(57)【要約】【課題】  従来と同様に大きい素子抵抗を備えるとともに磁気抵抗効果素子の感度軸方向への長さ寸法を従来より適切に短くでき、さらに各素子部に適切にバイアス磁界を付与することが可能な磁気センサを提供することを目的とする。【解決手段】  素子幅がＷ１で前記素子幅Ｗ１に直交する素子長さがＬ１で形成され、外部磁場に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を発揮する素子部１２が、複数、素子長さ方向（Ｘ方向）に間隔を空けて並設され、前記間隔内に中間永久磁石層１３が配置されて各素子部１２が前記中間永久磁石層１３を介して連結された素子連結体１４を構成している。前記素子連結体１４が前記素子幅方向（Ｙ方向）に間隔を空けて複数並設され、各素子連結体１４の端部間が外側永久磁石層１５に接続されてミアンダ形状の前記磁気抵抗効果素子２，３が構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
素子幅がＷ１で前記素子幅Ｗ１に直交する素子長さがＬ１で形成され、外部磁場に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を発揮する素子部が、複数、素子長さ方向に間隔を空けて並設され、前記間隔内に中間永久磁石層が配置されて各素子部が前記中間永久磁石層を介して連結された素子連結体を構成し、前記素子連結体が前記素子幅方向に間隔を空けて複数並設され、各素子連結体の長手方向の端部に外側永久磁石層が設けられ、各素子連結体の端部間が電気的に接続されてミアンダ形状の前記磁気抵抗効果素子が構成されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記中間永久磁石層の前記素子長さ方向と同方向への長さ寸法Ｌ３は、前記素子部の素子長さＬ１より小さい請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記中間永久磁石層の前記素子長さ方向と同方向への長さ寸法Ｌ３は、前記外側永久磁石層の前記素子長さ方向と同方向への長さ寸法Ｌ４に比べて小さい請求項１記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記中間永久磁石層上及び前記外側永久磁石層上には永久磁石層よりも抵抗値が小さい低抵抗層が重ねて形成されている請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子と出力取出し部を介して直列接続される固定抵抗素子を備え、
前記固定抵抗素子は、外部磁場に対して電気抵抗が変化しない複数の素子部間を、磁気抵抗効果素子と同様に、前記中間永久磁石層で連結して素子連結体を構成し、複数の前記素子連結体の端部に外側永久磁石層を設け、各素子連結体の端部間を電気的に接続したミアンダ形状で構成されている請求項１記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記固定抵抗素子を構成する素子部は、前記磁気抵抗効果素子を構成する素子部と同じ積層要素で形成されている請求項５記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子を備えて成るセンサ部に電気的に接続される各種パッド部は、前記センサ部から見て全て同じ側に片寄って形成されている請求項５記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子を構成する素子部は、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層された外部磁場を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有して成り、前記固定磁性層の固定磁化方向が感度軸方向である素子幅方向に向けられている請求項１記載の磁気センサ。
【請求項９】
請求項１記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とする磁気センサモジュール。
【請求項１０】
磁気センサモジュールが略板状のパッケージとして形成され、前記複数の磁気センサのうち少なくとも一つの磁気抵抗効果素子が形成された面が、前記パッケージの板面に対して直交する請求項９記載の磁気センサモジュール。
【請求項１１】
前記磁気センサモジュールは、Ｚ軸（高さ方向）、前記Ｚ軸に直交する平面内にて直交するＸ軸及びＹ軸の各軸方向からの地磁気を検知するための地磁気センサである請求項９記載の磁気センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地磁気センサとして使用される磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれる地磁気を検知する地磁気センサとして使用できる。磁気抵抗効果素子は感度軸方向からの磁場の強さに対して電気抵抗値が変動する。【０００３】
前記磁気抵抗効果素子は、下記特許文献１に示すように、複数の素子部（特許文献１では磁気抵抗効果膜６）と、前記素子部の端部間を接続する永久磁石層とを備えたミアンダ形状で形成される。このように前記磁気抵抗効果素子をミアンダ形状で形成するのは、素子長さを長く形成して素子抵抗を大きくし消費電力を低減するためである。【０００４】
しかしながら上記した磁気センサの構成では次のような問題があった。
まず、図１３に示すように、前記素子部４０の前記永久磁石層４１を介した折り返し数が多くなり、感度軸方向（固定磁性層の固定磁化方向（Ｐ方向））に磁気抵抗効果素子が長く形成されてしまう。特に図１４に示すように、前記磁気センサが地磁気センサの高さ方向（Ｚ軸）の磁場検知用として用いられたとき、感度軸方向である高さ方向に磁気抵抗効果素子が長く形成されるため、Ｚ軸磁場検知部４２の高さ方向への厚みＴ６が厚くなり薄型化できないといった問題があった。【０００５】
また個々の素子部４０の素子長さ方向（長手方向）への長さをあまり長く形成してしまうと、前記素子部４０の長手方向の両側に配置された永久磁石層４１からのバイアス磁界が中心付近で効果的に作用せず、ヒステリシスを持つなどして感度軸からの外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）の直線性が低下しやすくなった。
【特許文献１】特開２００５−１８３６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、従来と同様に大きい素子抵抗を備えるとともに磁気抵抗効果素子の感度軸方向への長さ寸法を従来より適切に短くでき、さらに各素子部に適切にバイアス磁界を付与することが可能な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】
【０００７】
本発明は、磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
素子幅がＷ１で前記素子幅Ｗ１に直交する素子長さがＬ１で形成され、外部磁場に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を発揮する素子部が、複数、素子長さ方向に間隔を空けて並設され、前記間隔内に中間永久磁石層が配置されて各素子部が前記中間永久磁石層を介して連結された素子連結体を構成し、前記素子連結体が前記素子幅方向に間隔を空けて複数並設され、各素子連結体の長手方向の端部に外側永久磁石層が設けられ、各素子連結体の端部間が前記外側永久磁石層を介して電気的に接続されてミアンダ形状の前記磁気抵抗効果素子が構成されていることを特徴とするものである。【０００８】
これにより、従来と同様に大きい素子抵抗を備えるとともに磁気抵抗効果素子の感度軸方向への長さ寸法を従来より適切に短くでき、さらに各素子部に適切にバイアス磁界を付与することが可能となる。【０００９】
本発明では、前記中間永久磁石層の前記素子長さ方向と同方向への長さ寸法Ｌ３は、前記素子部の素子長さＬ１より小さいことが好ましい。これにより、中間永久磁石層の抵抗を小さくできる。【００１０】
また本発明では、前記中間永久磁石層の前記素子長さ方向と同方向への長さ寸法Ｌ３は、前記外側永久磁石層の前記素子長さ方向と同方向への長さ寸法Ｌ４に比べて小さいことが好ましい。素子連結体を構成する各素子部に均等にバイアス磁界を付与しやすく、感度軸からの外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）の良好な直線性を得ることが出来る。【００１１】
また本発明では、前記中間永久磁石層上及び前記外側永久磁石層上には永久磁石層よりも抵抗値が小さい低抵抗層が重ねて形成されていることが好ましい。これにより素子抵抗以外の寄生抵抗分を小さくできる。【００１２】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子と出力取出し部を介して直列接続される固定抵抗素子を備え、前記固定抵抗素子は、外部磁場に対して電気抵抗が変化しない複数の素子部間を、磁気抵抗効果素子と同様に、前記中間永久磁石層で連結して素子連結体を構成し、複数の前記素子連結体の端部に外側永久磁石層を設け、各素子連結体の端部間を前記外側永久磁石層を介して電気的に接続したミアンダ形状で構成されていることが好ましい。【００１３】
特に、前記固定抵抗素子を構成する素子部は、前記磁気抵抗効果素子を構成する素子部と同じ積層要素で形成されていることが好ましい。前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗素子との抵抗温度係数（ＴＣＲ）を等しく出来る。なお、同じ積層要素とは、抵抗温度係数が等しくなるための構成であり、例えば層の積層順を入れ替えたり、磁化の方向を変えたりしたものでも同様の効果が得られる。【００１４】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子を備えて成るセンサ部に電気的に接続される各種パッド部は、前記センサ部から見て全て同じ側に片寄って形成されていることが好ましい。これにより、限られたスペース内に効率良くパッド部を配置でき、磁気センサの小型化を実現できる。【００１５】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子を構成する素子部は、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層された外部磁場を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有して成り、前記固定磁性層の固定磁化方向が感度軸方向である素子幅方向に向けられている構造であると好適である。【００１６】
また磁気センサモジュールは、上記のいずれかに記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とするものである。【００１７】
磁気センサモジュールが略板状のパッケージとして形成され、前記複数の磁気センサのうち少なくとも一つの磁気抵抗効果素子が形成された面が、前記パッケージの板面に対して直交する構成を提供できる。このとき、前記磁気センサモジュールは、Ｚ軸（高さ方向）、前記Ｚ軸に直交する平面内にて直交するＸ軸及びＹ軸の各軸方向からの地磁気を検知するための地磁気センサとして好適である。これにより磁気センサモジュールの低背化を実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来と同様に大きい素子抵抗を備えるとともに磁気抵抗効果素子の感度軸方向への長さ寸法を従来より適切に短くでき、さらに各素子部に適切にバイアス磁界を付与することが可能な磁気センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す図（（ａ）は部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図）、図２は、図１（ｂ）とは別の実施形態の磁気センサの部分断面図、図３は、磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とが接続されて成るセンサ部（ブリッジ回路）及び前記センサ部に電気的に接続される各種パッドを示す部分平面図、図４は、図１とは異なる他の実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、図５は、図１とは異なる他の実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、図６は、図５に示すＤ−Ｄ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、図７は好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、図８は本実施形態における地磁気センサ（磁気センサモジュール）の部分斜視図、図９は、磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、図１０は、磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、図１１は、固定抵抗素子の一例を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、である。【００２０】
本実施形態における磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子を備えた磁気センサ１は例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサ（以下、地磁気センサ１と表記する場合がある）として使用される。【００２１】
地磁気センサ１は、図８に示すように、基台１７上に、Ｘ軸磁場検知部６，Ｙ軸磁場検知部１６，Ｚ軸磁場検知部１１、集積回路（ＡＳＩＣ）２１を備える。各磁場検知部６，１６，１１には、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５を備えてなるブリッジ回路が設けられている（図３参照）。ここで図８では、各磁場検知部６，１６，１１に一つの磁気抵抗効果素子２を図示した。各磁気抵抗効果素子２はいずれも同じミアンダ形状で形成されるが、各磁気抵抗効果素子２の向きが夫々異なっていることがわかる。【００２２】
以下では、本実施形態における磁気抵抗効果素子２，３の構造について説明する。Ｚ軸磁場検知部１１に設けられる磁気抵抗効果素子２，３で説明することとする。Ｚ軸磁場検知部１１では図８に示すように、Ｘ−Ｚ面が磁気抵抗効果素子２の形成面であり、Ｙ方向が磁気抵抗効果素子２の膜厚方向である。【００２３】
前記磁気抵抗効果素子２，３は、図１に示すように、素子幅がＷ１で、前記素子幅Ｗ１に直交する素子長さがＬ１で形成された素子部１２と、中間永久磁石層１３と、外側永久磁石層１５とを備えて構成される。前記中間永久磁石層１３及び外側永久磁石層１５はＣｏＰｔやＣｏＰｔＣｒ等であり例えばスパッタ成膜されたものである。【００２４】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、素子長さ方向（Ｘ方向）に２個以上（図１では一例として３個）の素子部１２が素子長さ方向に間隔を空けて並設され、各素子部１２の間に空けられた間隔内に中間永久磁石層１３が介在している。これにより各素子部１２が前記中間永久磁石層１３を介して連結された図示Ｘ方向に帯状に延びる素子連結体１４が構成される。前記素子連結体１４は、素子幅方向（Ｚ方向）に間隔を空けて複数本並設され、各素子連結体１４の端部間が外側永久磁石層１５にて接続されてミアンダ形状の磁気抵抗効果素子２，３が構成されている。【００２５】
前記磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２は、全て図１０に示す同じ積層構造で構成される。なお図１０は、素子幅Ｗ１と平行な方向から膜厚方向に切断した切断面を示している。【００２６】
前記素子部１２は、反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、およびフリー磁性層３６の順に積層されて成膜され、フリー磁性層３６の表面が保護層３７で覆われている。前記素子部１２は例えばスパッタにて形成される。【００２７】
反強磁性層３３は、Ｉｒ−Ｍｎ合金（イリジウム−マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層３４はＣｏ−Ｆｅ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。非磁性層３５はＣｕ（銅）などである。フリー磁性層３６は、Ｎｉ−Ｆｅ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３７はＴａ（タンタル）の層である。上記構成では非磁性層３５がＣｕ等の非磁性導電材料で形成された巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）であるが、Ａｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）であってもよい。【００２８】
素子部１２では、反強磁性層３３と固定磁性層３４との間で生じた交換結合磁界（ＨｅＸ）により、固定磁性層３４の磁化方向が固定されている。図１及び図１０に示すように、前記固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、素子幅Ｗ１方向（Ｚ方向）に向いている。すなわち固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、素子部１２の素子長さ方向（長手方向）と直交している。【００２９】
前記フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）は、前記中間永久磁石層１３及び外側永久磁石層１５から素子長さ方向（図示Ｘ方向）に作用するバイアス磁界により素子長さ方向に揃えられている。前記フリー磁性層３６は、感度軸方向（固定磁性層３４の固定磁化方向；Ｚ方向）からの外部磁場により磁化変動する。【００３０】
図９に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と同一方向から外部磁場Ｚ１が作用して前記フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が前記外部磁場Ｚ１方向に向くと、前記固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが平行に近づき電気抵抗値が低下する。【００３１】
一方、図９に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と反対方向から外部磁場Ｚ２が作用して前記フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が前記外部磁場Ｚ２方向に向くと、前記固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが反平行に近づき電気抵抗値が増大する。【００３２】
本実施形態では、複数の素子部１２を、中間永久磁石層１３及び外側永久磁石層１５にて連結してトータルの素子長さが長くなるミアンダ形状としているため、素子抵抗を大きくでき、消費電力の低減を図ることが可能である。【００３３】
しかも本実施形態では、複数の素子部１２を中間永久磁石層１３を介して連結した素子連結体１４を形成し、複数の素子連結体１４を素子幅方向に並設して、各素子連結体１４の端部間を外側永久磁石層１５により接続している。よって、全ての素子部１２を素子幅方向（Ｚ方向）に間隔を空けて並設し、各素子部１２の端部間を外側永久磁石層１５で連結した形態に比べて（中間永久磁石層１３を設けない形態）、素子幅方向（Ｚ方向）への磁気抵抗効果素子２，３の長さ寸法を小さくできる。【００３４】
図１に示すように、前記素子連結体１４の素子長さ方向（Ｘ方向）と同方向への長さ寸法Ｌ２は、前記素子幅方向の両外側に位置する素子連結体１４の両外側面間の間隔Ｗ２より大きくなっている。【００３５】
よって本実施形態の磁気抵抗効果素子２，３を図８で示した地磁気センサのＺ軸磁場検知部１１に使用したとき、Ｚ軸磁場検知部１１の高さ寸法Ｔ１を小さくでき、磁気センサ１の低背化を促進できる。また、Ｘ軸磁場検知部６及びＹ軸磁場検知部１０に本実施形態の磁気抵抗効果素子２，３を使用することで、Ｘ軸磁場検知部６，Ｙ軸磁場検知部１０，及びＺ軸磁場検知部１１での外部磁場に対する磁気感度特性を同じにでき、各方向からの地磁気に対する検知精度を等しく出来る。【００３６】
また、本実施形態では、各素子連結体１４に設けられた素子部１２は複数に分断され、各素子部１２間に中間永久磁石層１３が介在する形態となっている。例えば外側永久磁石層１５間に図示Ｘ方向に一体的に素子部１２を形成し、図示Ｘ方向の途中位置での前記素子部１２下に前記中間永久磁石層１３を配置するような形態では前記素子部１２が中間永久磁石層１３付近で屈曲し、屈曲付近で適切にバイアス磁界をかけることができず、外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）の直線性が低下し、あるいは直線性のばらつきが生じやすい。【００３７】
これに対して本実施形態では、外側永久磁石層１５間に位置する素子部１２を単に図示Ｘ方向に長く延ばしたのでなく、素子部１２を図示Ｘ方向に複数に分断して、しかも各素子部１２を同一平面上に形成し、さらに、各素子部１２間に中間永久磁石層１３を介在させている。このため、各素子連結体１４を構成する全ての素子部１２に効果的にＸ方向からバイアス磁界を供給でき、外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）の直線性を良好にすることが出来る。【００３８】
図１に示す実施形態のように、前記素子部１２の素子長さＬ１は素子幅Ｗ１以上であることが、前記素子連結体１４の長さ寸法Ｌ２を、適切かつ簡単に、前記素子幅方向の両外側に位置する素子連結体１４の両外側面間の間隔Ｗ２より大きくでき好適である。【００３９】
前記素子連結体１４には３つ以上、素子部１２が設けられていることが素子連結体１４の長さ寸法Ｌ２を長く形成できるとともにミアンダ形状の折り返し数を減らすことができ、素子抵抗は従来と変わらず大きくし、且つ前記間隔Ｗ２を効果的に小さくできる。【００４０】
本実施形態では、前記中間永久磁石層１３の素子長さ方向（図示Ｘ方向）と同方向への長さ寸法Ｌ３は、前記素子部の素子長さＬ１より小さいことが好適である（図１（ａ）参照）。これにより、中間永久磁石層１３の抵抗を小さくできる。【００４１】
また図１における、素子連結体１４を構成する素子部１２が３つ以上ある場合、中央部に位置する素子部１２には、中間永久磁石層１３のみならず外側永久磁石層１５からもバイアス磁界の供給がある。このため本実施形態では、前記中間永久磁石層１３の長さ寸法Ｌ３を、前記外側永久磁石層１５の前記素子長さ方向（図示Ｘ方向）と同方向への長さ寸法Ｌ４に比べて小さくすることで、素子連結体１４を構成する各素子部１２に均等にバイアス磁界を付与しやすくなる。【００４２】
各寸法について説明する。
前記磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２の素子幅Ｗ１は、２〜１０μｍの範囲内である（図１（ａ）参照）。また前記素子部１２の素子長さＬ１は、４〜８０μｍの範囲内である（図１（ａ）参照）。また、前記素子部１２の膜厚Ｔ２は、２００〜４００Åの範囲内である（図１（ｂ）参照）。前記素子部１２のアスペクト比（素子長さL１／素子幅Ｗ１）は、０．５〜１０である。【００４３】
前記中間永久磁石層１３の長さ寸法Ｌ３は、２〜１０μｍの範囲内である（図１（ａ）参照）。また前記中間永久磁石層１３の幅寸法ｗ３は、３〜１２μｍの範囲内である（図１（ａ）参照）。前記中間永久磁石層１３の膜厚Ｔ３は、１５０〜１０００Åの範囲内である（図１（ｂ）参照）。【００４４】
前記外側永久磁石層１５の長さ寸法Ｌ４は、５〜１５μｍの範囲内である（図１（ａ）参照）。また、前記外側永久磁石層１５の膜厚Ｔ４は、前記中間永久磁石層１３の膜厚Ｔ３と等しいことが好ましい（図１（ｂ）参照）。【００４５】
各素子連結体１４間の素子幅方向への間隔Ｔ５は、２〜１０μｍの範囲内である（図１（ａ）参照）。【００４６】
また前記素子連結体１４の長さ寸法Ｌ２は、１００〜２００μｍの範囲内である。また、素子幅方向の両外側に位置する素子連結体１４の両外側面間の間隔Ｗ２は、５０〜１００μｍの範囲内である。【００４７】
図２に示す実施形態のように、前記中間永久磁石層１３上及び前記外側永久磁石層１５上には前記永久磁石層１３，１５よりも抵抗値が小さい低抵抗層２０が重ねて形成されていることが好ましい。前記低抵抗層２０はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の非磁性導電材料で形成されることが好適である。前記低抵抗層２０は、前記中間永久磁石層１３上及び外側永久磁石層１５上にスパッタやメッキ等で形成される。素子抵抗を大きくするために複数の素子部１２を連結してミアンダ形状としているが、中間永久磁石層１３や外側永久磁石層１５の抵抗は寄生抵抗であるため、本実施形態のように前記中間永久磁石層１３上及び外側永久磁石層１５上に低抵抗層２０を重ねて形成することで、前記寄生抵抗を低減できる。本実施形態では、前記素子連結体１４を構成する素子部１２を複数に分断し、各素子部１２の間隔内、及び両側素子部の外側に中間永久磁石層１３及び外側永久磁石層１５を設けた構成であるため、前記中間永久磁石層１３の上面及び外側永久磁石層１５の上面は露出した状態であり、よって、簡単且つ適切に、前記中間永久磁石層１３の上面及び外側永久磁石層１５の上面に低抵抗層２０を重ねて形成することが出来る。【００４８】
図３では、図８に示すＺ軸磁場検知部１１のＸ−Ｚ面に形成されたセンサ部の構成を示す。【００４９】
センサ部は磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とを備えるブリッジ回路で構成される。磁気抵抗効果素子２，３の構成は図１、図２、図１０等で説明した通りである。【００５０】
各固定抵抗素子４，５は、夫々、磁気抵抗効果素子２，３と出力取出し部９を介して直列接続されている。図３に示すように前記固定抵抗素子４，５は外部磁場に対して電気抵抗値が変動しない素子部２４と、複数の素子部２４間を中間永久磁石層１３で連結して成る複数の素子連結体２５の端部間を外側永久磁石層１５で接続したミアンダ形状で構成される。このように前記固定抵抗素子４，５を素子部２４のみで形成せず、磁気抵抗効果素子２，３と同様に中間永久磁石層１３及び外側永久磁石層１５を用いて複数の素子部２４をミアンダ形状に形成することで、前記固定抵抗素子４，５の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を、前記磁気抵抗効果素子２，３の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に近づけることができる。【００５１】
固定抵抗素子４，５を構成する素子部２４は、外部磁場に対して抵抗変化しなければ、特に構造を限定しないが、前記素子部２４は、前記磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２と同じ積層要素で形成されていることが好適である。ここで言う「積層要素」とは、磁気抵抗効果素子２，３を構成する図１０に示す反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、フリー磁性層３６及び保護層３７の個々の層を指す。したがって素子部２４は、反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、フリー磁性層３６及び保護層３７の各層にて構成されるが、例えば図１１のように積層順が磁気抵抗効果素子２，３とは異なっている。図１１に示すように、前記固定抵抗素子４，５を構成する素子部２４では、下から、例えば、反強磁性層３３、固定磁性層３４、フリー磁性層３６、非磁性層３５及び保護層３７の順に積層する。このようにフリー磁性層３６は固定磁性層３４と接触しているため、フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）は、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）に固定されてしまい、もはや外部磁場に対して磁化変動しなくなり固定抵抗化できる。【００５２】
そして、前記固定抵抗素子４，５を構成する素子部２４と、前記磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２との積層要素を同じにすることで、前記磁気抵抗効果素子２，３と前記固定抵抗素子４，５とを図３のように同じ形状で形成すれば、適切且つ簡単に外部磁場が作用していない状態での前記磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５との電気抵抗値をほぼ等しくでき中点電位を得やすく、また前記磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５との抵抗温度係数（ＴＣＲ）をほぼ等しく出来る。また、ここで同じ積層要素とは、抵抗温度係数が等しくなるための構成であり、上記したように層の積層順を入れ替えたり、磁化の方向を変えたりしたものでも同様の効果が得られる。【００５３】
また図３に示すように、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５を備えて成るセンサ部に電気的に接続される各種パッド部２６，２７，２８，２９は、前記センサ部から見て全て上方に片寄って形成されている。パッド部２７，２９は、出力取出し部９から配線層を介して接続される出力パッドであり、パッド部２６が入力パッドでパッド部２８が接地パッドである（パッド部２６，２８に関しては逆でもよい）。【００５４】
このように各種パッド部２６〜２９をセンサ部から見て全て同じ側に片寄らせて形成したことで、前記パッド部２６〜２９を限られたスペース内に効率良く形成でき、磁気センサ１の小型化をより効果的に図ることが出来る。【００５５】
また図３に示すように、入力パッド部２６に接続されるブリッジ回路の入力部３１、接地パッド部２８に接続されるブリッジ回路の接地部３０、及び出力取出し部９では、いずれも、磁気抵抗効果素子２，３側の外側永久磁石層１５と固定抵抗素子４，５側の外側永久磁石層１５とを対向させて近接配置するか、あるいは前記磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とで共通の外側永久磁石層１５を用いることで、各パッド部２６〜２９と、入力部３１、接地部３０、及び出力取出し部９との間を配線層にて簡単に繋げることができ、限られたスペース内に配線層を適切に形成できる。【００５６】
前記配線層や各種パッド部２６〜２９はＡｕやＡｌ等の非磁性導電材料で形成される。図２で説明した低抵抗層２０を形成する場合、前記低抵抗層２０とともに配線層、各種パッド部２６〜２９を同じ工程で形成することが出来る。【００５７】
上記したように本実施形態における磁気センサ１は図８に示す地磁気センサとして使用される。Ｘ軸磁場検知部６、Ｙ軸磁場検知部１６、Ｚ軸磁場検知部１１では、いずれも図３に示すブリッジ回路のセンサ部が設けられている。Ｚ軸磁場検知部１１では図３に示すように磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＺ方向を向いており、また、Ｘ軸磁場検知部６では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＸ方向を向いており、さらにＹ軸磁場検知部１６では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＹ方向を向いている。【００５８】
Ｘ軸磁場検知部６、Ｙ軸磁場検知部１６、Ｚ軸磁場検知部１１、及び集積回路（ＡＳＩＣ）２１はいずれも基台１７上に設けられる。Ｘ軸磁場検知部６、及びＹ軸磁場検知部１６の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はいずれもＸ−Ｙ平面であるが、Ｚ軸磁場検知部１１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はＸ−Ｚ平面であり、Ｚ軸磁場検知部１１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面は、Ｘ軸磁場検知部６、及びＹ軸磁場検知部１６の磁気抵抗効果素子２，３の形成面に対して直交した関係にある。【００５９】
磁気センサ１は地磁気センサ以外の用途、例えば磁気スイッチやポテンショメータとして使用可能である。【００６０】
前記磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２は異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）であってもよい。ただし磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２をＧＭＲやＴＭＲとしたほうが、外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）を大きくでき、また抵抗変化率（ＭＲ比）の直線性を得ることができ、高精度な外部磁場検知を行うことが可能である。【００６１】
図４に他の実施形態では、平面視にて、図１に示す実施形態の素子連結体１４の間の領域、及び素子連結体１４の素子幅方向の両側に位置する素子連結体１４の外側に、夫々、素子連結体１４の長手方向（Ｘ方向）に延びる軟磁性体１８が配置されている。軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ３は、素子連結体１４の長さ寸法Ｌ２よりも長く形成される。軟磁性体１８の配置により、Ｘ方向からの外部磁場をシールドでき、感度軸方向からの磁場に対する検出精度を向上させることが出来る。軟磁性体１８は例えば、素子連結体１４上から素子連結体１４間の空間内を埋める絶縁層（図示しない）上に配置される。【００６２】
また図４の実施形態では図１の実施形態と違って、素子連結体１４の長手方向の両側に外側永久磁石層１５が設けられており、各素子連結体１４の端部に接続された外側永久磁石層１５間がＡｌ、Ａｕ、あるいはＣｕ等の良導体で形成された電極層１９により接続された構成となっている。図４に示す構成にて磁気抵抗効果素子２，３や固定抵抗素子４，５をミアンダ形状にすることが可能である。【００６３】
図５は図４の変形例である。図５に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３は、素子連結体１４の端部間を接続する電極層１９が、図示Ｚ方向に直線状（帯状）で形成され、前記電極層１９が、絶縁層を介し前記軟磁性体１８の下側を通っている。すなわち、電極層１９と軟磁性体１８とが高さ方向（図示Ｙ方向）にて交差している。前記電極層１９は、Ａｌ、Ａｕ、あるいはＣｕ等の良導体で形成される。なお、電極層１９は軟磁性体１８と電気的に絶縁されていればよく、軟磁性体１８の上側に形成されてもよい。【００６４】
図４では、電極層１９が平面的に第１軟磁性体１８を迂回するように形成されていたが、図５では、電極層１９と第１軟磁性体１８とを高さ方向（図示Ｚ方向）への長さ寸法を小さくできると共に、磁気抵抗効果に関与しない電極層１９の配線抵抗も低減でき、センサの特性が向上する。また電極層１９と第１軟磁性体１８間の絶縁性が低く、仮にショートしたとしても、ミアンダ形状の為電極層１９と交差する側と反対側でショートすることが無く、バイパス回路が発生しないため、センサ特性にさほどの影響は無い。また電極層１９を非磁性の良導体で形成することで、電極層１９を永久磁石層で形成する形態に比べて寄生抵抗を低減できるし、永久磁石層で形成するとバイアス磁界の影響が第１軟磁性体１８に影響しシールド効果が低下するが、本実施形態では、そのような問題も生じない。【００６５】
図６の断面図に示すように、各素子部１２を構成する反強磁性層３３、固定磁性層３４及び非磁性層３５は永久磁石層１３，１５の形成位置で分断されておらず一体化している。すなわち、永久磁石層１３，１５の形成位置では、素子部１２を構成する保護層３７及びフリー磁性層３６がイオンミリング等で削られて凹部６３が形成される。よって凹部６３の底面６３ａには非磁性層３５が露出している。なお非磁性層３５の一部まで削られて凹部６３が形成されてもよい。そして、この凹部６３内に永久磁石層１３，１５が設けられている。図６の構成により固定磁性層３４が分断されないため、固定磁性層３４の磁化を図示Ｚ方向に安定化でき、一軸異方性を向上させることができる。また固定磁性層３４及び反強磁性層３３まで分断して各素子部１２間に永久磁石層１３，１５を設けた構成では、永久磁石層１３，１５と素子部１２との電気的コンタクトは各側面となるため寄生抵抗が大きくなりやすいが、本実施形態のように永久磁石層１３，１５と素子部１２との電気的コンタクトが平面接触となることで寄生抵抗を低減させることが出来る。【００６６】
また図６に示すように中間永久磁石１３の上面には、中間永久磁石層１３よりも抵抗値が小さい低抵抗層２０が重ねて形成されている。低抵抗層２０はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の非磁性の良導体で形成されることが好適である。低抵抗層２０は、中間永久磁石層１３と同様にスパッタあるいはメッキ等で形成される。図６に示すように永久磁石層１３上に低抵抗層２０を重ねて形成することで、より効果的に、磁気抵抗変化に寄与しない寄生抵抗成分を低減できる。【００６７】
また永久磁石層１３，１５間に挟まれた部分の素子部１２のアスペクト比（素子長さＬ１／素子幅Ｗ１）（図７参照）が大きくなると、永久磁石層１３，１５からのバイアス磁界が素子部１２の全体に適切に供給されなくなる。このため感度軸方向に対して直交方向（Ｘ方向）から磁界を作用させ、磁界強度を徐々に強くしていったときの抵抗変化領域にヒステリシスが生じやすくなる。よって直交方向からの磁界（外乱磁場）に対する抵抗変化領域が広がることで、外乱磁場耐性が低下しやすくなる。したがって、素子部１２の全体に適切にバイアス磁界を供給して外乱磁場耐性を向上させるため素子部１２のアスペクト比は小さいことが好ましい。具体的には素子部１２のアスペクト比は３以下であることが好ましく、１より小さいことがより好ましい。
【実施例】
【００６８】
図１に示す磁気抵抗効果素子を形成した。素子連結体１４には素子部１２を４２個配置し、各素子部１２間に膜厚が２００Åの中間永久磁石層１３（ＣｏＰｔ）を配置した。前記素子部１２は、下から反強磁性層；ＩｒＭｎ（膜厚６０Å）、固定磁性層；ＣｏＦｅ（膜厚２０Å）、非磁性層；Ｃｕ（膜厚２１Å）、フリー磁性層；ＮｉＦｅ（膜厚３０Å）、保護層；Ｔａ（膜厚３０Å）の順に積層して形成した。素子部１２の素子幅Ｗ１は４μｍで、素子長さＬ１は１６μｍであった。前記中間永久磁石層１３の幅寸法Ｗ３は９μｍで、長さ寸法Ｌ３は５μｍであった。前記素子連結体１４を素子幅方向に２μｍの間隔毎に６本配置し、各素子連結体１４の端部間を膜厚が２００Åの外側永久磁石層１５（ＣｏＰｔ）で接続した。前記外側永久磁石層１５の長さ寸法Ｌ４は１０μｍだった。以上によりミアンダ形状の磁気抵抗効果素子を形成した。【００６９】
前記磁気抵抗効果素子に対して感度軸方向である素子幅方向に±１０Ｏｅの外部磁場を作用させ抵抗変化率（ＭＲ比）を測定した。その実験結果が図１２に示されている。【００７０】
図１２に示すように、特に地磁気センサとして必要な±５Ｏｅの範囲内では抵抗変化率（ＭＲ比）の良好な直線性が得られた。±５Ｏｅの範囲内では抵抗変化率（ＭＲ比）は約０．２％／Ｏｅであった。またリニアリティ（％ＦＳ）は約０．６５％であった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す図（（ａ）は部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図）、
【図２】図１（ｂ）とは別の実施形態の磁気センサの部分断面図、
【図３】磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とが接続されて成るセンサ部（ブリッジ回路）及び前記センサ部に電気的に接続される各種パッドを示す部分平面図、
【図４】図１とは異なる他の実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、
【図５】図１とは異なる他の実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、
【図６】図５に示すＤ−Ｄ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、
【図７】好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、
【図８】本実施形態における地磁気センサの部分斜視図、
【図９】磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、
【図１０】磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、
【図１１】固定抵抗素子を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、
【図１２】本実施例のミアンダ形状の磁気抵抗効果素子に対して、感度軸方向から±１０Ｏｅの外部磁場を作用させたときの抵抗変化率（ＭＲ比）を示すグラフ、
【図１３】従来における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す部分平面図、
【図１４】従来における地磁気センサ（磁気センサモジュール）の部分斜視図、
【符号の説明】
【００７２】
１  磁気センサ
２、３  磁気抵抗効果素子
４、５  固定抵抗素子
６  Ｘ軸磁場検知部
９  出力取出し部
１１  Ｚ軸磁場検知部
１２  素子部
１３  中間永久磁石層
１４  素子連結体
１５  外側永久磁石層
１６  Ｙ軸磁場検知部
１８  軟磁性体
１９  電極層
２０  低抵抗層
２６〜２９  パッド部
３０  接地部
３１  入力部
３３  反強磁性層
３４  固定磁性層
３５  非磁性層
３６  フリー磁性層
３７  保護層
６３  凹部
Ｌ１  （永久磁石層間に挟まれた部分の）素子長さ
Ｌ２  （素子連結体の）長さ寸法
Ｌ３  （中間永久磁石層の）長さ寸法
Ｌ４  （外側中間磁石層の）長さ寸法
Ｐ  固定磁性層の固定磁化方向
Ｗ１  素子幅
Ｗ２  （素子幅方向の両外側に位置する素子連結体の両外側面間の）間隔
Ｗ３  （中間永久磁石層の）幅寸法
【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５】
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【図６】
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【図７】
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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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【国際調査報告】
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