(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子からなり、簡便なプロセスにより作成することが可能な多軸磁気センサを提供すること。【解決手段】磁化が第一の方向に固定されたピンド層と、磁化の向きを第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に配設された磁気収束手段とを備える。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサであって、
磁化が第一の方向に固定されたピンド層と、前記磁化の向きを前記第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、
前記複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に配設された磁気収束手段と
を具えたことを特徴とする多軸磁気センサ。
【請求項２】
前記フリー層は、前記第一の方向と直交する第二の方向に磁化容易軸が誘導され、又は、前記第二の方向に磁化が誘導されることを特徴とする請求項１記載の多軸磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気収束手段は、外部磁場に対して、所定の領域の磁場の向き及び大きさを変化させる磁気収束体であることを特徴とする請求項１又は２記載の多軸磁気センサ。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子は、単抵抗体として構成され、
該単抵抗体を定電流源により駆動することにより、少なくとも２つの単抵抗体から得られる端子間電圧の差を出力することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子は、ホイートストンブリッジとして構成され、
該ホイートストンブリッジを定電流源により駆動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項６】
ＬＳＩが形成されたＳｉを含む基板をさらに具え、
前記ＬＳＩと前記磁気抵抗効果素子とが電気的に接続されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子は、ＴＭＲ素子からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ素子からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項９】
前記フリー層の磁化が、前記磁気抵抗効果素子の近傍に配置されたバイアス磁石により誘導されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項１０】
前記フリー層の磁化が、前記磁気抵抗効果素子の近傍に配置された電気配線を流れる電流によって生成された磁場により誘導されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項１１】
前記フリー層の磁化容易軸が、形状異方性により誘導されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項１２】
前記複数の磁気抵抗効果素子を用いて、３軸の磁場を検出することが可能であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の多軸磁気センサ。
【請求項１３】
２軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサの製造方法であって、
一つの基板の平面上に、磁化が第一の方向に固定されたピンド層を形成する工程と、
前記磁化が第一の方向に固定されたピンド層上に、中間層を介して前記磁化の向きを前記第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層を形成し、これによって複数の磁気抵抗効果素子を作成する工程と、
前記複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に、磁気収束手段を配設する工程と
を具えたことを特徴とする多軸磁気センサの製造方法。
【請求項１４】
前記フリー層は、前記第一の方向と直交する第二の方向に磁化容易軸が誘導され、又は、前記第二の方向に磁化が誘導されることを特徴とする請求項１３記載の多軸磁気センサの製造方法。
【請求項１５】
前記磁気収束手段は、磁場によって所定の領域における磁化の向きおよび大きさが変化する磁気収束体であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の多軸磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの基板上に形成され、少なくとも２軸以上の磁場成分を検出可能な、磁気抵抗効果素子からなる多軸磁気センサ、および、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気の検出のように３軸方向の磁場成分を検出する用途においては、従来から、１軸方向を検出できる、例えばホール素子、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス素子などの磁気センサ３組を、３軸方向（ｘ，ｙ，ｚ軸）にぞれぞれの感磁方向を向けて一つのパッケージに組み立てることにより、３軸検出可能な電子コンパスとして構成する方法が知られている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献２においては、センサを形成する基板上に傾斜部を設け、その斜面に磁気抵抗効果素子を形成することにより、１つの基板内に、水平方向（ｘ，ｙ軸）及び鉛直方向（ｚ軸）の磁場を検出するセンサを作製する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４９５２４０号公報
【特許文献２】特開２００７−２１２２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の特許文献１にあるような方法では、センサチップ自体のコストに加え、特別な組立技術が必要になることから、コスト高になるという課題がある。
【０００６】
また、特許文献２にある方法においては、水平方向の２軸の磁場を検出するセンサを作製するために、各センサチップ内において、Ｎ極、Ｓ極を組み合わせた永久磁石のアレイを用いて、４つの異なる方向（±ｘ軸、±ｙ軸）にピンド層の磁化を固定する処理を行っている。またｚ軸の磁場を検出するために、基板に傾斜部を設け、その上に磁気抵抗効果素子を形成する方法をとっている。こうしたチップ毎の処理や特殊なプロセスは、製造工程を複雑化し、コスト高となる課題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡便なプロセスにより、３軸の磁場成分を検出可能な、磁気抵抗効果素子からなる３軸磁気センサ、および、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明において、２軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサであって、磁化が第一の方向に固定されたピンド層と、磁化の向きを前記第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に配設された磁気収束手段とを具えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明において、フリー層は、第一の方向と直交する第二の方向に磁化容易軸が誘導され、又は、第二の方向に磁化が誘導されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明において、前記磁気収束手段は、外部磁場に対して、所定の領域の磁場の向き及び大きさを変化させる磁気収束体であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、単抵抗体として構成され、該単抵抗体を定電流源により駆動することにより、少なくとも２つの単抵抗体から得られる端子間電圧の差を出力することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、ホイートストンブリッジとして構成され、該ホイートストンブリッジを定電流源により駆動することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明において、ＬＳＩが形成されたＳｉを含む基板をさらに具え、ＬＳＩと磁気抵抗効果素子とが電気的に接続されることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、ＴＭＲ素子からなることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明において、磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ素子からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明において、フリー層の磁化が、磁気抵抗効果素子の近傍に配置されたバイアス磁石により誘導されることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明において、フリー層の磁化が、磁気抵抗効果素子の近傍に配置された電気配線を流れる電流によって生成された磁場により誘導されることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明において、フリー層の磁化容易軸が、形状異方性により誘導されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の発明において、複数の磁気抵抗効果素子を用いて、３軸の磁場を検出することが可能であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の発明において、２軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサの製造方法であって、一つの基板の平面上に、磁化が第一の方向に固定されたピンド層を形成する工程と、磁化が第一の方向に固定されたピンド層上に、中間層を介して磁化の向きを第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層を形成し、これによって複数の磁気抵抗効果素子を作成する工程と、複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に、磁気収束手段を配設する工程とを具えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、磁化が第一の方向に固定されたピンド層と、磁化の向きを第一の方向とは異なる第二の方向へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子と、複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域内に配設された磁気収束手段とを具えたので、製造プロセスにおいてピンド層の磁化方向が１方向のみの磁気抵抗効果素子を用いて多軸磁気センサを作製することが可能となり、これにより、多軸磁気センサを構成する基板上に複数の向きにピンド層の磁化が固定された、複数の磁気抵抗効果素子を設ける必要がなくなり、簡便な製造プロセスを用いて多軸の磁場成分を検出可能な磁気抵抗効果素子からなる多軸磁気センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、磁気抵抗効果素子の基本構成を示す説明図である。
【図２】磁気抵抗効果素子の構成を示し、（ａ）はピンド層の磁化方向と直交する方向に磁化容易軸が誘導された場合の説明図、（ｂ）はピンド層の磁化方向と直交する方向に磁化が誘導された場合の説明図である。
【図３】磁気抵抗効果素子の抵抗値の磁場に対する依存性を示す説明図である。
【図４】磁気収束板の形状を示す説明図である。
【図５】磁気収束板の底面から５ｕｍ下方における磁場の分布を示し、Ｘ軸方向に外部磁場１Ｏｅを印加したときのＸ軸方向に発生する磁場を示す説明図である。
【図６】磁気収束板の底面から５ｕｍ下方における磁場の分布を示し、Ｙ軸方向に外部磁場１Ｏｅを印加したときのＸ軸方向に発生する磁場を示す説明図である。
【図７】磁気収束板の底面から５ｕｍ下方における磁場の分布を示し、Ｚ軸方向に外部磁場１Ｏｅを印加したときのＸ軸方向に発生する磁場を示す説明図である。
【図８】図４の磁気収束板に対する位置関係を表す代表的な点を示す説明図である。
【図９】図８の点の座標値と、磁場の大きさを示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態である、磁気抵抗効果素子を単抵抗体として用いた場合の磁気センサの構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態である、磁気抵抗効果素子を組み合わせたホイートストンブリッジ型の磁気センサの構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態である、３軸方向の磁場を検出可能な３軸磁気センサの構成例を示す平面図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態である、３軸方向の磁場を検出可能な３軸磁気センサの構成例を示す平面図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態である、３軸方向の磁場を検出可能な３軸磁気センサの構成例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態である、磁気抵抗効果素子のフリー層の近傍に形成されたバイアス磁石により、フリー層の磁化がピンド層の磁化と直交する方向に誘導されていることを示す説明図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態である、磁気抵抗効果素子のフリー層の近傍に形成された電気配線により、フリー層の磁化がピンド層の磁化と直交する方向に誘導されていることを示す説明図である。
【図１７】磁気抵抗効果素子のフリー層の近傍に形成された電気配線の他の構成例を示す説明図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態である、フリー層の磁化容易軸が形状異方性により、ピンド層の磁化と直交する方向に誘導される構成を示し、（ａ）は形状異方性を有する磁気抵抗効果素子の長軸方向に磁場を印加することにより、長軸方向に垂直な断面に磁極が誘導された状態を示す説明図であり、（ｂ）は形状異方性を有する磁気抵抗効果素子の短軸方向に磁場を印加することにより、短軸方向に垂直な断面に磁極が誘導された状態を示す説明図である。
【図１９】ピンド層の磁化方向と直交する方向に磁化容易軸が誘導された磁気抵抗効果素子の構成を示す説明図である。
【図２０】本発明の第９の実施の形態である、磁気抵抗効果素子の感磁面に垂直な方向から見た構成を示し、（ａ）は矩形を示す平面図、（ｂ）はメアンダー形状の磁気抵抗効果素子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図９に基づいて説明する。
【００２４】
＜概要＞
まず、多軸磁気センサの概略構成について説明する。
【００２５】
本例では、２軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサを構成する、図１〜図３に示す複数の磁気抵抗効果素子１と、図４〜図９に示す磁気収束手段１０について説明する。
【００２６】
各磁気抵抗効果素子１は、磁化が第一の方向Ｘに固定されたピンド層２と、磁化の向きを第二の方向Ｙを含む第一の方向Ｘとは異なる方向へ変えることが可能なフリー層４とを有する。フリー層４は、第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙに磁化容易軸が誘導され、又は、第二の方向に磁化が誘導されるように構成してもよい。
【００２７】
磁気収束手段１０は、複数の磁気抵抗効果素子１の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う領域内に配設される。この磁気収束手段１０は、磁性体により構成される。この磁性体は、外部磁場によって磁性体の磁化が変化することにより、所定の領域における磁場の向きおよび大きさが変化する磁気収束体として構成してもよい。
【００２８】
以下、具体例を挙げて説明する。
【００２９】
＜具体例＞
図１は、磁気抵抗効果素子１の基本構成を示す。
【００３０】
磁気抵抗効果素子１は、大きくは、ピンド層２と、中間層３と、フリー層４とからなる。磁化の固定されたピンド層２と、磁化の向きを変えることのできるフリー層４との、相対的な磁化の角度によって膜面に水平方向の、又は膜面に垂直方向の抵抗値が変化する特徴を持つ。
【００３１】
磁気抵抗効果素子１がＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子の場合には、中間層３はＣｕなどの導電層から構成される。
【００３２】
磁気抵抗効果素子１がＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子の場合には、中間層３はＡｌ2Ｏ3、ＭｇＯなどの絶縁層から構成される。磁気抵抗効果の膜を形成した後、磁場中での熱処理（アニール処理）を行うことにより、その磁場方向にピンド層の磁化が固定される。
【００３３】
図２は、単独の磁気抵抗効果素子１の構成例を示す。
【００３４】
図２（ａ）は、フリー層４の磁化容易軸がピンド層２の磁化の向きと直交する方向に誘導された状態を示す。図２（ｂ）は、フリー層４の磁化がピンド層２の磁化の向きと直交する方向に誘導された状態を示す。この第１の例において、磁気抵抗効果素子１はＸ軸の方向に１ｕｍ、Ｙ軸の方向に１０ｕｍの矩形形状を有する。
【００３５】
図３は、磁気抵抗効果素子１の抵抗の磁場に対する依存性を示す。
【００３６】
磁場はピンド層２の磁化の方向に印加し、ピンド層２の磁化の向きを正とする。無磁場の状態では、ピンド層２とフリー層４の磁化は直交している。正の向きに弱い磁場を印加した場合、フリー層４の磁化がピンド層４の向きに揃う方向に動くことから、抵抗値が減少していき、一定以上の磁場では飽和する。一方で、負の向きに弱い磁場を印加した場合、フリー層４の磁化がピンド層２の向きと逆方向に動くことから、抵抗値が上昇していき、一定以上の磁場では飽和が見られ、さらに強い磁場を印加すると、固定されていたピンド層の磁化が負の向きを向き始めるため、抵抗値が減少する。従って、ピンド層２の向きを感度軸としてとることで、上記一定の正負の磁場よりも小さい外部磁場に対して、線形に変化する特性を得ることができる。
【００３７】
＜磁気収束板＞
図４〜図７は、磁気収束板１０の形状と、磁気収束板１０の底面から５ｕｍ下方（ｚ軸方向）における、磁場分布を示す。
【００３８】
図４は、磁気収束板１０の模式図である。
【００３９】
図５は、Ｘ方向へ１Ｏｅの磁場を印加した場合の、Ｘ方向の磁場分布を示す（単位：Ｏｅ）。
【００４０】
図６は、Ｙ方向へ１Ｏｅの磁場を印加した場合の、Ｘ方向の磁場分布を示す（単位：Ｏｅ）。
【００４１】
図７は、Ｚ方向へ１Ｏｅの磁場を印加した場合の、Ｘ方向の磁場分布を示す（単位：Ｏｅ）。
【００４２】
外部から印加された磁場は、磁気収束板１０の磁化により、その向きや大きさが変化する。X軸方向のみではなく（図５）、Ｙ軸（図６）、あるいはＺ軸方向（図７）に磁場を印加した場合でも、Ｘ軸方向の磁場成分が、その形状に依存してある割合で発生する。
【００４３】
従って、この磁気収束板１０の下に、Ｘ軸方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子１を配置することによって、３軸方向すべてに感度を持つ磁気抵抗効果素子１を作ることができる。
【００４４】
なお、この磁気収束板１０の役割は、外部磁場を歪ませることで磁気抵抗効果素子１の感度軸方向の磁場を発生させることであるから、その形状は本例のように直方体に限らず、円柱、楕円柱、あるいは複数の磁気収束板を組み合わせるなど、目的を達成する範囲で変更することができる。また、磁気収束板の材料としては保磁力の小さく、透磁率の高い軟磁性体を用いることが好ましく、パーマロイ（ＮｉＦｅ）を用いることが好適である。
【００４５】
図８は、図５〜図７における代表的な点を示す。
【００４６】
図９は、その領域１１の各点（(１)〜（１０））におけるＸ軸方向の磁場の大きさを示す。
【００４７】
ここでは、図８の各点（(１)〜（１０））の座標値（Ｘ，Ｙ）と（単位：ｕｍ）、磁場の大きさを示す（単位：Ｏｅ）。いずれの点もＺ座標は、−５（磁気収束板の底面から５ｕｍ下方）である。
【００４８】
一例として、領域１１の点（１）の位置においては、Ｘ軸方向に外部磁場を１Ｏｅ印加したときに、１．０７  ＯｅのＸ軸方向の磁場が発生し、Ｙ軸方向に外部磁場１Ｏｅを印加したときに、−０．０８  ＯｅのＸ軸方向の磁場が発生し、Ｚ軸方向に外部磁場１Ｏｅを印加したときに、０．０２  ＯｅのＸ軸方向の磁場が発生したことを示す。
【００４９】
磁気収束手段としての磁性体である磁気収束板１０の形状は、第一の方向Ｘ及び第二の方向Ｙに対して略線対称の形状としてもよい。また、複数の磁気抵抗効果素子１は、第一の方向Ｘに対して線対称の位置に２つと、第二の方向Ｙに対して線対称の位置に２つとを含んでもよい。
【００５０】
上述したように、磁化が第一の方向Ｘに固定されたピンド層２と、磁化の向きを第一の方向Ｘとは異なる第二の方向（本例では、第一の方向Ｘと直交する第二の方向）へ変えることが可能なフリー層とを有する複数の磁気抵抗効果素子１と、複数の磁気抵抗効果素子１の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う領域内に配設された磁気収束手段１０とを具えたので、製造プロセスにおいてピンド層の磁化方向が１方向のみの磁気抵抗効果素子１を用いて、多軸磁気センサを作製することが可能となる。その結果、多軸磁気センサを構成する基板上に複数の向きにピンド層の磁化が固定された、複数の磁気抵抗効果素子１を配置するための傾斜部を従来のように設ける必要がなくなるため、簡便な製造プロセスを用いて多軸の磁場成分を検出可能な磁気抵抗効果素子１からなる多軸磁気センサを得ることができる。
【００５１】
［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図１０に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００５２】
本例は、磁気抵抗効果素子１を単抵抗体２１，２２として構成した例である。
【００５３】
図１０は、単抵抗体２１，２２を有する磁気センサ２０の構成である。この磁気センサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１−Ｖ２
＝（ΔＲ１−ΔＲ２）×Ｉｉｎ      …  （１）
【００５４】
この単抵抗体２１，２２は、定電流源Ｉｉｎにより駆動されており、その端子間電圧Ｖ１，Ｖ２が初期の抵抗値Ｒ、及び磁気抵抗変化分ΔＲによる影響を含む出力電圧Ｖｏｕｔである。
【００５５】
単抵抗体２１，２２とは、ホイートストンブリッジのような４端子素子としてではなく、２端子素子として使用することを指し、磁気抵抗効果素子１を単独で使用する、あるいは複数個を直列、並列に並べた上で、２端子素子として使用する場合も含む。
【００５６】
Ｘ軸のみに感度を有する磁気センサ２０は、図８における、領域１１の点（１０）と点（５）の位置に磁気抵抗効果素子１である単抵抗体２１，２２を配置し、その出力差をとることで構成される。
【００５７】
このとき、Ｘ軸方向の外部磁場１Ｏｅを印加した場合には、図９の表より、領域１１の点（１０）の位置においては、１．０３Ｏｅの磁場が発生し、また点（５）の位置においては０．４１Ｏｅの磁場が発生する。従って点（１０）と点（５）の位置にある単抵抗体からの出力差をとることにより、１．０３−０．４１＝０．６２  Ｏｅの磁場変化に相当する出力電圧が得られる。一方、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の外部磁場に対しては、領域１１の点（１０）、点（５）の位置におけるＸ軸成分はいずれも同じ（ゼロ）であり、出力差はゼロとなる。
【００５８】
また、Ｙ軸のみに感度を有する磁気センサは、領域１１の点（３）と点（１）との差をとることで構成される。このとき、Ｙ軸方向の外部磁場１Ｏｅを印加した場合には、０．０８−（−０．０８）＝０．１６Ｏｅの磁場変化に相当する出力電圧が得られる。一方、Ｘ軸、Ｚ軸方向の外部磁場に対しては、出力差がゼロとなる。
【００５９】
同様に、Ｚ軸のみに感度を有する磁気センサ２０は、領域１１の点（２）と点（８）との差をとることで構成される。このとき、Ｚ軸方向の外部磁場１Ｏｅを印加した場合には、０．０８−（−０．０８）＝０．１６Ｏｅの磁場変化に相当する出力電圧が得られる。一方、Ｘ軸、Ｙ軸方向の外部磁場に対しては出力差がゼロとなる。
【００６０】
なお、本例では、定電流源Ｉｉｎにより駆動された各単抵抗体２１，２２の端子間電圧の差を利用することが特徴であるから、図１０に示すように、各抵抗体２１，２２の一端が接地（Ｇｎｄ）されていることは必須要件ではない。
【００６１】
［第３の例］
本発明の第３の実施の形態を、図１１に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００６２】
本例は、磁気抵抗効果素子３１〜３４を組み合わせたホイートストンブリッジ型の磁気センサ３０の構成例を示す。
【００６３】
電源として、定電圧源Ｖｉｎで駆動したときの出力電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１−Ｖ２
＝（ΔＲ／Ｒ）×Ｖｉｎ      …  （２）
【００６４】
電源として、定電流源Ｉｉｎで駆動したときの出力電圧は、以下の式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１−Ｖ２
＝ΔＲ×Ｉｉｎ      …  （３）
【００６５】
Ｒは初期の抵抗値であり、ΔＲは磁場を印加したときの抵抗変化量である。
【００６６】
定電圧源Ｖｉｎにより駆動した場合には、（２）式のように、出力はΔＲに比例し、Ｒに反比例する形をとる。
【００６７】
本例における磁気抵抗効果素子３１〜３４は、磁気収束板の影響により、一般に３軸方向全てに感度を有する。特に磁気抵抗効果素子３１〜３４自体の感度軸方向である、Ｘ軸方向の磁場を印加した場合には、必ず抵抗値が変化することになる。従って、Ｙ軸またはＺ軸のみに感度を有するセンサを構成した場合でも、Ｘ軸方向のオフセット磁場が存在する場合には、初期の抵抗値Ｒに影響を与え、Ｒに反比例する出力電圧Ｖｏｕｔは、オフセット磁場の大きさによって変化を受ける。
【００６８】
一方、定電流源Ｉｉｎにより駆動した場合には、（３）式のように、出力はＲには依存せず、ΔＲにのみ比例する形をとる。従って、オフセット磁場の影響を受けず、検出しようとする磁場変化による抵抗変化分ΔＲに比例した出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００６９】
［第４の例］
本発明の第４の実施の形態を、図１２に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００７０】
本例は、３軸磁気センサ４０の構成例を示す。
【００７１】
３軸磁気センサ４０において、矩形の磁気収束板１０の下部及び外部に、形状異方性を有する６つの磁気抵抗効果素子１が配置されている。各磁気抵抗効果素子１の一端の電極４１が共通のグランドに接続され、もう一方の端の複数の電極４２は互いに開放されている。
【００７２】
各磁気抵抗効果素子１と電極４１，４２との間は、電気的な配線４３で接続されている。配線４３は、基板４４上において配線されている。
【００７３】
そして、電極４２の開放端に定電流源の出力を接続してその端子電圧を検出し、他の素子との差をとることによって、３軸の磁場を検出することが可能な３軸磁気センサ４０を構成することができる。
【００７４】
［第５の例］
本発明の第５の実施の形態を、図１３および図１４に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００７５】
本例は、２軸以上の磁場を検出することが可能な多軸磁気センサ５０の製造方法の例である。
【００７６】
まず、多軸磁気センサ５０の製造方法の流れについて説明する。
【００７７】
ステップＳ１では、ＬＳＩを有する半導体の基板４４の平面上に、磁化が第一の方向Ｘに固定されたピンド層２を形成する。ここで図１４には、ＬＳＩ配線５１をあらわに示した。
【００７８】
ステップＳ２では、磁化が第一の方向Ｘに固定されたピンド層２上に、中間層３を介してフリー層４を形成し、これを加工することよって複数の磁気抵抗効果素子１を作成する。このフリー層４は、磁化の向きを第一の方向Ｘとは異なる第二の方向Ｙ（例えば、第一の方向と直交する第二の方向）へ変えることが可能である。
【００７９】
ステップＳ３では、ＬＳＩ配線５１と複数の磁気抵抗効果素子１とを、配線４３を用いて電気的に接続する。
【００８０】
ステップＳ４では、複数の磁気抵抗効果素子１の少なくとも１つが配置された位置を空間的に覆う所定の領域１１内に、磁性体である磁気収束体としての磁気収束板１０を配設する。これにより、図１３および図１４に示す多軸磁気センサ５０を作製する。
【００８１】
以下、具体的な製造方法について説明する。
【００８２】
図１３および図１４は、多軸磁気センサとしての３軸磁気センサ５０の構成例を示す。
【００８３】
この３軸磁気センサ５０は、以下の製造プロセスにより作製される。
【００８４】
まずＬＳＩ及びＬＳＩ配線５１が形成され、ＳｉＯ2、ＳｉＮなどの絶縁膜５２により覆われた基板４４上に、ＴＭＲ膜を磁場中のスパッタにより形成する。
【００８５】
続いて、磁場中での熱処理を行うことにより、ピンド層２の磁化を固定する。さらに、フォトリソグラフィー、イオンミリングなどを用いて、磁気抵抗効果素子１を形成する。
【００８６】
次に、ＬＳＩ配線５１との接続部分の絶縁膜５２を、ＲＩＥ、ドライエッチングなどの方法により取り除き、配線４３を構成する金属のスパッタ、リフトオフを行う。これにより、ＬＳＩ配線５１と磁気抵抗効果素子１とを接続する引き回し配線を形成する。
【００８７】
次に、ＳｉＯ2などの絶縁膜５３を形成する。
【００８８】
最後に、磁気収束板１０を形成し、外部との電気的接続に使用する部分を再度、開口する。
【００８９】
なお、図１３において、５５はＬＳＩ配線５１と配線４３との接続点、５６は外部との接続のための電極パッドである。
【００９０】
以上により、ＬＳＩの形成された基板４４上に、磁気抵抗効果素子１からなる磁気センサ５０を作製することができる。
【００９１】
上述した製造プロセスにより、ピンド層の磁化方向が１方向のみの磁気抵抗効果素子を用いて多軸磁気センサを作製することが可能となり、多軸磁気センサを構成する基板上に複数の向きにピンド層の磁化が固定された、複数の磁気抵抗効果素子を設ける必要がなくなる。従って、従来に比べて簡便な製造プロセスにより、多軸の磁場成分を検出可能な磁気抵抗効果素子からなる多軸磁気センサを得ることができる。
【００９２】
［第６の例］
本発明の第６の実施の形態を、図１５に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００９３】
本例は、フリー層２が、第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙに磁化が誘導される例である。
【００９４】
具体的には、図１５において、フリー層２の磁化が、磁気抵抗効果素子１の近傍に配置されたバイアス磁石６０，６１により、ピンド層の磁化の向きと直交する方向に誘導される。
【００９５】
なお、図１５の構成においては、前述した図１４に示すような磁束収束板１０が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。
【００９６】
図１５は、磁気抵抗効果素子１の近傍に形成されたバイアス磁石６０，６１によって、ピンド層２の磁化方向Ｘと直交する方向Ｙにフリー層２の磁化が誘導されている状態を示す。
【００９７】
このような構造は、磁気抵抗効果素子１を形成した後、ＳｉＯ2などの絶縁膜を形成し、スパッタ−リフトオフ・プロセスにより保磁力の高い強磁性体のパターンを形成後、ピンド層２の磁化方向を固定したときよりも低温での磁場中熱処理を行うことにより形成される。
【００９８】
［第７の例］
本発明の第７の実施の形態を、図１６および図１７に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００９９】
本例は、フリー層２の磁化が、第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙに誘導される例である。
【０１００】
具体的には、図１６において、フリー層２の磁化が、磁気抵抗効果素子１の近傍に配置された電気配線７０を流れる電流によって生成された磁場により、ピンド層の磁化の向きと直交する方向に誘導される。
【０１０１】
なお、図１６の構成においては、前述した図１４に示すような磁束収束板１０が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。
【０１０２】
図１６は、磁気抵抗効果素子１の近傍に形成された電気配線７０を流れる電流によって生成された磁場により、ピンド層２の磁化と直交する方向Ｙにフリー層２の磁化が誘導されている状態を示す。
【０１０３】
電気配線による磁場の誘導は、図１６に示すように単独の電気配線７０を用いる方法に限らず、図１７に示すようなプレーナーコイル７１や、あるいはソレノイドコイルを用いることで、より強いバイアス磁場を印加することができる。
【０１０４】
［第８の例］
本発明の第８の実施の形態を、図１８および図１９に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１０５】
本例は、フリー層２が、第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙに磁化容易軸が誘導される例である。
【０１０６】
具体的には、図１９において、フリー層２の磁化容易軸が、形状異方性により、ピンド層の磁化の方向と直交する方向に誘導される。
【０１０７】
図１８（ａ）は、形状異方性を有する磁気抵抗効果素子８０の長軸方向に外部磁場を印加したときに、長軸方向に垂直な断面に磁極が誘導された状態を示す。８１は、磁極の発生する面である。
【０１０８】
強磁性体に外部磁場が印加された場合、表面に誘導される磁極により形成される反磁界の影響によって、静磁エネルギーが増加する。図１８（ａ）に示すように、アスペクト比の高い（細長い）方向に磁場を印加する場合、長軸方向においては、その垂直方向に磁場を印加した場合と比較して、磁極の発生する面積が小さく、静磁エネルギーが小さくなる。
【０１０９】
一方、図１８（ｂ）に示すように、アスペクト比の低い短軸方向に磁場を印加する場合、短軸方向の表面積が広い側に磁極が発生するため、長軸方向に磁場を印加する場合と比較して静磁エネルギーが高くなる。その結果、長軸方向に平行な方向が、より磁化しやすい方向となり、従って磁気抵抗効果素子に形状異方性を導入することによって、その長軸方向に磁化容易軸が誘導される。
【０１１０】
図１９は、ピンド層２の磁化の向きと直交する方向に高アスペクト比の形状とすることにより、ピンド層２の磁化の向きと磁化容易軸とを直交させた場合の磁気抵抗効果素子８０の構成である。フリー層２に磁化容易軸を誘導させるための、アスペクト比は、１：２〜１：２００が好ましく、１：５〜１：１００がより好ましい。
【０１１１】
なお、図１９の構成においては、前述した図１４に示すような磁束収束板１０が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。
【０１１２】
［第９の例］
本発明の第９の実施の形態を、図２０に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【０１１３】
本例は、フリー層２が、第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙに磁化容易軸が誘導される例である。
【０１１４】
具体的には、図２０において、ピンド層２の磁化方向と、フリー層２の磁化容易軸を直交させるための、磁気抵抗効果素子９０，９１の形状の例を示す。
【０１１５】
図２０（ａ）（ｂ）は、磁気抵抗効果素子９０，９１の感磁面に垂直な方向から見た図であり、図２０（ａ）は矩形であり、図２０（ｂ）はメアンダー形状を示す。
【０１１６】
この磁気抵抗効果素子９０，９１の形状の目的は、ピンド層２の磁化方向を短軸方向、ピンド層２の磁化方向に直交する方向に長軸方向となるように形状異方性を設けることで、ピンド層２の磁化方向と磁化容易軸とを直交させることであるから、その形状は、本例における矩形、メアンダー形状に限らず、六角形、楕円形、あるいはそれらを組み合わせるなど、目的を達成する範囲で変更することができる。
【０１１７】
なお、図２０の構成においては、前述した図１４に示すような磁束収束板１０が近接して配設されるが、ここでの説明は省略する。
【符号の説明】
【０１１８】
１  磁気抵抗効果素子
２  ピンド層
３  中間層
４  フリー層
１０  磁気収束手段（磁性体、磁気収束板）
１１  周辺部
２０  磁気センサ
２１，２２  単抵抗体
３０  磁気センサ
３１〜３４  磁気抵抗効果素子
４０  ３軸磁気センサ
４１，４２  電極
４３  配線
４４  基板
５０  ３軸磁気センサ
５１  ＬＳＩ配線
５２  絶縁膜
６０，６１  バイアス磁石
７０  電気配線
８０  磁気抵抗効果素子
９０，９１  磁気抵抗効果素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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