス層３６とを有するＹ１−Ｙ２方向に延出した素子連結体３７が、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けて複数設けられ、各素子連結体３７の端部が接続部３８を介して交互に接続される。これによりミアンダ形状の第２磁気抵抗効果素子１６が形成される。
【００３５】
図２に示すように第２磁気抵抗効果素子１６の両端部が電極部１８に電気的に接続されている。
【００３６】
図３は図２に示す第２磁気抵抗効果素子１６の一部を拡大して示した部分拡大平面図である。ここでは説明しやすいように図３に示す３つの第２ハードバイアス層に夫々、符号３６ａ〜３６ｃを付した。
【００３７】
図３に示す各第２ハードバイアス層３６ａ〜３６ｃは、全てＹ１側端部３６ａ１，３６ｂ１，３６ｃ１がＮ極に、Ｙ２側端部３６ａ２，３６ｂ２，３６ｃ２がＳ極に着磁され着磁方向が同じＹ１−Ｙ２方向（第２の方向）となっている。
【００３８】
図３に示すように、第２ハードバイアス層３６ｂには、Ｙ２側端部３６ｂ２からＸ２側端部３６ｂ３に向けて第１の側面４０が形成され、Ｙ２側端部３６ｂ２からＸ１側端部３６ｂ４に向けて第２の側面４１が形成されている。第１の側面４０及び第２の側面４１は、Ｙ１−Ｙ２方向（第２の方向）からＸ１−Ｘ２方向（第１の方向）に向けて傾いている。つまり各側面４０，４１とＹ１−Ｙ２方向との間の成す角度θ１は、０°及び９０°でなく、例えば３０〜６０°程度となっている。各側面４０，４１は直線状で形成されている。
【００３９】
また図３に示すように、平面視にて、第１の側面４０及び第２の側面４１は、共に、平面視にて各第２素子部３５と対向した位置に設けられている。
【００４０】
また第２ハードバイアス層３６ａには、第２ハードバイアス層３６ｂに形成された第１の側面４０とＸ１−Ｘ２方向にて対向する側面（対向面）４３が形成されている。第２ハードバイアス層３６ａの側面４３と第２ハードバイアス層３６ｂの第１の側面４０とは略平行に設けられ、よって、第２ハードバイアス層３６ａの側面４３は、第２ハードバイアス層３６ｂの第１の側面４０と同じ方向に傾いて形成されている。
【００４１】
また第２ハードバイアス層３６ｃには、第２ハードバイアス層３６ｂに形成された第２の側面４１とＸ１−Ｘ２方向にて対向する側面（対向面）４４が形成されている。第２ハードバイアス層３６ｃの側面４４と第２ハードバイアス層３６ｂの第２の側面４１とは略平行に設けられ、よって、第２ハードバイアス層３６ｃの側面４４は、第２ハードバイアス層３６ｂの第２の側面４１と同じ方向に傾いて形成されている。
【００４２】
図３に示すように、第２ハードバイアス層３６ａの側面４３及び第２ハードバイアス層３６ｃの側面４４は、平面視にて、第２素子部３５と対向した位置に設けられている。
【００４３】
図３に示すように、各第２ハードバイアス層３６ａ〜３６ｃは、Ｙ２側からＹ１方向（第２の方向）に向けて着磁されている。つまり着磁方向は図２に示す第１ハードバイアス層３１と同一方向である。
【００４４】
しかしながら第１ハードバイアス層３１と違って、各第２ハードバイアス層３６ａ〜３６ｃでは傾斜した各側面４０，４１，４３，４４間にＸ１−Ｘ２方向（第１の方向）と平行な第２バイアス磁界Ｂ２が生じる。このように第２バイアス磁界Ｂ２は、着磁方向（Ｙ１−Ｙ２方向）とは直交する方向（Ｘ１−Ｘ２方向）から第２素子部３５に供給されるのである。
【００４５】
図２に示す第１磁気抵抗効果素子１５ａと第２磁気抵抗効果素子１６ａの平面構成は、第１センサチップ１１に形成される他の第１磁気抵抗効果素子１５ｂ及び第２磁気抵抗効果素子１６ｂにおいても同様である。また図２の図面を１８０度回転させれば第２センサチップ１２に設けられる第１磁気抵抗効果素子１５ｃ，１５ｄ及び第２磁気抵抗効果素子１６ｃ，１６ｄの平面構成と同じになる。
【００４６】
図４（ａ）の縦断面図（図３に示すＡ−Ａ線に沿って切断した部分縦断面図）に示すように、第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２素子部３５は、支持基板９上に絶縁層５０を介して形成されている。また、第２素子部３５上には、絶縁層５１が設けられ、各第２ハードバイアス層３６が絶縁層５１の平坦化面上に形成される。
【００４７】
このように図４（ａ）の構成では、第２素子部３５と第２ハードバイアス層３６との間の高さ方向（Ｚ１−Ｚ２）に、絶縁層５１が存在するが、絶縁層５１の膜厚が厚くなると、第２ハードバイアス層３６から第２素子部３５に流入する第２バイアス磁界Ｂ２の水平方向成分が弱くなるため、第２素子部３５上に位置する絶縁層５１を薄く形成することが好適である。
【００４８】
あるいは図４（ｂ）に示すように、第２素子部３５の一部を除去して、その除去された凹部３５ａ上に第２ハードバイアス層３６を形成してもよい。ただし、図４（ｂ）及び次に説明する図４（ｃ）では、各素子連結体３７間を跨ぐ第２ハードバイアス層３６を分離して、電流が各素子連結体３７間に第２ハードバイアス層３６を介して流れないようにしている。
【００４９】
または図４（ｃ）に示すように、第２ハードバイアス層３６の形成位置における第２素子部３５を全て削除して、分離した各第２素子部３５の間に第２ハードバイアス層３６を介在させる構成とすることも出来る。
【００５０】
図４に示す各構造は、図２に示す第１磁気抵抗効果素子１５の第１素子部３０と第１ハードバイアス層３１においても同様に適用される。
【００５１】
図５は、第１素子部３０の部分縦断面図である。図５に示すように、第１素子部３０は、例えば下から非磁性下地層６０、固定磁性層６１、非磁性層６２、フリー磁性層６３及び保護層６４の順に積層されて成膜される。第１素子部３０を構成する各層は、例えばスパッタにて成膜される。
【００５２】
図５に示す実施形態では、固定磁性層６１は第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂと、第１磁性層６１ａ及び第２磁性層６１ｂ間に介在する非磁性中間層６１ｃとの積層フェリ構造である。各第磁性層６１ａ，６１ｂ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６１ｃはＲｕ等である。非磁性層６２はＣｕ（銅）などの非磁性材料で形成される。フリー磁性層６３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。保護層６４はＴａ（タンタル）などである。
【００５３】
本実施形態では固定磁性層６１を積層フェリ構造として、第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂとが反平行に磁化固定されたセルフピン止め構造である。従来では、反強磁性層を固定磁性層に接して形成し、磁場中熱処理によって反強磁性層と固定磁性層との間に交換結合磁界Ｈｅｘを生じさせて、固定磁性層を所定の方向に磁化固定していたが、本実施形態では、反強磁性層を用いず、よって磁場中熱処理を施すことなく固定磁性層６１を構成する各磁性層６１ａ，６１ｃを磁化固定している（セルフピン止め構造）。なお、各磁性層６１ａ，６１ｂの磁化固定力は、外部磁界Ｈが作用したときでも磁化揺らぎが生じない程度の大きさであれば足りる。
【００５４】
磁化固定力を高めるには、固定磁性層６１を積層フェリ構造として、各磁性層６１ａ，６１ｂの間に非磁性中間層６１ｃを介したＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を生じさせ、更に、各磁性層６１ａ，６１ｂに比較的高い保磁力Ｈｃを有する磁性材料（例えばＣｏＦｅ合金）を用いたり、非磁性下地層６０を、固定磁性層６１の保磁力Ｈｃをより効果的に増大させることが可能な層（例えば、（ＮｉＦｅＣｒやＣｕ）として形成したり、非磁性下地層６０を、固定磁性層６１の磁歪定数λｓをより効果的に増大させることが可能な層（例えば、薄くて反強磁性を帯びないＩｒＭｎやＰｔＭｎ等の非磁性金属層）として形成する。
【００５５】
図５に示す積層構造は第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２素子部３５においても同じである。
【００５６】
また各ハードバイアス層３１，３６は例えばＣｏＰｔやＣｏＰｔＣｒであるが特に材料を限定するものではない。
【００５７】
本実施形態は、同一のセンサチップ１１、１２に、感度軸方向である固定磁性層６１の磁化固定方向（第２磁性層６１ｂの磁化方向で定義される）が直交する第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６とを形成することを可能とするものである。
【００５８】
そのためには、いくつかの要件が必要になる。まず一つ目は、例えば、第１磁気抵抗効果素子１５を第２磁気抵抗効果素子１６よりも先に形成し、第１磁気抵抗効果素子１５の固定磁性層６１を磁化固定した後、前記第２磁気抵抗効果素子１６の固定磁性層６１の磁化固定方向（Ｐ２）を、第１磁気抵抗効果素子１５の磁化固定方向（Ｐ１）と９０度異なる方向に調整する際に、第１磁気抵抗効果素子１５の磁化固定方向（Ｐ１）が変化しないようにすることである。二つ目は、第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６に用いられる各ハードバイアス層３１，３６の着磁方向は同一方向のまま、第１磁気抵抗効果素子１５に供給される第１バイアス磁界Ｂ１と第２磁気抵抗効果素子１６に供給される第２バイアス磁界Ｂ２の方向が９０度異なるように調整することである。着磁方向を同じ方向にしないと、各ハードバイアス層３１，３６を適切に着磁することが難しくなる。
【００５９】
そこで本実施形態では、まず上記で説明したように第１素子部３０及び第２素子部３５を構成する固定磁性層６１をセルフピン止め構造とした。本実施形態では、磁場処理により固定磁性層６１を構成する第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂとの間にＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を生じさせて反平行に磁化固定するが、このとき従来のように熱処理は施さない。従来のように熱処理を行う場合には、一旦、磁化固定されても熱処理により、磁化固定状態が崩れてしまうが、本実施形態では、熱処理を施す必要がないように、セルフピン止め構造としたため、同じセンサチップ１１，１２に、磁化固定方向（Ｐ１，Ｐ２）が異なる第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６とを適切に形成できる。
【００６０】
続いて本実施形態では、図２に示すように第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１ハードバイアス層３１は第１素子部３０に対して着磁方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と同方向から第１バイアス磁界Ｂ１を作用させることができ、第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２ハードバイアス層３６は第２素子部３５に対して着磁方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と直交する方向（Ｘ１−Ｘ２方向）から第２バイアス磁界Ｂ２を作用させることができる。よって、第１ハードバイアス層３１と第２ハードバイアス層３６の着磁方向（Ｙ１−Ｙ２方向）を同一方向にして、第１素子部３０と第２素子部３５に供給される各バイアス磁界Ｂ１，Ｂ２の方向を９０度異ならせることが出来る。
【００６１】
以上により、同一のセンサチップ１１、１２に、感度軸方向である固定磁性層６１の磁化固定方向（第２磁性層６１ｂの磁化方向で定義される）が直交する第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６とを形成することが可能になる。
【００６２】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は本実施形態における磁気センサの製造方法を示す一工程図である。各図は製造工程中における平面図を図１（ａ）と同様に概念的に示したものである。なお図６（ａ）〜図６（ｂ）でのＸ−Ｙ方向は、図１（ａ）に対して９０度回転している。
【００６３】
図６（ａ）では、基板６５を用意する。基板６５は、第１センサチップ１１となる第１の領域６５ａと、第２センサチップ１２となる第２の領域６５ｂとを有している。
【００６４】
図６（ａ）の工程では、基板６５の第１の領域６５ａ及び第２の領域６５ｂに夫々、２個ずつ第１磁気抵抗効果素子１５を形成する。磁場処理を施して積層フェリ構造の固定磁性層６１をＸ１−Ｘ２方向に磁化固定する。図６（ａ）に示すＰ１は、第１磁気抵抗効果素子１５を構成する固定磁性層６１の第２磁性層６１ｂの磁化固定方向である。
【００６５】
次に、図６（ｂ）の工程では、基材６５の第１の領域６５ａ及び第２の領域６５ｂに夫々、２個ずつ第２磁気抵抗効果素子１６を形成する。磁場処理を施して積層フェリ構造の固定磁性層６１を、第１磁気抵抗効果素子１５と直交するＹ１−Ｙ２方向に磁化固定する。図６（ｂ）に示すＰ２は、第２磁気抵抗効果素子１６を構成する固定磁性層６１の第２磁性層６１ｂの磁化固定方向である。
【００６６】
本実施形態では、各固定磁性層６１の磁化固定制御に対して熱処理を施さないため、図６（ｂ）の工程で、第２磁気抵抗効果素子１６の固定磁性層６１をＹ１−Ｙ２方向に磁化固定するために磁場を施しても、図６（ａ）の工程にて、既に形成された第１磁気抵抗効果素子１５の固定磁性層６１の磁化固定方向（Ｐ１）をＸ１−Ｘ２方向に向けた状態のまま適切に保つことが出来る。
【００６７】
次に図６（ｃ）の工程では、第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１ハードバイアス層３１と、第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２ハードバイアス層３６をＹ１−Ｙ２方向に向けて同時に着磁する。これにより、第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１素子部３０には第１ハードバイアス層３１からＹ１方向の第１バイアス磁界Ｂ１が供給され、第１素子部３０を構成するフリー磁性層６３の磁化方向がＹ１方向に揃えられる。一方、第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２素子部３５には第２ハードバイアス層３６からＸ１−Ｘ２方向の第２バイアス磁界Ｂ２が供給され、第２素子部３５を構成するフリー磁性層６３の磁化方向がＸ１−Ｘ２方向に揃えられる。
【００６８】
第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１素子部３０及び第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２素子部３５を図２に示すようなミアンダ形状に形成する工程は、第１ハードバイアス層３１及び第２ハードバイアス層３６を形成する前であれば、特にどの時点で行うか限定しない。つまり、図６（ａ）では第１磁気抵抗効果素子１５を成膜し、更に第１磁気抵抗効果素子１５の固定磁性層６１に対して磁場処理も施して磁化固定制御を行うが、例えば第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１素子部３０を一定領域内にベタ膜状態で残しておき、更に第１素子部３０上をレジスト等で保護した後、図６（ｂ）の工程で第２磁気抵抗効果素子１６を成膜し、更に第２磁気抵抗効果素子１６の固定磁性層６１に対して磁場処理を施して磁化固定制御を行う。第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２素子部３５も一定領域にベタ膜状態で残しておき、その後、第１素子部３０と第２素子部３５とを同時に、図２に示すようなミアンダ形状に加工する。そして、第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１ハードバイアス層３１と、第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２ハードバイアス層３６とを同時に成膜し、更に同時に、第１ハードバイアス層３１と第２ハードバイアス層３６とを同一方向に着磁する。
【００６９】
次に図６（ｃ）では、基板６５をＢ−Ｂ線に沿って切断すると、二つのセンサチップが完成する。そして一方を第１センサチップ１１とし、他方を１８０度ひっくり返して第２センサチップ１２として、図１（ａ）に示す支持基板９上に取り付ける。
【００７０】
本実施形態では、第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１素子部３０の固定磁性層６１及び第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２素子部３５の固定磁性層６１を夫々、第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂとが非磁性中間層６１ｃを介して積層された積層フェリ構造とするとともに、反強磁性層を使用しないセルフピン止め構造とした。更に、第１磁気抵抗効果素子１５を構成する第１ハードバイアス層３１と第２磁気抵抗効果素子１６を構成する第２ハードバイアス層３６とを例えば図２に示すような形状及び各素子部３０，３５との配置とすることで、各ハードバイアス層３１，３６の着磁方向を同一方向としたまま、第１ハードバイアス層３１から第１素子部３０に供給される第１バイアス磁界Ｂ１が、着磁方向と平行な方向となるように、第２ハードバイアス層３６から第２素子部３５に供給される第２バイアス磁界Ｂ２が、前記着磁方向とは直交する方向となるように制御した。
【００７１】
これにより、同一のセンサチップ１１，１２上に、感度軸が直交する第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６とを形成することが可能になる。したがって、同一チップに同じ感度軸の磁気抵抗効果素子しか形成できなかった従来に比べてチップ数を減らすことができる。
【００７２】
よって、第１センサチップ１１に形成された各磁気抵抗効果素子１５，１６と、第２センサチップ１２に形成された各磁気抵抗効果素子１５，１６との間での位置ずれ等を小さくでき、高精度なリニア出力（アナログ出力）を得ることができる等、センサ出力の安定化を図ることができる。更にチップ数が減ることで製造効率の向上を図ることが可能になる。
【００７３】
また図１（ｂ）に示す第１ブリッジ回路７と第２ブリッジ回路８とを有する回路構成により、センサ出力を大きくでき、検出精度を向上させることが可能である。
【００７４】
図７は、本実施形態における磁気センサ１０の使用形態の一例である。図７（ａ）に示すように、磁気センサ１０と高さ方向（Ｚ）に間隔を空けて磁石７０が対向している。磁石７０は例えば、磁気センサ１０との対向面７０ａがＮ極で、反対面７０ｂがＳ極である。図７（ａ）に示すように磁石７０から磁気センサ１０にかけて外部磁界Ｈが作用する。
【００７５】
図７（ｂ）は、磁気センサ１０を構成する第１センサチップ１１と第２センサチップ１２の平面図と、磁石７０の外形を重ね合わせた図である。図７（ａ）（ｂ）は、ちょうど磁石７０の中心Ｏが磁気センサ１０の中心に位置して、図１（ｂ）に示す各出力端子（ＶＸ１，ＶＸ２，ＶＹ１，ＶＹ２）から得られる出力に基づいて磁石７０の中心Ｏが磁気センサ１０の中点位置にあることが検知される。そして例えば磁石７０がＸ方向に移動すれば、Ｘ方向を検知するための各第１磁気抵抗効果素子１５ａ〜１５ｄの電気抵抗が変化し、それにより出力端子（ＶＸ１，ＶＸ２）２２，２３の各出力値より算出した差動出力を得ることができる。一方、この実施形態では、磁石７０がＸ方向に移動すれば、Ｙ方向を検知するための各第２磁気抵抗効果素子１６ａ〜１６ｄの電気抵抗も変化するが、出力端子（ＶＹ１，ＶＹ２）２４，２５の各出力値より算出した差動出力は変化しない。よって、図１（ｂ）の回路から得られるＸ方向検知回路及びＹ方向検知回路の各出力に基づいて、磁石７０がＸ方向にどの程度移動したかを検知できる。当然、磁石７０がＹ方向に動いた場合、磁石７０がＸ方向とＹ方向の間に斜めに移動した場合でも、磁石７０の移動方向及び移動量（相対位置）を知ることができる。
【００７６】
図８は第２実施形態の磁気センサを示す。図８（ａ）は、磁気センサを構成するセンサチップの製造過程を示し（図６（ｃ）と同じ）、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ線より基板８０を切断して形成された第１センサチップ８１と第２センサチップ８２とを支持基板（図示しない）上に配置した状態の磁気センサの平面図を示す。
【００７７】
図８に示す各第１磁気抵抗効果素子１５及び第２磁気抵抗効果素子１６の構成は図１（ａ）と変わるところがない。図８では、各磁気抵抗効果素子１５，１６に対して２個ずつ電極部８３が設けられている。各磁気抵抗効果素子１５，１６に接続する一方の電極部８３は、入力端子かグランド端子に接続し、他方の電極部８３は出力端子に接続される。
【００７８】
一方、図１（ａ）では、各センサチップ１１，１２に設けられた第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６の間で入力端子Ｖｄｄ及びグランド端子ＧＮＤに繋がる電極部１８を共通化にしている。よって図１（ａ）の磁気センサ１０では図８の磁気センサに比べて電極数を少なく出来る。
【００７９】
本実施形態では、図２に示すように、第２ハードバイアス層３６から、その両側に位置する各第２素子部３５に、１８０度反対方向の第２バイアス磁界Ｂ２が供給されるが、各第２素子部３５に、一方向の第２バイアス磁界Ｂ２のみが供給されるようにすることも第２ハードバイアス層３６と第２素子部３５との位置関係等を変更すれば可能である。
【００８０】
本実施形態では図１（ｂ）に示すように、ブリッジ回路を構成する全ての素子が磁気抵抗効果素子であったが、例えばいくつかを固定抵抗とすることもできる。本実施形態では、同一チップ上に少なくとも一つずつ第１磁気抵抗効果素子１５と第２磁気抵抗効果素子１６とが形成されたものであってもよい。
【００８１】
また支持基板９上に配置されるチップ数も２であるとは限定されない。一つであってもよいし３以上であってもよい。ただし、少なくとも本実施形態では、従来に比べてチップ数を減らすことが可能になる。
【符号の説明】
【００８２】
Ｂ１  第１バイアス磁界
Ｂ２  第２バイアス磁界
Ｐ１、Ｐ２  磁化固定方向
１０  磁気センサ
１１、８１  第１センサチップ
１２、８２  第２センサチップ
１５、１５ａ〜１５ｄ  第１磁気抵抗効果素子
１６、１６ａ〜１６ｄ  第２磁気抵抗効果素子
２０  入力端子
２１  グランド端子
２２〜２５  出力端子
３０  第１素子部
３１  第１ハードバイアス層
３５  第２素子部
３６、３６ａ〜３６ｃ  第２ハードバイアス層
４０、４１，４３，４４  側面
６１  固定磁性層
６１ａ、６１ｂ  磁性層
６１ｃ  非磁性中間層
６３  フリー磁性層
７０  磁石
【図１】
0005453198.tif 000002
【図２】
0005453198.tif 000003
【図３】
0005453198.tif 000004
【図４】
0005453198.tif 000005
【図５】
0005453198.tif 000006
【図６】
0005453198.tif 000007
【図７】
0005453198.tif 000008
【図８】
0005453198.tif 000009