(57)【要約】【課題】より優れた磁場検出性能を有する磁場検出装置を提供する。【解決手段】この磁場検出装置は、基体と、その基体の上に設けられ、第１の面に沿って広がる第１の主面、その第１の面に沿って広がる第２の主面、および第１の主面と第２の主面とを繋ぐ第１の端面、を含む第１のヨークと、基体の上に設けられ、第１の面に沿った第１の方向において第１のヨークと重なる位置に配置された磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子とを有する。第１の端面は、基体から離れるほど磁化自由層における中心点に近づくように延在すると共に第１の面に対して傾斜した逆テーパ面を含んでいる。磁化自由層における中心点と第１の主面および第１の端面が交差する第１のエッジとの距離が、磁化自由層における中心点と前記第２の主面および第１の端面が交差する第２のエッジとの距離よりも近い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上に設けられ、第１の面に沿って広がる第１の主面、前記第１の面に沿って広がる第２の主面、および前記第１の主面と前記第２の主面とを繋ぐ第１の端面、を含む第１のヨークと、
前記基体の上に設けられ、前記第１の面に沿った第１の方向において前記第１のヨークと重なる位置に配置された磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子と
を有し、
前記第１の端面は、前記第１の面と直交する第２の方向において前記基体から離れるほど前記磁化自由層における中心点に近づくように延在すると共に前記第１の面に対して傾斜した逆テーパ面を含み、
前記磁化自由層における前記中心点と前記第１の主面および前記第１の端面が交差する第１のエッジとの距離が、前記磁化自由層における前記中心点と前記第２の主面および前記第１の端面が交差する第２のエッジとの距離よりも近い
磁場検出装置。
【請求項２】
前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第１のエッジの前記第１の方向の位置との第１の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第２のエッジの前記第１の方向の位置との第２の距離よりも小さく、
前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第１のエッジの前記第２の方向の位置との第３の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第２のエッジの前記第２の方向の位置との第４の距離よりも小さい
請求項１記載の磁場検出装置。
【請求項３】
前記基体の上の、前記第１の方向において前記磁気抵抗効果素子から見て前記第１のヨークと反対側であって前記第１の方向において前記磁化自由層と重なる位置に配置され、前記第１の面に沿って広がる第３の主面、前記第１の面に沿って広がる第４の主面、および前記第３の主面と前記第４の主面とを繋ぐ第２の端面、を含む第２のヨークをさらに有し、
前記第２の端面は、前記基体から離れるほど前記磁化自由層における前記中心点に近づくように延在すると共に前記第１の面に対して傾斜した逆テーパ面を含み、
前記磁化自由層における前記中心点と前記第３の主面および前記第２の端面が交差する第３のエッジとの距離が、前記磁化自由層における前記中心点と前記第４の主面および前記第２の端面が交差する第４のエッジとの距離よりも近い
請求項１または請求項２に記載の磁場検出装置。
【請求項４】
前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第３のエッジの前記第１の方向の位置との第５の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第４のエッジの前記第１の方向の位置との第６の距離よりも小さく、
前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第３のエッジの前記第２の方向の位置との第７の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第４のエッジの前記第２の方向の位置との第８の距離よりも小さく、
前記第１のエッジの前記第１の方向の位置と前記第３のエッジの前記第１の方向の位置との第１の間隔は、前記第２のエッジの前記第１の方向の位置と前記第４のエッジの前記第１の方向の位置との第２の間隔よりも狭い
請求項３記載の磁場検出装置。
【請求項５】
前記第１のヨークの厚さと、前記第２のヨークの厚さとが実質的に等しい
請求項３または請求項４に記載の磁場検出装置。
【請求項６】
前記第１の主面における前記第２の方向の位置と前記第３の主面における前記第２の方向の位置とは実質的に一致しており、
前記第２の主面における前記第２の方向の位置と前記第４の主面における前記第２の方向の位置とは実質的に一致している
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項７】
前記磁化自由層は、前記第１のヨークの一部および前記第２のヨークの双方と前記第２の方向において重なり合う位置に配置されている
請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項８】
前記第２の方向において前記磁化自由層における前記中心点と重なり合う位置以外の位置に配置された第３のヨークをさらに有する
請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項９】
前記第３のヨークは、前記第１のヨークと前記第２の方向において重なり合う位置に配置されている
請求項８に記載の磁場検出装置。
【請求項１０】
前記磁気抵抗効果素子と前記第３のヨークとは、前記第１の方向において離間している
請求項９に記載の磁場検出装置。
【請求項１１】
前記第２の方向において前記磁化自由層における前記中心点と重なり合う位置以外の位置に配置された第３のヨークおよび第４のヨークをさらに有する
請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項１２】
前記第３のヨークは、前記第１のヨークと前記第２の方向において重なり合う位置に配置されており、
前記第４のヨークは、前記第２のヨークと前記第２の方向において重なり合う位置に配置されている
請求項１１に記載の磁場検出装置。
【請求項１３】
前記第３のヨークと前記第４のヨークとは、前記第２の方向において前記磁気抵抗効果素子を挟んで互いに反対側に位置する
請求項１１または請求項１２に記載の磁場検出装置。
【請求項１４】
前記磁気抵抗効果素子と前記第３のヨークとは前記第１の方向において離間しており、
前記磁気抵抗効果素子と前記第４のヨークとは前記第１の方向において離間している
請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項１５】
前記磁化自由層は、前記第１の面に沿って広がっている
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気検出素子を用いて磁場を検出する磁場検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部磁場を検出する磁場検出装置（磁界検出装置）として、ホール素子や磁気抵抗効果素子を利用したものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００８／１４６８０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、磁場検出の性能向上が求められている。したがって、より優れた磁場検出性能を有する磁場検出装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施の形態としての磁場検出装置は、基体と、その基体の上に設けられ、第１の面に沿って広がる第１の主面、その第１の面に沿って広がる第２の主面、および第１の主面と第２の主面とを繋ぐ第１の端面、を含む第１のヨークと、基体の上に設けられ、第１の面に沿った第１の方向において第１のヨークと重なる位置に配置された磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子とを有する。第１の端面は、第１の面と直交する第２の方向において基体から離れるほど磁化自由層における中心点に近づくように延在すると共に第１の面に対して傾斜した逆テーパ面を含んでいる。磁化自由層における中心点と第１の主面および第１の端面が交差する第１のエッジとの距離が、磁化自由層における中心点と第２の主面および第１の端面が交差する第２のエッジとの距離よりも近い。
【０００６】
本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、上記の構成を有することにより、第１のヨークを介して磁化自由層に及ぶ検出対象磁場の強度が効果的に大きくなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施の形態としての磁場検出装置によれば、磁気抵抗効果素子における磁化自由層に対して作用する検出対象磁場の強度を向上させることができる。したがって、本発明の一実施の形態としての磁場検出装置は、優れた磁場検出性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての磁場検出装置の全体構成を表す断面模式図である。
【図２】図１に示した磁場検出装置に搭載される信号検出回路の一例を表す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態としての磁場検出装置の全体構成を表す断面模式図である。
【図４】第１の変形例としての磁場検出装置を表す断面模式図である。
【図５】第２の変形例としての磁場検出装置を表す断面模式図である。
【図６】第３の変形例としての磁場検出装置を表す断面模式図である。
【図７】第４の変形例としての磁場検出装置を表す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
１対の軟磁性層と、その間に配置された磁気検出素子とを備えた磁場検出装置の例。
２．第２の実施の形態
積層方向において１対の軟磁性層と重なる位置に追加の軟磁性層を設けるようにした磁場検出装置の例）。
３．その他の変形例
【００１０】
＜１．第１の実施の形態＞
［磁場検出装置１０の全体構成］
最初に、図１を参照して、本発明における第１の実施の形態としての磁場検出装置１０の構成について説明する。図１は、磁場検出装置１０の全体構成例を表す断面模式図である。
【００１１】
磁場検出装置１０は、自らに及ぶ外部磁場の有無や方向、強度などを検出するデバイスであり、例えば電子コンパスに搭載されるものである。ここで、例えば外部磁場など、検出対象とする検出対象磁場の方向が、Ｘ軸方向と実質的に一致しているとよい。磁場検出装置１０は、第１のヨークとしての軟磁性層１と、第２のヨークとしての軟磁性層２と、例えば外部磁場の方向や強度に応じて抵抗変化を示す磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子（以下、ＭＲ素子という。）３とを有している。磁場検出装置１０は、さらに、ＭＲ素子３へセンス電流を供給するための下部電極層４および上部電極層５を有している。軟磁性層１とＭＲ素子３、下部電極層４および上部電極層５との間、ならびに軟磁性層２とＭＲ素子３、下部電極層４および上部電極層５との間には、絶縁層６が設けられている。
【００１２】
Ｘ軸方向は本発明の「第１の方向」に対応する一具体例であり、Ｚ軸方向は本発明の「第２の方向」に対応する一具体例であり、ＸＹ面は本発明の「第１の面」に対応する一具体例である。また、本明細書では、Ｚ軸方向を厚さ方向ともいう場合がある。さらに、下部電極層４は、本発明の「基体」に対応する一具体例である。
【００１３】
（軟磁性層１）
軟磁性層１は、ＸＹ面に沿って広がる主面１１、ＸＹ面に沿って広がる主面１２、および主面１１と主面１２とを繋ぎＸＹ面に対して傾斜した傾斜面１３、を含んでいる。軟磁性層１はオーバーハング形状を有しており、傾斜面１３は、基体としての下部電極層４から上部電極層５へ向かうにしたがいＭＲ素子３の磁化自由層３４（後出）の中心点３４１（後出）に近づくように延在する逆テーパ面となっている。特に、本実施の形態では、傾斜面１３はＭＲ素子３へ覆いかぶさるように延在しており、軟磁性層１の一部がＭＲ素子３の一部（後出の磁化自由層３４の一部）と厚さ方向において重なり合っている。主面１１と傾斜面１３とはエッジＥＧ１１において交差しており、主面１２と傾斜面１３とはエッジＥＧ１２において交差している。軟磁性層１は、例えばニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの高飽和磁束密度を有する軟磁性金属材料により構成されている。軟磁性層１は、Ｘ軸方向において磁化自由層３４（後出）と重なる位置に配置されている。ここで、主面１１が本発明の「第１の主面」に対応する一具体例であり、主面１２が本発明の「第２の主面」に対応する一具体例であり、傾斜面１３が本発明の「第１の端面」に対応する一具体例である。また、エッジＥＧ１１が本発明の「第１のエッジ」に対応する一具体例であり、エッジＥＧ１２が本発明の「第２のエッジ」に対応する一具体例である。
【００１４】
（軟磁性層２）
軟磁性層２は、ＸＹ面に沿って広がる主面２１、ＸＹ面に沿って広がる主面２２、および主面２１と主面２２とを繋ぎＸＹ面に対して傾斜した傾斜面２３、を含んでいる。軟磁性層２は軟磁性層１と同様にオーバーハング形状を有しており、傾斜面２３は、基体としての下部電極層４から上部電極層５へ向かうにしたがいＭＲ素子３の磁化自由層３４（後出）の中心点３４１（後出）に近づくように延在する逆テーパ面となっている。特に、本実施の形態では、傾斜面２３はＭＲ素子３へ覆いかぶさるように延在しており、軟磁性層２の一部がＭＲ素子３の一部（後出の磁化自由層３４の一部）と厚さ方向において重なり合っている。主面２１と傾斜面２３とは、エッジＥＧ２１において交差している。主面２２と傾斜面２３とは、エッジＥＧ２２において交差している。軟磁性層２は、軟磁性層１と同様に、例えばニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの高飽和磁束密度を有する軟磁性金属材料により構成されている。なお、軟磁性層１の構成材料と軟磁性層２の構成材料とは実質的に同一であってもよいし、異なっていてもよい。軟磁性層２は、Ｘ軸方向においてＭＲ素子３から見て軟磁性層１と反対側に配置されている。また、軟磁性層２は、Ｘ軸方向において磁化自由層３４（後出）と重なる位置に配置されている。ここで、主面２１が本発明の「第３の主面」に対応する一具体例であり、主面２２が本発明の「第４の主面」に対応する一具体例であり、傾斜面２３が本発明の「第２の端面」に対応する一具体例である。また、エッジＥＧ２１が本発明の「第３のエッジ」に対応する一具体例であり、エッジＥＧ２２が本発明の「第４のエッジ」に対応する一具体例である。
【００１５】
（ＭＲ素子３）
ＭＲ素子３は、例えば磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造を有するＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型のＭＲ素子であり、センス電流が自らの内部を積層方向に流れるものである。具体的には、ＭＲ素子３は、図１に示したように、反強磁性層３１と、一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層３２と、特定の磁化方向を発現しない中間層３３と、外部磁場に応じて変化する磁化を有する磁化自由層３４と、保護層３５とが順に積層された積層体を含むものである。なお、反強磁性層３１、磁化固着層３２，中間層３３、磁化自由層３４および保護層３５は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。このようなＭＲ素子においては、その積層方向（例えばＺ軸方向）と直交する膜面内（ＸＹ面内）に沿った磁束の変化に応じて抵抗変化が生じる。
【００１６】
反強磁性層３１は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されるものである。反強磁性層３１は、例えば隣接する磁化固着層３２の磁化の向きと実質的に同じ方向のスピン磁気モーメントと、それと正反対の方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固着層３２の磁化の向きを、一定方向へ固定するように作用する。
【００１７】
磁化固着層３２は、例えばコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料からなる。本実施の形態では、磁化固着層３２の磁化方向はＸ軸方向と一致していることが望ましい。
【００１８】
中間層３３は、ＭＲ素子３が磁気トンネル接合（ＭＴＪ：magnetic tunneling junction）素子である場合、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。ＭｇＯからなるトンネルバリア層は、例えば、ＭｇＯからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム（Ｍｇ）の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、ＭｇＯのほか、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ）の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層３３を構成することも可能である。また、ＭＲ素子３が例えばＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子である場合、中間層３３は銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）または金（Ａｕ）などの非磁性高導電性材料により構成される。
【００１９】
磁化自由層３４は、Ｘ軸方向において軟磁性層１および軟磁性層２の双方と重なる位置に配置されている。磁化自由層３４は軟質強磁性層であり、例えば磁化固着層３２の磁化の向きと実質的に直交する磁化容易軸を有するものである。磁化自由層３４は、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）あるいはコバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などによって構成される。本実施の形態では、磁化自由層３４の磁化容易軸の方向はＹ軸方向と一致していることが望ましい。
【００２０】
保護層３５は、例えばタンタル（Ｔａ）などの非磁性導電性材料により形成されている。
【００２１】
（下部電極層４および上部電極層５）
下部電極層４はＭＲ素子３の一部（例えば反強磁性層３１の下面）と接するようにＸＹ平面において延在しており、上部電極層５はＭＲ素子３の他の一部（例えば磁化自由層３４の上面）と接するようにＸＹ平面において延在している。下部電極層４および上部電極層５は、例えば銅やアルミニウム（Ａｌ）などの、高導電性非磁性材料により形成されている。
【００２２】
（信号検出回路）
磁場検出装置１０は、例えば図２に示した信号検出回路を有している。この信号検出回路は、例えば電圧印加部１０１と、ＭＲ素子３と、抵抗変化検出部１０２と、信号処理部１０３とを含んでいる。ＭＲ素子３には、電圧印加部１０１と、抵抗変化検出部１０２とが接続されている。信号処理部１０３は抵抗変化検出部１０２と接続されている。
【００２３】
［磁場検出装置１０の詳細構成］
次に、軟磁性層１および軟磁性層２と、ＭＲ素子３との位置関係の詳細について説明する。ここで、磁化自由層３４におけるＸ軸方向の中心点３４１の位置ＸＰ１と、エッジＥＧ１１のＸ軸方向の位置ＸＰ２との距離を距離Ｘ１１とする。中心点３４１の位置ＸＰ１と、エッジＥＧ１２のＸ軸方向の位置ＸＰ３との距離を距離Ｘ１２とする。本実施の形態では、距離Ｘ１１が距離Ｘ１２よりも小さいことが望ましい。また、磁化自由層３４におけるＺ軸方向の中心点３４１の位置ＺＰ１と、エッジＥＧ１１のＺ軸方向の位置ＺＰ２との距離を距離Ｚ１１とする。中心点３４１の位置ＺＰ１と、エッジＥＧ１２のＺ軸方向の位置との距離を距離Ｚ１２とする。本実施の形態では、距離Ｚ１１は距離Ｚ１２よりも小さいことが望ましい。
【００２４】
また、中心点３４１の位置ＸＰ１と、エッジＥＧ２１のＸ軸方向の位置ＸＰ４との距離Ｘ２１は、中心点３４１の位置ＸＰ１と、エッジＥＧ２２のＸ軸方向の位置ＸＰ５との距離Ｘ２２よりも小さい。中心点３４１の位置ＺＰ１と、エッジＥＧ２１のＺ軸方向の位置ＺＰ４との距離Ｚ２１は、中心点３４１の位置ＺＰ１と、エッジＥＧ２２のＺ軸方向の位置ＺＰ５との距離Ｚ２２よりも小さい。さらに、エッジＥＧ１１のＸ軸方向の位置ＸＰ２とエッジＥＧ２１のＸ軸方向の位置ＸＰ４との間隔Ｄ１は、エッジＥＧ１２のＸ軸方向の位置ＸＰ３とエッジＥＧ２２のＸ軸方向の位置ＸＰ５との間隔Ｄ２よりも狭い。
【００２５】
また、本実施の形態では、軟磁性層１の厚さＴ１と、軟磁性層２の厚さＴ２とが実質的に等しいことが望ましい。例えば、主面１１のＺ軸方向の位置と主面２１のＺ軸方向の位置とは実質的に一致しており、主面１２のＺ軸方向の位置と主面２２のＺ軸方向の位置とは実質的に一致しているとよい。
【００２６】
［磁場検出装置１０の作用効果］
磁場検出装置１０では、図２に示した信号検出回路により、磁場検出装置１０に及ぶ外部磁場に応じた出力が得られる。具体的には、上記の信号検出回路において、電圧印加部１０１により、下部電極層４と上部電極層５との間に所定の電圧を印加することで、そのときのＭＲ素子３の電気抵抗に対応したセンス電流が流れる。ＭＲ素子３の電気抵抗は、ＭＲ素子３の磁化状態、すなわち、磁化固着層３２の磁化の向きに対する磁化自由層３４の磁化の向きによって変化する。ＭＲ素子３を流れるセンス電流は抵抗変化検出部１０２において検出され、抵抗変化検出部１０２により信号処理部１０３へ信号が出力される。さらに、信号処理部１０３において抵抗変化検出部１０２からの出力に基づいた信号が生成されて外部へ出力される。これにより、磁場検出装置１０に及ぶ外部磁場に応じた出力が信号検出回路から得られる。
【００２７】
本実施の形態の磁場検出装置１０では、ＭＲ素子３がＸ軸方向において軟磁性層１と重なる位置に配置された磁化自由層３４を含んでいる。ここで、磁化自由層３４における中心点３４１と軟磁性層１におけるエッジＥＧ１１との距離が、中心点３４１と軟磁性層１におけるエッジＥＧ１２との距離よりも近くなるようにした。具体的には、Ｘ軸方向の中心点３４１の位置ＸＰ１とＸ軸方向のエッジＥＧ１１の位置ＸＰ２との距離Ｘ１１が、Ｘ軸方向の中心点３４１の位置ＸＰ１とＸ軸方向のエッジＥＧ１２の位置ＸＰ３との距離Ｘ１２よりも小さくなるようにした。さらに、Ｚ軸方向の中心点３４１の位置ＺＰ１とＺ軸方向のエッジＥＧ１１の位置ＺＰ２との距離Ｚ１１は、Ｚ軸方向の中心点３４１の位置ＺＰ１とエッジＥＧ１２のＺ軸方向の位置ＺＰ３との距離Ｚ１２よりも小さくなるようにした。このような構造を有することにより、磁場検出装置１０では、軟磁性層１および軟磁性層２を介して磁化自由層３４に対し、磁束を効率的に集中させることができる。その結果、例えばＸ軸方向に沿った外部磁場を磁場検出装置１０に対して印加すると、磁化自由層３４に対し、磁束を効率的に集中させることができる。したがって、この磁場検出装置１０は高い磁場検出性能を発揮することができる。
【００２８】
また、軟磁性層１および軟磁性層２はオーバーハング形状を有しており、傾斜面１３および傾斜面２３は、基体としての下部電極層４から上部電極層５へ向かうにしたがい、ＭＲ素子３へ覆いかぶさるように延在する逆テーパ面となっている。したがって、磁場検出装置１０の製造の際には、ＭＲ素子３を基体としての下部電極層４の上に積層したのち、ＭＲ素子３のＸ軸方向の両隣に軟磁性層１および軟磁性層２を形成することができる。このため、例えば軟磁性層１および軟磁性層２の形成ののちに、それらの間にＭＲ素子３を形成する場合と比較して、ＭＲ素子３の製造が容易であるうえ、ＭＲ素子３を構成する各層の膜質や厚さなどの均質性を高めるのに有利である。特に、軟磁性層１の一部がＭＲ素子３の一部（後出の磁化自由層３４の一部）と厚さ方向において重なり合うようにしたので、磁化自由層３４と軟磁性層１のエッジＥＧ１１との距離、および軟磁性層２のエッジＥＧ２１との距離をより近づけることができる。このため、より高い密度の磁束が磁化自由層３４に及ぶようになり、この磁場検出装置１０は、より高い磁場検出性能を発揮することができる。
【００２９】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、図３を参照して、本発明における第２の実施の形態としての磁場検出装置１０Ａの構成について説明する。図３は、磁場検出装置１０Ａの全体構成例を表す断面模式図である。
【００３０】
本実施の形態の磁場検出装置１０Ａでは、軟磁性層５１および軟磁性層５２をさらに有するようにしたことを除き、他は上記第１の実施の形態における磁場検出装置１０と実質的に同様の構成を有する。したがって、以下の記載では、上記の相違点について主に説明し、上記第１の実施の形態における磁場検出装置１０と実質的に同じ構成要素については適宜その説明を省略する。
【００３１】
具体的には図３に示したように、磁場検出装置１０Ａでは、軟磁性層５１が、ＭＲ素子３とＺ軸方向において重なり合う位置以外の位置であって軟磁性層１とＺ軸方向において重なり合う位置に配置されている。軟磁性層５１は、絶縁層７を介して上部電極層５の上に積層されている。磁場検出装置１０Ａではさらに、軟磁性層５２が、ＭＲ素子３とＺ軸方向において重なり合う位置以外の位置であって軟磁性層２とＺ軸方向において重なり合う位置に配置されている。軟磁性層５１と軟磁性層５２とは、Ｚ軸方向においてＭＲ素子３を挟んで互いに反対側に位置している。軟磁性層５２は、絶縁層８を介して下部電極層４の下方に設けられており、例えば基板９に埋設されている。なお、ＭＲ素子３と軟磁性層５１とはＸ軸方向において離間しており、ＭＲ素子３と軟磁性層５２とはＸ軸方向において離間しているとよい。また、図３に示したように、隣り合う２つのＭＲ素子３に対し、共通の軟磁性層５１を設けてもよいし、ＭＲ素子３ごとに１つの軟磁性層５１を設けてもよい。軟磁性層５２についても同様である。
【００３２】
このように、本実施の形態の磁場検出装置１０Ａでは、ＭＲ素子３の斜め上方に軟磁性層５１を設け、ＭＲ素子３の斜め下方に軟磁性層５２を設けるようにしたので、磁化自由層３４が高い感度を示すＸ軸方向以外の方向からの外部磁場を集束させ、より高い密度の磁束を磁化自由層３４に対し導くことができる。したがって、磁場検出装置１０Ａは、磁場検出装置１０よりも高い磁場検出性能を発揮することができる。
【００３３】
＜３．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１および図３では、軟磁性層１の形状および寸法と軟磁性層２の形状および寸法とが実質的に同じである場合を示したが、両者が互いに異なるようにしてもよい。また、上記実施の形態ではＺ軸方向における主面１１の位置とＺ軸方向における主面２１の位置とが一致するようにしたが、本発明ではそれらが互いに異なっていてもよい。同様に、上記実施の形態ではＺ軸方向における主面１２の位置とＺ軸方向における主面２２の位置とが一致するようにしたが、本発明ではそれらが互いに異なっていてもよい。さらに、本発明の磁場検出装置は、軟磁性層１および軟磁性層２のうちのいずれか一方のみが設けられたものであってもよい。
【００３４】
また、図１および図３では、ＭＲ素子３の厚さと軟磁性層１の厚さおよび軟磁性層２の厚さとが実質的にほぼ同一としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図４に示した磁場検出装置１０Ｂのように、ＭＲ素子３の厚さを、軟磁性層１の厚さＴ１および軟磁性層２の厚さＴ２よりも薄くしてもよい。あるいは、例えば図５に示した磁場検出装置１０Ｃのように、ＭＲ素子３の厚さを、軟磁性層１の厚さおよび軟磁性層２の厚さよりも厚くしてもよい。また、上記実施の形態では、軟磁性層１が実質的に一定の厚さＴ１を有し、軟磁性層２が実質的に一定の厚さＴ２を有するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えば図６に示した磁場検出装置１０Ｄのように、軟磁性層１の厚さＴ１および軟磁性層２の厚さＴ２がそれぞれＸ軸方向において変化するようにしてもよい。いずれにせよ、磁化自由層３４がＸ軸方向において軟磁性層１および軟磁性層２の少なくとも一方と重なる位置に配置されていればよい。
【００３５】
また、上記第１の実施の形態では、磁場検出装置１０が軟磁性層１、軟磁性層２およびＭＲ素子３を１つずつ有する場合を例示したが、本発明はそれらを複数ずつ有するようにしてもよい。また、上記第２の実施の形態では、磁場検出装置１０Ａが軟磁性層１、軟磁性層２およびＭＲ素子３を２つずつ有する場合を例示したが、本発明はそれらを１つずつ有するものであってもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態等では、本発明の「第１の端面」の一具体例および本発明の「第２の端面」の一具体例として、エッジＥＧ１１からエッジＥＧ１２へ至るまで連続的に傾斜した傾斜面１３、およびエッジＥＧ２１からエッジＥＧ２２へ至るまで連続的に傾斜した傾斜面２３を例示して説明した。しかしながら、本発明の「第１の端面」は、これに限定されず、例えばその一部のみが第１の面に対して傾斜した逆テーパ面であるものであってもよい。本発明の「第２の端面」についても同様である。具体的には、本発明は、例えば図７に示した磁場検出装置１０Ｅのように、エッジＥＧ１１からエッジＥＧ１２へ至る「第１の端面」の一部に逆テーパ面である傾斜面１３Ａを含み、エッジＥＧ２１からエッジＥＧ２２へ至る「第２の端面」の一部に逆テーパ面である傾斜面２３Ａを含むものであってもよい。
【００３７】
また、上記第２の実施の形態における磁場検出装置１０Ａでは、ＭＲ素子３の斜め上方に軟磁性層５１を設けると共にＭＲ素子３の斜め下方に軟磁性層５２を設けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば軟磁性層５１を設けずにＭＲ素子３の斜め下方に軟磁性層５２を設けるようにしてもよいし、軟磁性層５２を設けずにＭＲ素子３の斜め上方に軟磁性層５１を設けるようにしてもよい。
【００３８】
また、上記第２の実施の形態における磁場検出装置１０Ａでは、軟磁性層５１が、ＭＲ素子３とＺ軸方向において重なり合う位置以外の位置であって軟磁性層１とＺ軸方向において重なり合う位置に配置されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば軟磁性層５１はＭＲ素子３の磁化自由層３４の中心点３４１（図１など）とＺ軸方向において重なり合う位置以外の位置に設けられていればよい。したがって、Ｚ軸方向において、磁化自由層３４の一部と軟磁性層５１とが重なり合っていてもよい。また、軟磁性層５１は、軟磁性層１とＺ軸方向において重なり合う位置以外の位置に配置されていてもよい。軟磁性層５２とＭＲ素子３との位置関係、および軟磁性層５２と軟磁性層２との位置関係についても同様である。
【００３９】
また上記実施の形態等では、磁気検出素子としてスピンバルブ構造を有するＣＰＰ型ＭＲ素子を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。磁気検出素子として例えばＣＩＰ（Current in Plane）型ＭＲ素子や磁気トンネル接合（ＭＴＪ素子）素子を用いてもよいし、ＭＲ素子以外の、感磁方向がＸ軸方向である磁気検出素子（例えばホール素子）などのセンサを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１，２，５１，５２…軟磁性層、１１，１２，２１，２２…主面、１３，２３…傾斜面、３…磁気抵抗効果素子、３１…反強磁性層、３２…磁化固着層、３３…中間層、３４…磁化自由層、３５…保護層、４…下部電極層、５…上部電極層、６，７，８…絶縁層、９…基板、１０…磁場検出装置。
【図１】
2018163115.tif 000003
【図２】
2018163115.tif 000004
【図３】
2018163115.tif 000005
【図４】
2018163115.tif 000006
【図５】
2018163115.tif 000007
【図６】
2018163115.tif 000008
【図７】
2018163115.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月20日(2018.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上に設けられ、第１の面に沿って広がる第１の主面、前記第１の面に沿って広がる第２の主面、および前記第１の主面と前記第２の主面とを繋ぐ第１の端面、を含む第１のヨークと、
前記基体の上に設けられ、前記第１の面に沿った第１の方向において前記第１のヨークと重なる位置に配置された磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子と、
前記基体の上の、前記第１の方向において前記磁気抵抗効果素子から見て前記第１のヨークと反対側であって前記第１の方向において前記磁化自由層と重なる位置に配置され、前記第１の面に沿って広がる第３の主面、前記第１の面に沿って広がる第４の主面、および前記第３の主面と前記第４の主面とを繋ぐ第２の端面、を含む第２のヨークと、
前記磁気抵抗効果素子と前記第１のヨークとの間および前記磁気抵抗効果素子と前記第２のヨークとの間に設けられた絶縁層と
を有し、
前記第１の端面は、前記第１の面と直交する第２の方向において前記基体から離れるほど前記磁化自由層における中心点に近づくように延在すると共に前記第１の面に対して傾斜した第１の逆テーパ面を含み、
前記磁化自由層における前記中心点と前記第１の主面および前記第１の端面が交差する第１のエッジとの距離が、前記磁化自由層における前記中心点と前記第２の主面および前記第１の端面が交差する第２のエッジとの距離よりも近く、
前記第２の端面は、前記基体から離れるほど前記磁化自由層における前記中心点に近づくように延在すると共に前記第１の面に対して傾斜した第２の逆テーパ面を含み、
前記磁化自由層における前記中心点と前記第３の主面および前記第２の端面が交差する第３のエッジとの距離が、前記磁化自由層における前記中心点と前記第４の主面および前記第２の端面が交差する第４のエッジとの距離よりも近い
磁場検出装置。
【請求項２】
前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第１のエッジの前記第１の方向の位置との第１の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第２のエッジの前記第１の方向の位置との第２の距離よりも小さく、
前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第１のエッジの前記第２の方向の位置との第３の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第２のエッジの前記第２の方向の位置との第４の距離よりも小さい
請求項１記載の磁場検出装置。
【請求項３】
前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第３のエッジの前記第１の方向の位置との第５の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第１の方向の位置と、前記第４のエッジの前記第１の方向の位置との第６の距離よりも小さく、
前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第３のエッジの前記第２の方向の位置との第７の距離は、前記磁化自由層における前記中心点の前記第２の方向の位置と、前記第４のエッジの前記第２の方向の位置との第８の距離よりも小さく、
前記第１のエッジの前記第１の方向の位置と前記第３のエッジの前記第１の方向の位置との第１の間隔は、前記第２のエッジの前記第１の方向の位置と前記第４のエッジの前記第１の方向の位置との第２の間隔よりも狭い
請求項１または請求項２記載の磁場検出装置。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子の厚さと前記第１のヨークの厚さと前記第２のヨークの厚さとが、実質的に等しい
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項５】
前記第１の主面における前記第２の方向の位置と前記第３の主面における前記第２の方向の位置とは実質的に一致しており、
前記第２の主面における前記第２の方向の位置と前記第４の主面における前記第２の方向の位置とは実質的に一致している
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項６】
前記磁化自由層は、前記第１のヨークの一部および前記第２のヨークの双方と前記第２の方向において重なり合う位置に配置されている
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項７】
前記第２の方向において前記磁化自由層における前記中心点と重なり合う位置以外の位置に配置された第３のヨークをさらに有する
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項８】
前記第３のヨークは、前記第１のヨークと前記第２の方向において重なり合う位置に配置されている
請求項７に記載の磁場検出装置。
【請求項９】
前記磁気抵抗効果素子と前記第３のヨークとは、前記第１の方向において離間している
請求項８に記載の磁場検出装置。
【請求項１０】
前記第２の方向において前記磁化自由層における前記中心点と重なり合う位置以外の位置に配置された第３のヨークおよび第４のヨークをさらに有する
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項１１】
前記第３のヨークは、前記第１のヨークと前記第２の方向において重なり合う位置に配置されており、
前記第４のヨークは、前記第２のヨークと前記第２の方向において重なり合う位置に配置されている
請求項１０に記載の磁場検出装置。
【請求項１２】
前記第３のヨークと前記第４のヨークとは、前記第２の方向において前記磁気抵抗効果素子を挟んで互いに反対側に位置する
請求項１０または請求項１１に記載の磁場検出装置。
【請求項１３】
前記磁気抵抗効果素子と前記第３のヨークとは前記第１の方向において離間しており、
前記磁気抵抗効果素子と前記第４のヨークとは前記第１の方向において離間している
請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項１４】
前記磁化自由層は、前記第１の面に沿って広がっている
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の一実施の形態としての磁場検出装置は、基体と、その基体の上に設けられ、第１の面に沿って広がる第１の主面、その第１の面に沿って広がる第２の主面、および第１の主面と第２の主面とを繋ぐ第１の端面、を含む第１のヨークと、基体の上に設けられ、第１の面に沿った第１の方向において第１のヨークと重なる位置に配置された磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子と、基体の上の、第１の方向において磁気抵抗効果素子から見て第１のヨークと反対側であって第１の方向において磁化自由層と重なる位置に配置され、第１の面に沿って広がる第３の主面、第１の面に沿って広がる第４の主面、および第３の主面と第４の主面とを繋ぐ第２の端面、を含む第２のヨークと、磁気抵抗効果素子と第１のヨークとの間および磁気抵抗効果素子と第２のヨークとの間に設けられた絶縁層とを有する。第１の端面は、第１の面と直交する第２の方向において基体から離れるほど磁化自由層における中心点に近づくように延在すると共に第１の面に対して傾斜した第１の逆テーパ面を含んでいる。磁化自由層における中心点と第１の主面および第１の端面が交差する第１のエッジとの距離が、磁化自由層における中心点と第２の主面および第１の端面が交差する第２のエッジとの距離よりも近い。第２の端面は、基体から離れるほど磁化自由層における中心点に近づくように延在すると共に第１の面に対して傾斜した第２の逆テーパ面を含んでいる。磁化自由層における中心点と第３の主面および第２の端面が交差する第３のエッジとの距離が、磁化自由層における中心点と第４の主面および第２の端面が交差する第４のエッジとの距離よりも近い。