(57)【要約】【課題】垂直磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子が同一チップ内に形成され、各磁気抵抗素子が備える固定層が互いに逆の向きに磁化された磁気センサにおいて、製造工程を簡略化する。【解決手段】第１磁気抵抗素子２ａおよび第２磁気抵抗素子２ｂは、それぞれ、一面１１に垂直な磁化容易軸を有し、磁化方向が固定された固定層２１と、磁化方向が可変とされた自由層２３と、非磁性体で構成された中間層２２と、を備え、固定層２１は、第１強磁性層２１１と、第２強磁性層２１３と、第１強磁性層２１１と第２強磁性層２１３との間に配置された非磁性層２１２と、を備え、第１磁気抵抗素子２ａが備える第１強磁性層２１１の磁化量は、第１磁気抵抗素子２ａが備える第２強磁性層２１３の磁化量よりも大きく、第２磁気抵抗素子２ｂが備える第１強磁性層２１１の磁化量は、第２磁気抵抗素子２ｂが備える第２強磁性層２１３の磁化量よりも小さい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）と、
前記基板の一面（１１）に形成された第１磁気抵抗素子（２ａ）および第２磁気抵抗素子（２ｂ）と、を備え、
前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子は、それぞれ、
前記一面に垂直な磁化容易軸を有し、磁化方向が固定された固定層（２１）と、
磁化方向が可変とされた自由層（２３）と、
非磁性体で構成され、前記固定層と前記自由層との間に配置された中間層（２２）と、を備え、
前記固定層は、第１強磁性層（２１１）と、第２強磁性層（２１３）と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配置された非磁性層（２１２）と、を備え、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化量は、前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の磁化量よりも大きく、
前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化量は、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の磁化量よりも小さい磁気センサ。
【請求項２】
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化の向きは、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化の向きと逆である請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とは同一の材料で構成されており、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の体積は、前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の体積よりも大きく、
前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の体積は、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の体積よりも小さい請求項１または２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の厚さは、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の厚さと等しく、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の厚さは、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の厚さと等しく、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の上面の面積は、前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の底面の面積よりも小さく、
前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の上面の面積は、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の底面の面積よりも小さい請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層と、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層とは、上面の面積が互いに等しくされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記自由層は、前記一面に平行な磁化容易軸を有する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記非磁性層は、底面の面積が上面の面積よりも大きい請求項１ないし６のいずれか１つに記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１強磁性層は、底面の面積が上面の面積よりも大きい請求項１ないし６のいずれか１つに記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第２強磁性層は、底面の面積が上面の面積よりも大きい請求項１ないし６のいずれか１つに記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子をそれぞれ２つ備え、
２つの前記第１磁気抵抗素子および２つの前記第２磁気抵抗素子は、ホイートストンブリッジ回路を構成している請求項１ないし９のいずれか１つに記載の磁気センサ。
【請求項１１】
基板（１）の一面（１１）に第１磁気抵抗素子（２ａ）を形成することと、
前記一面に第２磁気抵抗素子（２ｂ）を形成することと、を備え、
前記第１磁気抵抗素子を形成すること、および、前記第２磁気抵抗素子を形成することは、それぞれ、
前記一面に垂直な磁化容易軸を有し、第１強磁性層（２１１）と、第２強磁性層（２１３）と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配置された非磁性層（２１２）とを備え、磁化方向が固定された固定層（２１）を形成することと、
前記第１強磁性層の上面に、非磁性体で構成された中間層（２２）を形成することと、
前記中間層の上面に、磁化方向が可変とされた自由層（２３）を形成することと、を含み、
前記固定層を形成することでは、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化量が、前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の磁化量よりも大きくなり、かつ、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化量が、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の磁化量よりも小さくなるように前記固定層を形成する磁気センサの製造方法。
【請求項１２】
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化の向きが、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の磁化の向きと逆になるように前記固定層を着磁することを備える請求項１１に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１３】
前記固定層を形成することでは、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とを同一の材料で構成し、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の体積が、前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の体積よりも大きくなり、
前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の体積が、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の体積よりも小さくなるように、前記固定層を形成する請求項１１または１２に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１４】
前記固定層を形成することでは、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の厚さが、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の厚さと等しくなり、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の厚さが、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の厚さと等しくなり、
前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の上面の面積が、前記第１磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の底面の面積よりも小さくなり、
前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層の上面の面積が、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第２強磁性層の底面の面積よりも小さくなるように、前記固定層を形成する請求項１３に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１５】
前記固定層を形成することでは、前記第１磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層と、前記第２磁気抵抗素子が備える前記第１強磁性層とが、上面の面積が互いに等しくなるように、前記固定層を形成する請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１６】
前記自由層を形成することでは、前記自由層が、前記一面に平行な磁化容易軸を有するように、前記自由層を形成する請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１７】
前記固定層を形成することでは、前記非磁性層の底面の面積が上面の面積よりも大きくなるように、前記自由層と、前記中間層と、前記第１強磁性層と、前記非磁性層の一部とを除去する請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１８】
前記固定層を形成することでは、前記第１強磁性層の底面の面積が上面の面積よりも大きくなるように、前記自由層と、前記中間層と、前記第１強磁性層の一部とを除去する請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の磁気センサの製造方法。
【請求項１９】
前記固定層を形成することでは、前記第２強磁性層の底面の面積が上面の面積よりも大きくなるように、前記自由層と、前記中間層と、前記第１強磁性層と、前記非磁性層と、前記第２強磁性層の一部とを除去する請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２０】
前記第１磁気抵抗素子と前記第２磁気抵抗素子とを接続する配線層（３）を形成することを備え、
前記第１磁気抵抗素子を形成することでは、前記一面に２つの前記第１磁気抵抗素子を形成し、
前記第２磁気抵抗素子を形成することでは、前記一面に２つの前記第２磁気抵抗素子を形成し、
前記配線層を形成することでは、２つの前記第１磁気抵抗素子および２つの前記第２磁気抵抗素子がホイートストンブリッジ回路を構成するように、前記配線層を形成する請求項１１ないし１９のいずれか１つに記載の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、磁気センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気抵抗素子を備え、磁場強度に応じて出力が変化する磁気センサが提案されている。磁気抵抗素子は、磁化方向が固定された固定層と、磁化方向が可変とされた自由層と、固定層と自由層との間に配置された非磁性体で構成される中間層とを備えており、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向との間の角度によって抵抗値が変化するものである。
【０００３】
このような磁気センサでは、固定層が互いに逆の向きに磁化された複数の磁気抵抗素子を組み合わせてブリッジ回路を形成することにより、温度変化をキャンセルし、精度を向上させることができる。従って、同一チップ内に固定層が互いに逆の向きに磁化された複数の磁気抵抗素子を形成する技術が求められている。
【０００４】
しかしながら、通常、固定層の磁化方向は、チップ全体の磁場中熱処理によってのみ決定されるため、同一チップ内で同じとなる。したがって、固定層が互いに逆の向きに磁化された複数の磁気抵抗素子を備える磁気センサを製造するためには、例えば、別々に製造された複数の磁気抵抗素子を組み合わせて配置する必要があり、磁気センサの製造工程が複雑になる。
【０００５】
また、例えば特許文献１では、固定層の下に設けた配線に電流を流し、これにより発生した磁場を用いて、面内方向に磁気異方性を有する固定層を着磁し、磁気抵抗素子の磁化方向をチップ上で制御する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、固定層に面内方向の磁場が印加される。そのため、垂直磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子が同一チップ内に形成された磁気センサにおいて、複数の磁気抵抗素子を着磁し、各磁気抵抗素子が備える固定層を互いに逆の向きに磁化することはできない。
【０００８】
なお、ブリッジ回路を形成しない場合であっても、固定層が互いに逆の向きに磁化された複数の磁気抵抗素子を同一チップ内に形成する場合には、同様の問題が発生する。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、垂直磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子が同一チップ内に形成され、各磁気抵抗素子が備える固定層が互いに逆の向きに磁化された磁気センサにおいて、製造工程を簡略化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１）と、基板の一面（１１）に形成された第１磁気抵抗素子（２ａ）および第２磁気抵抗素子（２ｂ）と、を備え、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子は、それぞれ、一面に垂直な磁化容易軸を有し、磁化方向が固定された固定層（２１）と、磁化方向が可変とされた自由層（２３）と、非磁性体で構成され、固定層と自由層との間に配置された中間層（２２）と、を備え、固定層は、第１強磁性層（２１１）と、第２強磁性層（２１３）と、第１強磁性層と第２強磁性層との間に配置された非磁性層（２１２）と、を備え、第１磁気抵抗素子が備える第１強磁性層の磁化量は、第１磁気抵抗素子が備える第２強磁性層の磁化量よりも大きく、第２磁気抵抗素子が備える第１強磁性層の磁化量は、第２磁気抵抗素子が備える第２強磁性層の磁化量よりも小さい。
【００１１】
第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層が積層された反強磁性結合構造においては、第１強磁性層および第２強磁性層のうち磁化量の大きい方が、着磁時に印加される外部磁界と同じ向きに磁化される。そして、磁化量の小さい方は、反強磁性結合により、磁化量の大きい方とは逆の向きに磁化される。
【００１２】
そのため、上記のように２つの強磁性層の磁化量の大小関係が２つの磁気抵抗素子で逆とされた状態で、これら２つの磁気抵抗素子の固定層を同時に着磁すると、これら２つの磁気抵抗素子において、中間層と隣り合う強磁性層が逆の向きに磁化される。したがって、垂直磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子が同一チップ内に形成され、各磁気抵抗素子が備える固定層が互いに逆の向きに磁化された磁気センサにおいて、製造工程を簡略化することができる。
【００１３】
また、これら２つの磁気抵抗素子において、中間層と隣り合う強磁性層が逆の向きに磁化されることにより、強磁性層、中間層、自由層で構成される部分の抵抗値の増減が、２つの磁気抵抗素子で逆となる。したがって、例えば、請求項１０に記載したように、２つの第１磁気抵抗素子および２つの第２磁気抵抗素子を用いてホイートストンブリッジ回路を形成することで、出力の温度変化等をキャンセルして、測定精度を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項１１に記載の発明では、基板（１）の一面（１１）に第１磁気抵抗素子（２ａ）を形成することと、一面に第２磁気抵抗素子（２ｂ）を形成することと、を備え、第１磁気抵抗素子を形成すること、および、第２磁気抵抗素子を形成することは、それぞれ、一面に垂直な磁化容易軸を有し、第１強磁性層（２１１）と、第２強磁性層（２１３）と、第１強磁性層と第２強磁性層との間に配置された非磁性層（２１２）とを備え、磁化方向が固定された固定層（２１）を形成することと、第１強磁性層の上面に、非磁性体で構成された中間層（２２）を形成することと、中間層の上面に、磁化方向が可変とされた自由層（２３）を形成することと、を含み、固定層を形成することでは、第１磁気抵抗素子が備える第１強磁性層の磁化量が、第１磁気抵抗素子が備える第２強磁性層の磁化量よりも大きくなり、かつ、第２磁気抵抗素子が備える第１強磁性層の磁化量が、第２磁気抵抗素子が備える第２強磁性層の磁化量よりも小さくなるように固定層を形成する。
【００１５】
このように、２つの強磁性層の磁化量の大小関係が２つの磁気抵抗素子で逆になるように固定層を形成することにより、請求項１に記載の発明と同様に、垂直磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子が同一チップ内に形成され、各磁気抵抗素子が備える固定層が互いに逆の向きに磁化された磁気センサにおいて、製造工程を簡略化することができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる磁気センサの平面図である。
【図２】図１中のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】磁気センサの製造工程を示す図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図５】磁気センサの製造工程を示す図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図６】磁気センサの製造工程を示す図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図７】磁気センサの製造工程を示す図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図８】磁気センサの製造工程を示す図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図９】磁気センサの製造工程を示す図１中のII−II線に沿った断面図である。
【図１０】磁気センサの製造工程を示す図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図１１】一方の強磁性層と他方の強磁性層とで磁化量が等しいときの外部磁場と固定層の磁化との関係を示すグラフである。
【図１２】一方の強磁性層と他方の強磁性層とで磁化量が等しいときの磁化の向きを示す断面図である。
【図１３】一方の強磁性層と他方の強磁性層とで磁化量が異なるときの外部磁場と固定層の磁化との関係を示すグラフである。
【図１４】一方の強磁性層と他方の強磁性層とで磁化量が異なるときの磁化の向きを示す断面図である。
【図１５】一方の強磁性層と他方の強磁性層とで磁化量が異なるときの磁化の向きを示す断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態にかかる磁気センサの平面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態にかかる磁気センサの回路図である。
【図１８】図１６のXVIII−XVIII断面図である。
【図１９】磁気センサの製造工程を示す断面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態にかかる磁気センサの断面図である。
【図２１】本発明の第４実施形態にかかる磁気センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の磁気センサ１００は、基板１と、磁気抵抗素子２と、配線３と、パッド４とを備えている。なお、図１では、後述する保護膜７の図示を省略している。
【００２０】
基板１は、シリコン等で構成されており、基板１の一面１１には、複数の磁気抵抗素子２が形成されている。後述するように、磁気抵抗素子２は、強磁性層２１１などを有する固定層２１を備えており、磁気センサ１００は、強磁性層２１１が一面１１の法線方向における一方の向きに磁化された磁気抵抗素子２ａと、他方の向きに磁化された磁気抵抗素子２ｂとを備えている。磁気抵抗素子２ａ、２ｂはそれぞれ第１磁気抵抗素子、第２磁気抵抗素子に相当する。
【００２１】
本実施形態の磁気センサ１００は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂをそれぞれ２つ備えており、パッド４を４つ備えている。そして、２つの磁気抵抗素子２ａは配線３を介してパッド４に接続されている。
【００２２】
具体的には、図２に示すように、磁気センサ１００は、基板１等に加えて、絶縁膜５と、側壁保護膜６と、保護膜７とを備えており、配線３は、下部配線層３１と、上部配線層３２とを備えている。
【００２３】
絶縁膜５は、基板１と下部配線層３１とを電気的に絶縁するためのものであり、一面１１に形成されている。絶縁膜５は、例えばＳｉＯ２等で構成されている。絶縁膜５の上面には下部配線層３１が形成されており、２つの磁気抵抗素子２ａは、下部配線層３１の上面に互いに離された状態で配置されている。下部配線層３１は、例えばＣｕ、Ａｕ等で構成されている。
【００２４】
側壁保護膜６は、例えばＡｌ２Ｏ３等で構成されており、絶縁膜５、下部配線層３１、および磁気抵抗素子２ａを覆うように形成されている。ただし、磁気抵抗素子２ａの上面は側壁保護膜６に覆われておらず、磁気抵抗素子２ａの上面と側壁保護膜６の上面とに上部配線層３２が形成されている。上部配線層３２は、例えばＣｕ、Ａｕ等で構成されている。
【００２５】
上部配線層３２の上面にはパッド４が形成されており、一方の磁気抵抗素子２ａは、上部配線層３２を介して４つのパッド４のうちの１つに接続されており、他方の磁気抵抗素子２ａは、上部配線層３２を介して他の１つのパッド４に接続されている。なお、２つの磁気抵抗素子２ｂも、同様に配線３を介してパッド４に接続されている。
【００２６】
保護膜７は、側壁保護膜６と、上部配線層３２と、パッド４の表面に形成されている。ただし、パッド４の上部においては保護膜７の一部が除去されて開口部７１が形成されており、パッド４が露出している。
【００２７】
４つの磁気抵抗素子２は、配線３、パッド４、および、パッド４に接続された図示しないボンディングワイヤ等を介して、図示しない電源等に接続されている。
【００２８】
磁気抵抗素子２の詳細について説明する。図２、図３に示すように、磁気抵抗素子２は、固定層２１と、中間層２２と、自由層２３と、キャップ層２４とを備えており、これらの層は、下部配線層３１の上面に順に積層されている。
【００２９】
固定層２１は、一面１１に垂直な磁化容易軸を有しており、磁化方向が固定されている。具体的には、固定層２１は、強磁性層２１１と、非磁性層２１２と、強磁性層２１３とを備えており、これらの層は、下部配線層３１の上に、強磁性層２１３、非磁性層２１２、強磁性層２１１の順に積層されている。強磁性層２１１、２１３は、それぞれ、第１強磁性層、第２強磁性層に相当する。
【００３０】
強磁性層２１１は、一面１１に垂直な方向に磁化方向が固定された強磁性体膜である。図３の矢印で示すように、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１の磁化の向きは、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１の磁化の向きと逆とされている。本実施形態では、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが備える強磁性層２１１は、それぞれ、強磁性層２１３から強磁性層２１１に向かう向き（図３中紙面上向き）、強磁性層２１１から強磁性層２１３に向かう向き（図３中紙面下向き）に磁化されている。
【００３１】
強磁性層２１１は、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜で構成されている。なお、強磁性層２１１を、ＣｏＣｒ合金にＰｔ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂなどを添加した薄膜、または、組成の異なる磁性膜の積層構造の薄膜で構成してもよい。また、強磁性層２１１を、Ｃｏ／Ｐｔ（またはＰｄ）多層膜とＣｏ−Ｘａ／（ＰｔまたはＰｄ）多層膜層（ＸａはＣｒ、Ｂ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｖ）の積層磁性膜で構成してもよい。また、強磁性層２１１を、Ｃｏ／（ＰｔまたはＰｄ）多層膜とＣｏ／｛（Ｐｔ−Ｙａ）または（Ｐｄ−Ｙａ）｝多層膜層（ＹａはＢ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ）の積層磁性膜で構成してもよい。また、強磁性層２１１を、ＣｏＣｒ合金膜とＣｏ／（ＰｔまたはＰｄ）多層膜の積層磁性膜、ＦｅＰｔ合金、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＦｅＢ薄膜などで構成してもよい。
【００３２】
非磁性層２１２は、Ｒｕ等の非磁性体によって形成された薄膜である。
【００３３】
強磁性層２１３は、一面１１に垂直な方向に磁化方向が固定された強磁性体膜であり、強磁性層２１１と逆の向きに磁化されている。すなわち、図３の矢印で示すように、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１３の磁化の向きは、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１３の磁化の向きと逆とされている。本実施形態では、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが備える強磁性層２１３は、それぞれ図３中紙面下向き、図３中紙面上向きに磁化されている。このように、固定層２１は、互いの磁化方向が反平行となる強磁性層２１１と強磁性層２１３との間に非磁性層２１２を介在させた、いわゆる反強磁性結合構造を有している。強磁性層２１３は、例えば強磁性層２１１と同様の材料で構成される。
【００３４】
磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１の磁化量は、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１３の磁化量よりも大きくされており、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１の磁化量は、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１３の磁化量よりも小さくされている。すなわち、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１、２１３の磁化量をそれぞれＭＡ１、ＭＡ２とし、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１、２１３の磁化量をそれぞれＭＢ１、ＭＢ２とすると、ＭＡ２＜ＭＡ１、ＭＢ１＜ＭＢ２とされている。
【００３５】
磁化量は単位体積当たりの磁化量と体積との積で表される。したがって、ＭＡ１＝ＭｓＡ１×ＶＡ１、ＭＡ２＝ＭｓＡ２×ＶＡ２、ＭＢ１＝ＭｓＢ１×ＶＢ１、ＭＢ２＝ＭｓＢ２×ＶＢ２となる。なお、ＭｓＡ１、ＭｓＡ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１、２１３の単位体積当たりの磁化量であり、ＶＡ１、ＶＡ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１、２１３の体積である。また、ＭｓＢ１、ＭｓＢ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１、２１３の単位体積当たりの磁化量であり、ＶＢ１、ＶＢ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１、２１３の体積である。
【００３６】
本実施形態では、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１、２１３、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１、２１３を同一の材料で構成することにより、ＭｓＡ１＝ＭｓＡ２＝ＭｓＢ１＝ＭｓＢ２とされている。そして、ＶＡ２＜ＶＡ１、ＶＢ１＜ＶＢ２とすることにより、ＭＡ２＜ＭＡ１、ＭＢ１＜ＭＢ２とされている。
【００３７】
また、本実施形態では、強磁性層２１１、２１３が円柱状とされている。すなわち、ＶＡ１＝ＳＡ１×ｔＡ１、ＶＡ２＝ＳＡ２×ｔＡ２、ＶＢ１＝ＳＢ１×ｔＢ１、ＶＢ２＝ＳＢ２×ｔＢ２とされている。なお、ＳＡ１、ＳＡ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１の上面の面積、強磁性層２１３の底面の面積であり、ＳＢ１、ＳＢ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１の上面の面積、強磁性層２１３の底面の面積である。また、ｔＡ１、ｔＡ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１、２１３の膜厚であり、ｔＢ１、ｔＢ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１、２１３の膜厚である。
【００３８】
また、本実施形態では、ｒＡ１＜ｒＡ２、ｒＢ１＜ｒＢ２とされている。すなわち、ＳＡ１＜ＳＡ２、ＳＢ１＜ＳＢ２とされている。なお、ｒＡ１、ｒＡ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１の上面の半径、強磁性層２１３の底面の半径であり、ｒＢ１、ｒＢ２は、それぞれ、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１の上面の半径、強磁性層２１３の底面の半径である。
【００３９】
また、本実施形態では、ｒＡ１＝ｒＢ１、ｔＡ１＝ｔＢ１とされている。すなわち、ＳＡ２×ｔＡ２＜ＳＡ１×ｔＡ１＝ＳＢ１×ｔＢ１＜ＳＢ２×ｔＢ２とされている。さらに、本実施形態では、ｔＡ２＝ｔＢ２とされており、ＳＡ２＜ＳＢ２、すなわち、ｒＡ２＜ｒＢ２となるように、ｒＡ２、ｒＢ２が設定されている。
【００４０】
また、本実施形態では、磁気抵抗素子２ａが備える非磁性層２１２は、上面が半径ｒＡ１の円形状とされ、底面が半径ｒＡ２の円形状とされた段付き円柱状とされている。また、磁気抵抗素子２ｂが備える非磁性層２１２は、上面が半径ｒＢ１の円形状とされ、底面が半径ｒＢ２の円形状とされた段付き円柱状とされている。
【００４１】
中間層２２は、固定層２１の上面に形成されている。中間層２２は、非磁性体で構成されており、例えば、ＭｇＯ、ＡｌＯ等の絶縁体によって形成され得る。この場合、磁気センサ１は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto Resistance）素子としての構成を有している。あるいは、中間層２２は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ等の導電体によって形成され得る。この場合、磁気センサ１は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistance）素子としての構成を有している。また、中間層２２を半導体によって形成してもよい。
【００４２】
自由層２３は、中間層２２の上面に形成されている。自由層２３は、磁化方向が可変とされており、本実施形態では、一面１１に平行な磁化容易軸を有する。このように、自由層２３が面内磁気異方性を有する構成では、磁化困難軸方向である一面１１に垂直な方向の外部磁界の検出に際して、自由層２３の磁化反転が緩やかであるため、広い磁界範囲での磁界強度の検出が可能となる。
【００４３】
自由層２３は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとを含有するアモルファス状態の合金等を用いて形成することが可能である。キャップ層２４は、自由層２３を保護するためのものであり、Ｔａ、Ｒｕ等で構成されている。
【００４４】
中間層２２、自由層２３、キャップ層２４の上面は、円形状とされており、半径が強磁性層２１１の上面の半径と等しくされている。すなわち、磁気抵抗素子２ａが備える中間層２２、自由層２３、キャップ層２４の上面の半径はｒＡ１とされており、磁気抵抗素子２ｂが備える中間層２２、自由層２３、キャップ層２４の上面の半径はｒＢ１とされている。
【００４５】
磁気センサ１００の製造方法について説明する。磁気センサ１００は、図４〜１０に示す工程を行うことによって製造される。
【００４６】
図４（ａ）に示す工程では、基板１の一面１１に、絶縁膜５と、下部配線層３１と、固定層２１の強磁性層２１３、非磁性層２１２、強磁性層２１１と、中間層２２と、自由層２３と、キャップ層２４とを順に成膜する。そして、キャップ層２４の上面に、フォトリソグラフィにより、レジスト８１を形成する。レジスト８１は、図１に示す下部配線層３１の上面形状に対応する形状とされている。
【００４７】
図４（ｂ）に示す工程では、レジスト８１をマスクとして用いたエッチングにより、下部配線層３１、固定層２１、中間層２２、自由層２３、キャップ層２４の一部を除去し、下部配線層３１を図１に示す形状とする。そして、エッチングにより露出した絶縁膜５と、下部配線層３１、固定層２１、中間層２２、自由層２３、キャップ層２４、レジスト８１とを覆うように、スパッタリング、ＣＶＤ等を用いて側壁保護膜６を形成する。
【００４８】
図４（ｃ）に示す工程では、レジスト８１を剥離し、レジスト８１の上部に形成された側壁保護膜６をリフトオフによって除去する。
【００４９】
図５（ａ）に示す工程では、フォトリソグラフィを行い、キャップ層２４の上面にレジスト８２を成膜する。レジスト８２は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの強磁性層２１３に対応する形状に形成される。具体的には、レジスト８２のうち磁気抵抗素子２ａに対応する部分の上面は半径ｒＡ２の円形状とされ、磁気抵抗素子２ｂに対応する部分の上面は半径ｒＢ２の円形状とされる。
【００５０】
図５（ｂ）に示す工程では、例えばイオンミリング等のエッチングを用いて、固定層２１からキャップ層２４までの各層のうち、レジスト８２で覆われていない部分を除去する。これにより、磁気抵抗素子２ａに対応する部分の固定層２１からキャップ層２４は上面の半径がｒＡ２の円柱状となり、磁気抵抗素子２ｂに対応する部分の固定層２１からキャップ層２４は上面の半径がｒＢ２の円柱状となる。
【００５１】
図５（ｃ）に示す工程では、絶縁膜５、下部配線層３１、固定層２１、中間層２２、自由層２３、キャップ層２４、レジスト８２の表面を覆うように、スパッタリング、ＣＶＤ等を用いて側壁保護膜６を形成する。
【００５２】
図６（ａ）に示す工程では、レジスト８２を剥離し、側壁保護膜６のうちレジスト８２の上部に形成された部分をリフトオフによって除去する。
【００５３】
図６（ｂ）に示す工程では、フォトリソグラフィを行い、キャップ層２４の上面にレジスト８３を成膜する。レジスト８３は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの強磁性層２１１に対応する形状に形成される。具体的には、レジスト８３のうち磁気抵抗素子２ａに対応する部分の上面は半径ｒＡ１の円形状とされ、磁気抵抗素子２ｂに対応する部分の上面は半径ｒＢ１の円形状とされる。
【００５４】
図６（ｃ）に示す工程では、エッチングを用いて、レジスト８３で覆われていない部分について、少なくともキャップ層２４と、自由層２３と、中間層２２と、強磁性層２１１の一部とを除去する。本実施形態では、雰囲気中に含まれる元素を分析しながらエッチングを行い、非磁性層２１２を構成する元素が検出されたときにエッチングを停止して、キャップ層２４と、自由層２３と、中間層２２と、強磁性層２１１と、非磁性層２１２の一部とを除去する。
【００５５】
これにより、上面が半径ｒＡ１の円形状とされた強磁性層２１１、中間層２２、自由層２３、キャップ層２４と、上面の半径がｒＡ１、底面の半径がｒＡ２の段付き円柱状とされた非磁性層２１２と、底面が半径ｒＡ２の円形状とされた強磁性層２１３とを備える磁気抵抗素子２ａが形成される。また、上面が半径ｒＢ１の円形状とされた強磁性層２１１、中間層２２、自由層２３、キャップ層２４と、上面の半径がｒＢ１、底面の半径がｒＢ２の段付き円柱状とされた非磁性層２１２と、底面が半径ｒＢ２の円形状とされた強磁性層２１３とを備える磁気抵抗素子２ｂが形成される。
【００５６】
図７（ａ）に示す工程では、絶縁膜５、下部配線層３１、磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、レジスト８３の表面を覆うように、スパッタリング、ＣＶＤ等を用いて側壁保護膜６を形成する。
【００５７】
図７（ｂ）に示す工程では、レジスト８３を剥離し、側壁保護膜６のうちレジスト８３の上部に形成された部分をリフトオフによって除去する。
【００５８】
図８（ａ）、図９（ａ）に示す工程では、フォトリソグラフィを行い、側壁保護膜６の上面にレジスト８４を形成する。レジスト８４には、図１に示す上部配線層３２の上面形状に対応する開口部が設けられている。レジスト８４を形成した後、キャップ層２４、側壁保護膜６、レジスト８４の表面に、上部配線層３２を形成する。
【００５９】
図８（ｂ）、図９（ｂ）に示す工程では、レジスト８４を剥離し、上部配線層３２のうちレジスト８４の上部に形成された部分をリフトオフによって除去する。
【００６０】
図８（ｃ）、図９（ｃ）に示す工程では、フォトリソグラフィを用いて上部配線層３２の一部を露出させる図示しないマスクを形成し、このマスクおよび上部配線層３２の表面にパッド４を形成する。その後、マスクを剥離し、マスクの上部に形成されたパッド４をリフトオフによって除去する。また、上部配線層３２、パッド４、側壁保護膜６の表面に保護膜７を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、パッド４の上部に形成された保護膜７を除去し、開口部７１を形成して、パッド４を露出させる。
【００６１】
図１０に示す工程では、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの着磁を行う。具体的には、基板１に一面１１の法線方向の磁場を印加し、磁場をある程度大きくした後、０に戻す。これにより、図１０の矢印で示すように、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１は、強磁性層２１３から強磁性層２１１に向かう向きに磁化され、強磁性層２１３は、強磁性層２１１から強磁性層２１３に向かう向きに磁化される。また、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１は、強磁性層２１１から強磁性層２１３に向かう向きに磁化され、強磁性層２１３は、強磁性層２１３から強磁性層２１１に向かう向きに磁化される。
【００６２】
磁気抵抗素子２の着磁について、図１１〜１５を参照して説明する。磁化量が互いに等しい強磁性層２１１および強磁性層２１３と、これらの強磁性層の間に配置された非磁性層２１２とを備える固定層２１に磁場を印加した場合、磁化曲線は図１１に示すようになる。
【００６３】
すなわち、Ｈ＜−Ｈｓのとき、図１２（ａ）に示すように強磁性層２１１、２１３は共に負の向きに磁化され、磁場Ｈが−Ｈｓよりもある程度小さいときには、Ｍ＝−｜Ｍ１＋Ｍ２｜となる。なお、Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ強磁性層２１１、２１３の磁化量であり、Ｍは固定層２１の全体としての磁化であり、Ｈは固定層２１に印加される磁場の強さである。また、磁化および磁場の向きについて、強磁性層２１３から強磁性層２１１に向かう向き、強磁性層２１１から強磁性層２１３に向かう向きをそれぞれ正の向き、負の向きとする。
【００６４】
また、−Ｈｓ≦Ｈ＜Ｈｓのとき、図１２（ｂ）に示すように強磁性層２１１、２１３がそれぞれ負の向き、正の向きに磁化され、あるいは、図１２（ｃ）に示すように強磁性層２１１、２１３がそれぞれ正の向き、負の向きに磁化され、Ｍ＝｜Ｍ１−Ｍ２｜＝０となる。
【００６５】
また、Ｈｓ≦Ｈのとき、図１２（ｄ）に示すように強磁性層２１１、２１３が共に正の向きに磁化され、磁場ＨがＨｓよりもある程度大きいときには、Ｍ＝｜Ｍ１＋Ｍ２｜となる。
【００６６】
このように、強磁性層２１１、２１３の磁化量が互いに等しい場合、Ｈ＝０においてＭ＝０となる。一方、強磁性層２１１、２１３の磁化量が互いに異なる場合、磁化曲線は図１３に示すようになり、強磁性層２１１、２１３は図１４、１５に示すように磁化され、Ｈ＝０においてＭ≠０となる。なお、図１３において、実線は磁場Ｈが増加するときの磁化曲線を示し、一点鎖線は磁場Ｈが減少するときの磁化曲線を示す。また、図１４は強磁性層２１１の磁化量が強磁性層２１３の磁化量よりも大きい場合の強磁性層２１１、２１３の磁化の向きを示し、図１５は強磁性層２１１の磁化量が強磁性層２１３の磁化量よりも小さい場合の強磁性層２１１、２１３の磁化の向きを示す。
【００６７】
すなわち、磁場Ｈが増加していくと、Ｈ＜−Ｈｓ２のとき、図１４（ａ）、図１５（ａ）に示すように強磁性層２１１、２１３は共に負の向きに磁化され、磁場Ｈが−Ｈｓ２よりもある程度小さいときには、Ｍ＝−｜Ｍ１＋Ｍ２｜となる。
【００６８】
また、−Ｈｓ２≦Ｈ＜Ｈｓ１のとき、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）に示すように、強磁性層２１１、２１３のうち磁化量の大きい方が負の向きに磁化され、磁化量の小さい方が正の向きに磁化される。そして、磁場Ｈが−Ｈｓ２よりもある程度大きく、Ｈｓ１よりもある程度小さいときには、Ｍ＝−｜Ｍ１−Ｍ２｜となる。
【００６９】
また、Ｈｓ１≦Ｈ＜Ｈｓ３のとき、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）に示すように、強磁性層２１１、２１３のうち磁化量の大きい方が正の向きに磁化され、磁化量の小さい方が負の向きに磁化される。そして、磁場ＨがＨｓ１よりもある程度大きく、Ｈｓ３よりもある程度小さいときには、Ｍ＝｜Ｍ１−Ｍ２｜となる。
【００７０】
また、Ｈｓ３＜Ｈのとき、図１４（ｄ）、図１５（ｄ）に示すように強磁性層２１１、２１３は共に正の向きに磁化され、磁場ＨがＨｓ３よりもある程度大きいときには、Ｍ＝｜Ｍ１＋Ｍ２｜となる。
【００７１】
一方、磁場Ｈが減少していくと、Ｈｓ２＜Ｈのとき、図１４（ｄ）、図１５（ｄ）に示すように強磁性層２１１、２１３は共に正の向きに磁化され、磁場ＨがＨｓ２よりもある程度大きいときには、Ｍ＝｜Ｍ１＋Ｍ２｜となる。
【００７２】
また、−Ｈｓ１＜Ｈ≦Ｈｓ２のとき、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）に示すように、強磁性層２１１、２１３のうち磁化量の大きい方が正の向きに磁化され、磁化量の小さい方が負の向きに磁化される。そして、磁場Ｈが−Ｈｓ１よりもある程度大きく、Ｈｓ２よりもある程度小さいときには、Ｍ＝｜Ｍ１−Ｍ２｜となる。
【００７３】
また、−Ｈｓ３＜Ｈ≦−Ｈｓ１のとき、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）に示すように、強磁性層２１１、２１３のうち磁化量の大きい方が負の向きに磁化され、磁化量の小さい方が正の向きに磁化される。そして、磁場Ｈが−Ｈｓ３よりもある程度大きく、−Ｈｓ１よりもある程度小さいときには、Ｍ＝−｜Ｍ１−Ｍ２｜となる。
【００７４】
また、Ｈ≦−Ｈｓ３のとき、図１４（ａ）、図１５（ａ）に示すように強磁性層２１１、２１３は共に負の向きに磁化され、磁場Ｈが−Ｈｓ３よりもある程度小さいときには、Ｍ＝−｜Ｍ１＋Ｍ２｜となる。
【００７５】
このように、反強磁性結合構造を有する固定層では、非磁性層を介して結合する２つの強磁性層のうち、磁化量の大きい層が着磁時に与えられる外部磁界と同じ向きに磁化される。そして、磁化量の小さい層は、反強磁性結合により、磁化量の大きい層とは逆の向きに磁化される。
【００７６】
本実施形態では、このような磁化特性を利用して、一度の着磁によって磁気抵抗素子２ａ、２ｂの強磁性層２１１を互いに逆の向きに磁化する。具体的には、磁場ＨをＨｓ１よりも大きくした後、０に戻すことにより、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１、２１３をそれぞれ正の向き、負の向きに磁化し、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１、２１３をそれぞれ負の向き、正の向きに磁化する。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態では、強磁性層２１１と強磁性層２１３の磁化量の大小関係を磁気抵抗素子２ａ、２ｂで逆にすることにより、一度の着磁で、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが備える強磁性層２１１を互いに逆の向きに磁化することができる。したがって、垂直磁気異方性を有する複数の磁気抵抗素子が同一チップ内に形成され、各磁気抵抗素子が備える固定層が互いに逆の向きに磁化された磁気センサにおいて、製造工程を簡略化することができる。また、これにより、磁気センサの製造にかかる時間を短縮し、また、製造コストを低減することができる。
【００７８】
また、本実施形態では、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの強磁性層２１１、２１３が同じ材料で構成され、単位体積当たりの磁化量が互いに等しくされている。そのため、強磁性層２１１の上面の面積、強磁性層２１３の底面の面積、強磁性層２１１、２１３の膜厚を制御することで、強磁性層２１１の磁化の向きを制御することができる。したがって、磁気センサ１００の製造が容易になる。
【００７９】
なお、磁気抵抗素子２ａの強磁性層２１１と、磁気抵抗素子２ｂの強磁性層２１１とを同時に成膜することが望ましい。また、磁気抵抗素子２ａの強磁性層２１３と、磁気抵抗素子２ｂの強磁性層２１３についても同時に成膜することが望ましい。これらの層を同時に成膜することで、磁気抵抗素子２ａと磁気抵抗素子２ｂとで強磁性層２１１、２１３を等しい膜厚とすることができるため、素子のばらつきを抑制し、測定誤差を低減することができる。
【００８０】
また、磁気抵抗素子２ａと磁気抵抗素子２ｂとの抵抗値の差を小さくし、また、図６（ｃ）に示す工程におけるエッチングレートのばらつきを低減するために、ＳＡ１＝ＳＢ１とすることが望ましい。
【００８１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して磁気抵抗素子２の数を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８２】
本実施形態の磁気センサ１００は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂをそれぞれ４つ備えている。４つの磁気抵抗素子２ａをそれぞれ磁気抵抗素子２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４とし、４つの磁気抵抗素子２ｂをそれぞれ磁気抵抗素子２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２ｂ４とする。
【００８３】
図１６に示すように、４つの磁気抵抗素子２ａおよび４つの磁気抵抗素子２ｂは、配線３によって電気的に接続され、図１７に示すホイートストンブリッジ（フルブリッジ）回路を構成している。なお、図１６では、保護膜７の図示を省略している。
【００８４】
すなわち、図示しない電源の正極と負極（グランド）との間に、２つの磁気抵抗素子２ａと２つの磁気抵抗素子２ｂとが、磁気抵抗素子２ａが正極側となるように直列に接続されている。また、この電源の正極と負極との間には、これらの磁気抵抗素子と並列となるように、他の２つの磁気抵抗素子２ａと他の２つの磁気抵抗素子２ｂとが、磁気抵抗素子２ｂが正極側となるように配置されている。
【００８５】
具体的には、図示しない電源の正極に、上部配線層３２を介して、磁気抵抗素子２ａ１、２ｂ１のキャップ層２４が接続されている。磁気抵抗素子２ａ１、２ｂ１の強磁性層２１３は、それぞれ、下部配線層３１を介して磁気抵抗素子２ａ２、２ｂ２の強磁性層２１３に接続されている。磁気抵抗素子２ａ２、２ｂ２のキャップ層２４は、それぞれ、上部配線層３２を介して磁気抵抗素子２ｂ３、２ａ３のキャップ層２４に接続されている。磁気抵抗素子２ｂ３、２ａ３の強磁性層２１３は、それぞれ、下部配線層３１を介して磁気抵抗素子２ｂ４、２ａ４の強磁性層２１３に接続されている。磁気抵抗素子２ｂ４、２ａ４のキャップ層２４は、それぞれ、上部配線層３２を介して図示しない電源の負極に接続されている。
【００８６】
また、図１６に示すように、本実施形態の磁気センサ１００は、４つのパッド４を備えている。４つのパッド４のうちの２つは、ブリッジ回路を図示しない電源に接続するために用いられ、上部配線層３２のうち磁気抵抗素子２ａ１、２ｂ１に接続された部分と、磁気抵抗素子２ａ４、２ｂ４に接続された部分の上面に形成されている。また、他の２つは、磁気抵抗素子２ａ２、２ｂ３の接続点と、磁気抵抗素子２ｂ２、２ａ３の接続点との電位差を測定するために用いられ、上部配線層３２のうち磁気抵抗素子２ａ２、２ｂ３に接続された部分と、磁気抵抗素子２ｂ２、２ａ３に接続された部分の上面に形成されている。
【００８７】
このような構成において、電源の正極と負極との間に所定の電圧Ｖｃｃが印加されることで、図１７、図１８の矢印で示すように電流が流れる。
【００８８】
このような磁気センサ１００を製造するには、まず、図４〜７に示す工程と同様に、図１６に示す形状の下部配線層３１、および、各磁気抵抗素子２を形成する。その後、図１９に示すように、図１６に示す上部配線層３２に対応する形状のレジスト８４を形成し、キャップ層２４、側壁保護膜６、レジスト８４の表面に上部配線層３２を形成する。そして、レジスト８４を剥離し、レジスト８４の上部に形成された上部配線層３２をリフトオフによって除去し、ホイートストンブリッジ回路を形成した後、パッド４および保護膜７を形成し、図１０に示す工程と同様に着磁を行う。
【００８９】
磁気抵抗素子２の抵抗値は、中間層２２に接する強磁性層２１１の磁化方向により変化する。したがって、強磁性層２１１の磁化の向きを反転させることで、磁気抵抗素子２の抵抗値の出力特性が反転する。よって、磁気抵抗素子２ａ２と磁気抵抗素子２ｂ３との接続点の電位Ｖ０１と、磁気抵抗素子２ｂ２と磁気抵抗素子２ａ３との接続点の電位Ｖ０２との差に基づいて磁界検出を行うことにより、例えば温度変化などの外乱の影響が低減される。
【００９０】
このように温度特性を補償するためのブリッジ回路を１チップ上に構成する場合にも、強磁性層２１１、２１３の磁化量の大小関係を磁気抵抗素子２ａ、２ｂで逆にすることで、第１実施形態と同様に、磁気センサ１００の製造工程を簡略化することができる。
【００９１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してエッチングストップ層を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９２】
本実施形態では、図２０に示すように、強磁性層２１１がエッチングストップ層とされている。すなわち、レジスト８３を用いたエッチングにおいて、強磁性層２１１を構成する元素が雰囲気中に検出されたときにエッチングを停止し、キャップ層２４と、自由層２３と、中間層２２と、強磁性層２１１の一部とを除去する。これにより、強磁性層２１１は、底面の面積が上面の面積よりも大きい段付き円柱状とされている。
【００９３】
一般に、反強磁性結合構造においては、非磁性層よりも、非磁性層の両側に配置された強磁性層の膜厚が大きくされている。したがって、強磁性層２１１をエッチングストップ層とすることで、エッチング深さの制御が容易になり、磁気センサ１００の製造が容易になる。
【００９４】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してエッチングストップ層を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９５】
本実施形態では、図２１に示すように、強磁性層２１３がエッチングストップ層とされている。すなわち、レジスト８３を用いたエッチングにおいて、強磁性層２１３を構成する元素が雰囲気中に検出されたときにエッチングを停止し、キャップ層２４と、自由層２３と、中間層２２と、強磁性層２１１と、非磁性層２１２と、強磁性層２１３の一部とを除去する。これにより、強磁性層２１３は、底面の面積が上面の面積よりも大きい段付き円柱状とされている。
【００９６】
強磁性層２１３をエッチングストップ層とした本実施形態においても、第３実施形態と同様に、エッチング深さの制御が容易になり、磁気センサ１００の製造が容易になる。
【００９７】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００９８】
例えば、ＭＡ２＜ＭＡ１、ＭＢ１＜ＭＢ２であれば、強磁性層２１１、２１３を上記第１〜４実施形態とは異なる構成としてもよい。例えば、強磁性層２１１と強磁性層２１３とが互いに異なる材料で構成され、ＭｓＡ１≠ＭｓＡ２またはＭｓＢ１≠ＭｓＢ２とされていてもよい。また、ＭｓＡ２＜ＭｓＡ１かつＶＡ１＝ＶＡ２とされていてもよく、ＭｓＢ１＜ＭｓＢ２かつＶＢ１＝ＶＢ２とされていてもよい。また、ＳＡ１≠ＳＢ１とされていてもよい。また、ｔＡ１≠ｔＢ１、あるいは、ｔＡ２≠ｔＢ２とされていてもよい。また、ＳＡ１＝ＳＡ２、あるいは、ＳＢ１＝ＳＢ２とされていてもよい。
【００９９】
また、一面１１に垂直な方向の外部磁界の検出に際して、広い磁界範囲で磁界強度を検出するためには、自由層２３が一面１１に平行な磁化容易軸を有することが望ましいが、自由層２３が一面１１に平行な磁化容易軸を有していなくてもよい。例えば、自由層２３が一面１１に垂直な磁化容易軸を有していてもよい。
【０１００】
また、磁気センサ１００が磁気抵抗素子２ａを１つのみ備えていてもよいし、磁気抵抗素子２ｂを１つのみ備えていてもよい。また、磁気抵抗素子２を構成する各層の上面が円形状とされていなくてもよい。
【０１０１】
また、固定層２１の着磁の際、磁場Ｈを−Ｈｓ１よりも小さくした後、０に戻すことにより、磁気抵抗素子２ａが備える強磁性層２１１を負の向きに磁化し、磁気抵抗素子２ｂが備える強磁性層２１１を正の向きに磁化してもよい。また、上記第２実施形態において、２つの磁気抵抗素子２ａおよび２つの磁気抵抗素子２ｂによってホイートストンブリッジ回路を構成してもよい。また、基板１にハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子２ａ、２ｂのみが形成されていてもよい。
【０１０２】
また、固定層２１の磁化容易軸は一面１１に完全に垂直である必要はなく、一面１１に略垂直であってもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１      基板
２ａ    磁気抵抗素子
２ｂ    磁気抵抗素子
２１    固定層
２１１  強磁性層
２１２  非磁性層
２１３  強磁性層
２２    中間層
２３    自由層
【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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【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２１】
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