(57)【要約】【課題】感度の向上を図ることができる歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサおよびタッチパネルを提供する。【解決手段】実施形態によれば、変形可能な基板の上に設けられる歪検知素子であって、参照層と、磁化自由層と、中間層と、を備えた歪検知素子が提供される。前記磁化自由層の磁化は、前記基板の変形に応じて変化する。前記中間層は、前記参照層と前記磁化自由層との間に設けられる。前記磁化自由層は、第１磁性層と、第２磁性層と、磁気結合層と、を有する。前記第１磁性層は、前記中間層に接して設けられる。前記第２磁性層は、前記第１磁性層と離れて設けられる。前記磁気結合層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第１磁性層の磁化は、前記第２磁性層の磁化と反平行である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な基板の上に設けられる歪検知素子であって、
参照層と、
前記基板の変形に応じて磁化が変化する磁化自由層と、
前記参照層と前記磁化自由層との間に設けられた中間層と、
を備え、
前記磁化自由層は、
前記中間層に接して設けられた第１磁性層と、
前記第１磁性層と離れて設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた磁気結合層と、
を有し、
前記第１磁性層の磁化は、前記第２磁性層の磁化と反平行である歪検知素子。
【請求項２】
前記第１磁性層の磁歪定数は、前記第２磁性層の磁歪定数と同じ極性を有する請求項１記載の歪検知素子。
【請求項３】
前記第１磁性層および前記第２磁性層の少なくともいずれかは、アモルファス材料を含む請求項１または２に記載の歪検知素子。
【請求項４】
前記第１磁性層および前記第２磁性層の少なくともいずれかは、ホウ素を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の歪検知素子。
【請求項５】
前記磁気結合層は、ルテニウムを含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の歪検知素子。
【請求項６】
前記第１磁性層は、前記第１磁性層と前記磁気結合層との間の界面にコバルトを有する磁性材料を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の歪検知素子。
【請求項７】
前記第２磁性層は、前記第２磁性層と前記磁気結合層との間の界面にコバルトを有する磁性材料を含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の歪検知素子。
【請求項８】
前記第１磁性層および前記第２磁性層のうちのいずれか一方の磁性層であって、前記中間層と前記磁気結合層との間に設けられた前記一方の磁性層は、前記一方の磁性層と、前記磁気結合層と、の間の界面に結晶構造を有する磁性材料を含む請求項１〜７のいずれか１つに記載の歪検知素子。
【請求項９】
前記第２磁性層の磁歪定数の絶対値は、前記第１磁性層の磁歪定数の絶対値よりも大きい請求項１〜８のいずれか１つに記載の歪検知素子。
【請求項１０】
支持部と、
前記支持部に支持され変形可能な基板と、
前記基板の上に設けられた請求項１〜９のいずれか１つに記載の歪検知素子と、
を備えた圧力センサ。
【請求項１１】
前記歪検知素子は、前記基板の上に複数設けられた請求項１０記載の圧力センサ。
【請求項１２】
前記複数の歪検知素子のうちの少なくとも２つは、近接して設けられた請求項１１記載の圧力センサ。
【請求項１３】
前記基板の形状に外接する外接矩形は、
第１辺と、
前記第１辺と離間する第２辺と、
前記第１辺の一端と、前記第２辺の一端と、に接続される第３辺と、
前記前記第１辺の他端と、前記第２辺の他端と、に接続される第４辺と、
前記外接矩形の重心と、
を含み、
前記外接矩形は、
前記重心と、前記第１辺の前記一端と、を結ぶ線分と、
前記重心と、前記第１辺の前記他端と、を結ぶ線分と、
前記第１辺と、
で囲まれた第１領域を含み、
前記複数の歪検知素子のうちの少なくとも２つは、前記基板のうちの前記第１領域と重なる部分の上に設けられる請求項１１記載の圧力センサ。
【請求項１４】
前記複数の検知素子の少なくとも２つのそれぞれの位置は、前記第１辺と平行な方向において互いに異なる請求項１３記載の圧力センサ。
【請求項１５】
前記複数の歪検知素子のうちの少なくとも２つは、前記基板の上において積層された請求項１１または１２に記載の圧力センサ。
【請求項１６】
前記複数の歪検知素子のうちの少なくとも２つは、電気的に直列接続された請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれか１つに記載の圧力センサを備えたマイクロフォン。
【請求項１８】
請求項１０〜１６のいずれか１つに記載の圧力センサを備えた血圧センサ。
【請求項１９】
請求項１０〜１６のいずれか１つに記載の圧力センサを備えたタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサおよびタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた圧力センサには、例えば、ピエゾ抵抗変化型と静電容量型とがある。一方、スピン技術を用いた圧力センサが提案されている。スピン技術を用いた圧力センサにおいては、歪に応じた抵抗変化が検知される。例えば、スピン技術を用いた圧力センサなどに用いられる歪検知素子において、感度の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】M. Lohndorf et al., "Highly sensitive strain sensors based on magnetic tunneling junctions"Appl. Phys. Lett., 81, 313, (2002).
【非特許文献２】D. Meyners et al., "Pressure sensor based on magnetic tunnel junctions", J. Appl. Phys. 105, 07C914 (2009).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、感度の向上を図ることができる歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサおよびタッチパネルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、変形可能な基板の上に設けられる歪検知素子であって、参照層と、磁化自由層と、中間層と、を備えた歪検知素子が提供される。前記磁化自由層の磁化は、前記基板の変形に応じて変化する。前記中間層は、前記参照層と前記磁化自由層との間に設けられる。前記磁化自由層は、第１磁性層と、第２磁性層と、磁気結合層と、を有する。前記第１磁性層は、前記中間層に接して設けられる。前記第２磁性層は、前記第１磁性層と離れて設けられる。前記磁気結合層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第１磁性層の磁化は、前記第２磁性層の磁化と反平行である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、第１の実施形態にかかる歪検知素子を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、比較例に係る歪検知素子の動作を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本実施形態の歪検知素子の作用について示す模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る歪検知素子を示す模式的斜視図である。
【図５】磁化自由層の別の例を示す模式的斜視図である。
【図６】磁化自由層の別の例を示す模式的斜視図である。
【図７】実施形態に係る歪検知素子の別の例を示す模式的斜視図である。
【図８】実施形態に係る歪検知素子の別の例を示す模式的斜視図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施例と第１の比較例との歪検知素子の歪センサ特性の結果を示す。
【図１０】実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。
【図１１】実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。
【図１２】実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。
【図１３】実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。
【図１４】第２の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの別の例を示す模式図である。
【図１６】図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、基板に圧力を加えた場合に基板の表面に生ずる歪について説明する模式図である。
【図１７】図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は、基板上の歪検知素子の配置の例を示す模式図である。
【図１８】実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。
【図１９】図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、実施形態に係る圧力センサを示す模式的斜視図である。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｅ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方向を示す工程順模式的断面図である。
【図２１】図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、実施形態に係る圧力センサを示す模式図である。
【図２２】図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図２３】図２３（ａ）および図２３（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図２４】図２４（ａ）および図２４（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図２５】図２５（ａ）および図２５（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図２６】図２６（ａ）および図２６（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図２７】図２７（ａ）および図２７（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図２８】図２８（ａ）および図２８（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図２９】図２９（ａ）および図２９（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図３０】図３０（ａ）および図３０（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図３１】図３１（ａ）および図３１（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図３２】図３２（ａ）および図３２（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図３３】図３３（ａ）および図３３（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。
【図３４】第４の実施形態に係るマイクロフォンを示す模式的平面図である。
【図３５】第５の実施形態に係る音響マイクを示す模式的断面図である。
【図３６】図３６（ａ）及び図３６（ｂ）は、第６の実施形態に係る血圧センサを示す模式図である。
【図３７】第７の実施形態に係るタッチパネルを示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）および図１（ｂ）は、第１の実施形態にかかる歪検知素子を例示する模式図である。  
図１（ａ）は、歪検知素子が用いられる圧力センサを例示する模式的断面図である。図１（ｂ）は、歪検知素子の模式的斜視図である。
【０００９】
図１（ａ）に表したように、歪検知素子１００は、圧力センサ２００に用いられる。圧力センサ２００は、基板２１０と、歪検知素子１００と、を含む。基板２１０は、可撓性の領域を有する。基板２１０は、変形可能である。歪検知素子１００は、基板２１０に固定される。本願明細書において、固定される状態は、直接的に固定される状態と、別の要素のよって間接的に固定される状態と、を含む。例えば、歪検知素子１００が基板２１０に固定される状態は、歪検知素子１００と基板２１０との間の相対的な位置が固定される状態を含む。歪検知素子１００は、例えば、基板２１０の一部の上に設けられる。
【００１０】
本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。
【００１１】
基板２１０に力８０１が加わると、基板２１０は変形する。基板２１０の変形に伴い、歪検知素子１００に歪みが生ずる。  
実施形態にかかる歪検知素子１００において、例えば、外部からの力に対して基板２１０が変形すると、歪検知素子１００に歪みが生ずる。歪検知素子１００は、この歪の変化を電気抵抗の変化に変換する。
【００１２】
図１（ｂ）に表したように、実施形態にかかる歪検知素子１００は、参照層１０と、磁化自由層２０と、中間層３０と、を含む。  
例えば、参照層１０から磁化自由層２０に向かう方向をＺ軸方向（積層方向）とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１３】
磁化自由層２０においては、基板２１０の撓みに応じて磁化方向が変化する。中間層３０は、磁化自由層２０と、参照層１０と、の間に設けられる。磁化自由層２０は、第１磁性層２１と、磁気結合層２３と、第２磁性層２２と、を含む。第１磁性層２１は、中間層３０に接して配置される。第２磁性層２２は、第１磁性層２１と離れて設けられる。磁気結合層２３は、第１磁性層２１と第２磁性層２２との間に設けられる。第１磁性層２１と第２磁性層２２とのそれぞれの磁化方向は、磁気結合層２３を介して互いに逆向き（反平行）に設定されている。
【００１４】
第１磁性層２１及び第２磁性層２２には、例えば強磁性層が用いられる。参照層１０には、例えば強磁性層が用いられる。参照層１０として、磁化固定層、または、磁化自由層が用いられる。例えば、磁化自由層の磁化の変化は、参照層の磁化の変化よりも容易とすることができる。このようにすることで、後述するように基板２１０に力が加わって基板２１０が曲がった際に磁化自由層の磁化と参照層の磁化との相対角度に変化を生じさせることができる。
【００１５】
次に、歪検知素子の動作の例について説明する。  
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、比較例に係る歪検知素子の動作を例示する模式図である。  図２（ａ）は、歪検知素子１００に引張応力ｔｓが印加されたときの状態（引張状態ＳＴｔ）に対応する。図２（ｂ）は、歪検知素子１００が歪を有しないときの状態（無歪状態ＳＴ０）に対応する。図２（ｃ）は、歪検知素子１００に圧縮応力ｃｓが印加されたときの状態（圧縮状態ＳＴｃ）に対応する。
【００１６】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に表した歪検知素子１８０は、比較例として、単層の磁性層からなる磁化自由層２０を有する。  
なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）では、単層の磁化自由層２０と、参照層１０として磁化固定層と、を用いた場合を例にとっている。
【００１７】
歪検知素が歪センサとして機能する動作は、「逆磁歪効果」と「磁気抵抗効果」との応用に基づく。「逆磁歪効果」は、磁化自由層に用いられる強磁性層において得られる。「磁気抵抗効果」は、磁化自由層と中間層と参照層（磁化固定層）との積層膜において発現する。
【００１８】
「逆磁歪効果」は、強磁性体の磁化が強磁性体に生じた歪によって変化する現象である。すなわち、歪検知素子の積層体に外部歪が印加されると、磁化自由層の磁化方向が変化する。その結果、磁化自由層の磁化と参照層（磁化固定層）の磁化との間の相対角度が変化する。この際に「磁気抵抗効果（ＭＲ効果）」により、電気抵抗の変化が引き起こされる。ＭＲ効果は、例えば、ＧＭＲ（Giant magnetoresistance）効果、または、ＴＭＲ(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。積層体に電流を流すことで、磁化の向きの相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることで、ＭＲ効果が発現する。例えば、積層体（歪検知素子）に歪が生じ、歪によって磁化自由層の磁化の向きが変化し、磁化自由層の磁化の向きと、参照層（磁化固定層）の磁化の向きと、の相対角度が変化する。すなわち、逆磁歪効果によりＭＲ効果が発現する。
【００１９】
磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が小さくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が大きくなるように、磁化の方向が変化する。磁化自由層に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が大きくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が小さくなるように、磁化の方向が変化する。
【００２０】
磁化自由層と中間層と参照層（磁化固定層）との積層体の材料の組み合わせが正の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層と磁化固定層の相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。磁化自由層と中間層と参照層（磁化固定層）との積層体の材料の組み合わせが負の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層と磁化固定層の相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。
【００２１】
以下、磁化自由層と、磁化固定層と、に用いられる強磁性材料がそれぞれ正の磁歪定数を有し、磁化自由層と中間層と磁化固定層との積層膜が正の磁気抵抗効果を有する場合の例に関して、磁化の変化の例について説明する。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、歪を印加されていない初期状態の磁化自由層２０の磁化２０ｍと、磁化固定層１０（参照層１０）の磁化１０ｍと、の相対角度は、任意に設定することができる。初期状態の磁化自由層２０の磁化２０ｍ方向は、ハードバイアスや歪検知素子の形状異方性などで設定することができる。
【００２３】
図２（ａ）において、矢印の方向に引張歪が生じた場合、磁化自由層２０の磁化２０ｍは、引張歪が加わった方向との角度を小さくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。図２（ａ）に示した例では、引張歪が加わった場合は、歪なしの初期磁化方向に比べて、磁化自由層２０の磁化２０ｍと磁化固定層１０の磁化１０ｍとの相対角度が小さくなり、歪検知素子１８０の電気抵抗は減少する。
【００２４】
一方で、図２（ｃ）において、矢印の方向に圧縮歪が生じた場合、磁化自由層２０の磁化２０ｍは、圧縮歪が加わった方向との角度が大きくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。図２（ｃ）に示した例では、圧縮歪が加わった場合は、歪なしの初期磁化方向に比べて、磁化自由層２０の磁化２０ｍと磁化固定層１０の磁化１０ｍの相対角度が大きくなり、歪検知素子１８０の電気抵抗は増大する。
【００２５】
このようにして、歪検知素子１８０は、歪検知素子１８０に加わった歪の変化を電気抵抗の変化に変換することができる。上記の作用に得られる単位歪（ｄ）あたりの磁気抵抗変化量（ｄＲ／Ｒ）をゲージファクター（ＧＦ：gauge factor）と呼び、ゲージファクターの高い歪検知素子を実現することで高感度な歪センサを実現することができる。
【００２６】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した単層の磁化自由層２０を有する歪検知素子１８０では、素子寸法が小さくなった場合に、磁化自由層２０の素子端部における磁極の影響によって、磁化自由層２０の内部に反磁界が発生し、磁化方向が乱れることがある。この磁化方向の乱れは、歪検知素子１８０の歪による磁化固定層１０と磁化自由層２０との相対角度の変化を低減する事がある。磁化自由層２０の反磁界を低減することで、小さい素子寸法において高感度な歪センサを提供することができる。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本実施形態の歪検知素子の作用について例示するための模式図である。
【００２８】
なお、図３（ａ）〜図３（ｃ）では、第１磁性層２１と磁気結合層２３と第２磁性層２２からなる磁化自由層２０と、参照層１０として磁化固定層を用いた場合を例にとっている。  
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す歪検知素子１００においても、図２（ａ）〜図２（ｃ）にて説明した歪検知素子１８０と同様に、「逆磁歪効果」と「磁気抵抗効果」との応用に基づいて、歪センサとして機能する。
【００２９】
図２（ａ）〜図２（ｃ）にて説明した歪検知素子１８０と同様に、磁化自由層２０に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が小さくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が大きくなるように、磁化の方向が変化する。磁化自由層２０に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が大きくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が小さくなるように、磁化の方向が変化する。
【００３０】
磁化自由層２０と中間層３０と磁化固定層１０との積層膜の材料の組み合わせが正の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層２０と磁化固定層１０との相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。磁化自由層２０と中間層３０と磁化固定層１０との積層膜の材料の組み合わせが負の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層２０と磁化固定層１０との相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。
【００３１】
中間層３０に絶縁層を用いたトンネル磁気抵抗効果型の積層膜の場合、磁化自由層２０の中でも中間層３０に接している第１磁性層２１と中間層３０と磁化固定層１０との積層膜の材料の組み合わせが正の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層２０中の第１磁性層２１の磁化２１ｍと磁化固定層１０の磁化１０ｍとの相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。磁化自由層２０の中でも中間層３０に接している第１磁性層２１と中間層３０と磁化固定層１０との積層膜の材料の組み合わせが負の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層２０中の第１磁性層２１の磁化２１ｍと磁化固定層１０の磁化１０ｍとの相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。
【００３２】
以下、磁化自由層２０に含まれる第１磁性層２１と、第２磁性層２２と、磁化固定層１０と、に用いられる強磁性材料がそれぞれ正の磁歪定数を有し、中間層３０に絶縁層が用いられたトンネル磁気抵抗効果の積層膜において、磁化自由層２０中の第１磁性層２１と中間層３０と磁化固定層１０との積層膜が正の磁気抵抗効果を有する場合の例に関して、磁化の変化の例について説明する。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、歪を印加されていない初期状態の磁化自由層２０内に含まれる第１磁性層２１の磁化２１ｍと第２磁性層２２の磁化２２ｍと磁化固定層１０の磁化１０ｍとの相対角度は任意に設定することができる。初期状態の磁化自由層２０の方向はハードバイアスや歪検知素子の形状異方性などで設定することができる。
【００３４】
図３（ａ）において、矢印の方向に引張歪が生じた場合、磁化自由層２０の磁化２０ｍは、引張歪が加わった方向との角度を小さくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。磁気結合層２３によって、互いに反平行に設定された第１磁性層２１と第２磁性層２２とのそれぞれの磁化方向は、反平行の磁化方向を保ったまま、引張歪が加わった方向との角度を小さくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。図３（ａ）に示した例では、引張歪が加わった場合は、歪なしの初期磁化方向に比べて、磁化自由層２０内の第１磁性層２１の磁化２１ｍと磁化固定層１０の磁化１０ｍとの相対角度が小さくなり、歪検知素子１００の電気抵抗は減少する。
【００３５】
一方で、図３（ｃ）において、矢印の方向に圧縮歪が生じた場合、磁化自由層２０は、圧縮歪が加わった方向との角度が大きくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。磁気結合層２３によって、互いに反平行に設定された第１磁性層２１と第２磁性層２２のそれぞれの磁化方向は、反平行の磁化方向を保ったまま、圧縮歪が加わった方向との角度を大きくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。図３（ｃ）に示した例では、圧縮歪が加わった場合は、歪なしの初期磁化方向に比べて、磁化自由層２０内の第１磁性層２１の磁化２１ｍと磁化固定層１０の磁化１０ｍとの相対角度が大きくなり、歪検知素子１００の電気抵抗は増大する。
【００３６】
このようにして、歪検知素子１００は、歪検知素子１００に加わった歪の変化を電気抵抗の変化に変換することができる。上記の作用に得られる単位歪（ｄ）あたりの磁気抵抗変化量（ｄＲ／Ｒ）をゲージファクター（ＧＦ：gauge factor）と呼び、ゲージファクターの高い歪検知素子を実現することで高感度な歪センサを実現することができる。
【００３７】
本実施形態のように、磁気結合層２３を介して互いに反平行に磁気結合した第１磁性層２１と第２磁性層２２とを含む磁化自由層２０を用いることによって、第１磁性層２１の磁極と第２磁性層２２の磁極とが互いに逆の極性となって結合することで、素子端部における磁性層の反磁界が低減される。磁化自由層２０の反磁界が低減されることによって、小さい素子寸法においても高い歪検知感度を実現することができる。ひいては、高分解能と高感度を両立した歪検知素子１００を提供することができる。
【００３８】
第１の実施形態にかかる歪検知素子１００の例について説明する。  
以下において、「材料Ａ／材料Ｂ」の記載は、材料Ａの層の上に、材料Ｂの層が設けられている状態を示す。
【００３９】
図４は、第１の実施形態に係る歪検知素子を例示する模式的斜視図である。  
図４に表したように、実施形態に用いられる歪検知素子１００ａは、第１電極Ｅ１と、下地層５０と、ピニング層６０と、参照層１０と、中間層３０と、磁化自由層２０と、キャップ層７０と、第２電極Ｅ２と、を含む。参照層１０は、第２磁化固定層１２と、第１磁化固定層１１と、磁気結合層１３と、を含む。磁化自由層２０は、第１磁性層２１と、磁気結合層２３と、第２磁性層２２と、を含む。
【００４０】
第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、下地層５０が設けられる。下地層５０と第２電極Ｅ２との間に、ピニング層６０が設けられる。ピニング層６０と第２電極Ｅ２との間に、第２磁化固定層１２が設けられる。第２磁化固定層１２と第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層１３が設けられる。磁気結合層１３と第２電極Ｅ２の間に、第１磁化固定層１１が設けられる。第１磁化固定層１１と第２電極Ｅ２との間に、中間層３０が設けられる。中間層３０と第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１が設けられる。第１磁性層２１と第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層２３が設けられる。磁気結合層２３と第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２が設けられる。第２磁性層２２と第２電極Ｅ２との間に、キャップ層７０が設けられる。
【００４１】
下地層５０には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。  
ピニング層６０には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。
【００４２】
第２磁化固定層１２には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。  磁気結合層１３には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。  
第１磁化固定層１１には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。  中間層３０には、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。
【００４３】
磁化自由層２０に含まれる第１磁性層２１には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。磁気結合層２３には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。磁化自由層２０に含まれる第２磁性層２２には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。  
キャップ層７０には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【００４４】
第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）の少なくともいずれかが用いられる。第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２として、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、歪検知素子１００ａに効率的に電流を流すことができる。第１電極Ｅ１には、非磁性材料を用いることができる。
【００４５】
第１電極Ｅ１は、例えば、第１電極Ｅ１用の下地層（図示せず）と、第１電極Ｅ１用のキャップ層（図示せず）と、それらの間に設けられた、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、及び、Ａｕの少なくともいずれかの層と、を含んでもよい。例えば、第１電極Ｅ１には、タンタル（Ｔａ）／銅（Ｃｕ）／タンタル（Ｔａ）などが用いられる。第１電極Ｅ１用の下地層としてＴａを用いることで、例えば、基板２１０と第１電極Ｅ１との密着性が向上する。第１電極Ｅ１用の下地層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いてもよい。
【００４６】
第１電極Ｅ１のキャップ層としてＴａを用いることで、そのキャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化を防ぐことができる。第１電極Ｅ１用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いてもよい。
【００４７】
下地層５０には、例えば、バッファ層（図示せず）と、シード層（図示せず）と、を含む積層構造を用いることができる。このバッファ層は、例えば、第１電極Ｅ１または基板２１０の表面の荒れを緩和し、このバッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層として、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いてもよい。
【００４８】
下地層５０のうちのバッファ層の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層の厚さが厚すぎると、歪検知素子１００ａの厚さが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、そのシード層がバッファ効果を有することができる。この場合、バッファ層は省略してもよい。バッファ層には、例えば、３ｎｍの厚さのＴａ層が用いられる。
【００４９】
下地層５０のうちのシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。このシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。このシード層として、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）の金属等が用いられる。
【００５０】
下地層５０のうちのシード層として、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）、または、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ、または、ｆｃｃ構造のＣｕを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。シード層には、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。シード層の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。
【００５１】
一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合（例えば、アモルファスの磁化自由層を形成する場合など）には、シード層は省略してもよい。シード層としては、例えば、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。
【００５２】
ピニング層６０は、例えば、ピニング層６０の上に形成される参照層１０（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して、参照層１０の磁化１０ｍを固定する。ピニング層６０には、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層６０には、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ及びＲｕＲｈＭｎよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層６０の厚さは適切に設定される。
【００５３】
ピニング層６０として、ＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎが用いられる場合には、ピニング層６０の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ピニング層６０の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層６０としてＩｒＭｎを用いる場合には、ピニング層６０としてＰｔＭｎを用いる場合よりも薄い厚さで、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層６０の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。ピニング層６０の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層６０には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層が用いられる。
【００５４】
ピニング層６０として、ハード磁性層を用いてもよい。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は、４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などを用いてもよい。
【００５５】
第２磁化固定層１２には、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第２磁化固定層１２として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。第２磁化固定層１２として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。第２磁化固定層１２として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第２磁化固定層１２として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、歪検知素子１００ａのサイズが小さい場合にも、歪検知素子１００ａの特性のばらつきを抑えることができる。
【００５６】
第２磁化固定層１２の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層６０による一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層１２の上に形成される磁気結合層１３を介して、第２磁化固定層１２と第１磁化固定層１１との間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層１２の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第１磁化固定層１１の磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。
【００５７】
薄膜でのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）である。例えば、第１磁化固定層１１として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いると、第１磁化固定層１１の磁気膜厚は、１．９Ｔ×３ｎｍであり、５．７Ｔｎｍとなる。一方、Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化は、約２．１Ｔである。上記と等しい磁気膜厚が得られる第２磁化固定層１２の厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第２磁化固定層１２には、約２．７ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層を用いることが好ましい。第２磁化固定層１２として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。
【００５８】
歪検知素子１００ａにおいては、第１磁性層２１には、第２磁化固定層１２と磁気結合層１３と第１磁化固定層１１とにより、シンセティックピン構造が用いられている。第１磁性層２１に、１層の磁化固定層からなるシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化固定層として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。シングルピン構造の磁化固定層に用いる強磁性層として、上述した第２磁化固定層１２の材料と同じ材料を用いても良い。
【００５９】
磁気結合層１３は、第２磁化固定層１２と第１磁化固定層１１との間において、反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層１３は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層１３として、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層１３の厚さは、例えば、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第２磁化固定層１２と第１磁化固定層１１との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層１３としてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層１３の厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、磁気結合層１３の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層１３として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。
【００６０】
第１磁化固定層１１に用いられる磁性層は、ＭＲ効果に直接的に寄与する。第１磁化固定層１１として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。具体的には、第１磁化固定層１１として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第１磁化固定層１１として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、歪検知素子１００ａのサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑えることができる。
【００６１】
第１磁化固定層１１の上に形成される層（例えばトンネル絶縁層（図示せず））を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗で、より大きいＭＲ変化率が得られる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてＭｇＯを用いる場合には、第１磁化固定層１１として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性をより高くすることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金は、アニール時にＭｇＯ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。
【００６２】
第１磁化固定層１１として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いてもよい。
【００６３】
第１磁化固定層１１がより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。より大きな固定磁界を得るためには、第１磁化固定層１１は、薄いほうが好ましい。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第１磁化固定層１１の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１磁化固定層１１としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化固定層１１の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化固定層１１の厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
【００６４】
第１磁化固定層１１には、上述した材料の他に、ｆｃｃ構造のＣｏ９０Ｆｅ１０合金、または、ｈｃｐ構造のＣｏ、または、ｈｃｐ構造のＣｏ合金が用いられる。第１磁化固定層１１として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。第１磁化固定層１１として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金が用いられる。第１磁化固定層１１として、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０ａｔ．％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、または、５０ａｔ．％以上のＮｉ組成の材料（Ｎｉ合金）を用いることで、例えば、より大きなＭＲ変化率が得られる。
【００６５】
第１磁化固定層１１として、例えば、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａ０．５Ｇｅ０．５、及び、Ｃｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．５などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第１磁化固定層１１として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。
【００６６】
中間層３０は、例えば、参照層１０と磁化自由層２０との磁気的な結合を分断する。中間層３０には、例えば、金属または絶縁体または半導体が用いられる。この金属としては、例えば、Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇ等が用いられる。中間層３０として金属を用いる場合、中間層３０の厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下程度である。この絶縁体または半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（ＴｉＯ等）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ等）、または、ガリウム酸化物（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。中間層３０として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層３０の厚さは、例えば０．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下程度である。中間層３０として、例えば、ＣＣＰ（Current-Confined-Path）スペーサ層を用いてもよい。スペーサ層としてＣＣＰスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の絶縁層中に銅（Ｃｕ）メタルパスが形成された構造が用いられる。例えば、中間層３０として、１．５ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。
【００６７】
磁化自由層２０には、順に積層した第１磁性層２１、磁気結合層２３、第２磁性層２２が含まれる。第１磁性層２１および第２磁性層２２には、例えば、強磁性体材料が用いられる。磁気結合層２３は、第１磁性層２１と第２磁性層２２との間に反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層２３は、シンセティックフリー構造を形成する。磁気結合層２３として、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層２３の厚さは、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第１磁性層２１と第２磁性層２２との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層２３としてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層２３の厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、磁気結合層２３の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層２３として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。Ｒｕ以外にもＲｈ、Ｉｒなどを用いることができる。
【００６８】
本実施形態では、互いに反平行に結合した第１磁性層２１と第２磁性層２２からなるシンセティック型のフリー層を磁化自由層２０に用いることによって、小さい素子寸法においても高い歪感度を実現することができる。
【００６９】
第１磁性層２１および第２磁性層２２の材料として、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含む強磁性材料が用いられる。第１磁性層２１および第２磁性層２２の材料として、例えばＦｅＣｏ合金、ＮｉＦｅ合金等が用いられる。さらに、磁化自由層２０には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ（磁歪定数）が大きいＦｅ−Ｇａ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ合金、Ｔｂ−Ｍ−Ｆｅ合金、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金、Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌ、または、フェライト等が用いられる。前述したＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金において、Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。前述したＴｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金において、Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ２は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。前述したＦｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金において、Ｍ３は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ４は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。前述したフェライトとしては、Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４などが挙げられる。磁化自由層２０の厚さは、例えば２ｎｍ以上である。
【００７０】
第１磁性層２１および第２磁性層２２には、ホウ素を含有した磁性材料を用いてもよい。例えば、磁化自由層２０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される少なくとも一つの元素とホウ素（Ｂ）とを含む合金を用いることができる。例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０合金を用いることができる。磁化自由層２０に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される少なくとも一つの元素とホウ素（Ｂ）とを含む合金を用いる場合、高磁歪を促進する元素として、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗなどを添加しても良い。例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金やＦｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂ合金やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金を用いても良い。このようなホウ素を含有する磁性材料を用いることで磁化自由層２０の保磁力（Ｈｃ）が低いものとなり、歪に対する磁化の方向の変化が容易となり、高い歪感度を得ることができる。
【００７１】
第１磁性層２１および第２磁性層２２の少なくともいずれかの磁性層に含まれるＢ濃度は、アモルファス構造を得る観点で５ａｔ．％以上が好ましく、一方でＢ濃度が高すぎると磁歪が減少するため３５ａｔ．％以下が好ましい。つまり、Ｂ濃度は、５ａｔ．％以上３５ａｔ．％以下が好ましく、１０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下がさらに好ましい。
【００７２】
例えば、第１磁性層２１／磁気結合層２３／第２磁性層２２の積層構造を、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（４ｎｍ）（第１磁性層２１）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）（磁気結合層２３）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（２ｎｍ）（第２磁性層２２）などを用いることができる。
【００７３】
第１磁性層２１および第２磁性層２２の少なくともいずれかの磁性層の一部に、Ｆｅ１−ｙＢｙ（０＜ｙ≦０．３）、または（ＦｅａＸ１−ａ）１−ｙＢｙ（Ｘ＝ＣｏまたはＮｉ、０．８≦ａ＜１、０＜ｙ≦０．３）用いる場合、大きい磁歪定数λと低い保磁力を両立することが容易となるため、高いゲージファクターを得る観点で特に好ましい。
【００７４】
例えば、第１磁性層２１／磁気結合層２３／第２磁性層２２の積層構造を、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）／Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）（第１磁性層２１）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）（磁気結合層２３）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（０．５ｎｍ）/Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）（第２磁性層２２）などを用いることができる。
【００７５】
図５は、磁化自由層の別の例を例示する模式的斜視図である。  
図５に表した歪検知素子１００ｂのように、第１磁性層２１と第２磁性層２２は、それぞれ多層構造を有しても良い。この例では、第１磁性層２１は、第１磁性膜２１ｓと、第２磁性膜２１ｔと、を含む。この例では、第２磁性層２２は、第１磁性膜２２ｓと、第２磁性膜２２ｔと、を含む。
【００７６】
第１磁性層２１は、図５に示すように、中間層３０に接する磁性層である。中間層３０としてＭｇＯのトンネル絶縁層を用いる場合には、中間層３０に接する界面には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。この場合、中間層３０の上にはＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層を設け、その上には磁歪定数の大きい他の磁性材料を設けることができる。この場合、第２磁性層２２の磁歪定数の絶対値は、第１磁性層２１の磁歪定数の絶対値よりも大きい。
【００７７】
また、第１磁性層２１と磁気結合層２３との間の界面、および、第２磁性層２２と磁気結合層２３との間の界面には、Ｃｏを含む磁性層を配置することが望ましい。磁気結合層２３にＲｕを用いる場合、Ｒｕを介した反強磁性結合を安定に得るためには、Ｒｕの界面にＣｏを含む磁性層を配置することが望ましい。例えば、磁気結合層２３の界面にはＣｏやＣｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いることができる。
【００７８】
第１磁性層２１および第２磁性層２２のうち、磁気結合層２３の下部に配置される磁性層（この例では第２磁性膜２１ｔ）と磁気結合層２３との間の界面には、結晶構造を有する磁性層を配置することが望ましい。結晶構造を有する磁性層を配置することで、例えば、磁気結合層２３に用いられるＲｕの結晶性を向上することができ、Ｒｕを介した反強磁性結合を安定的に得ることができる。例えば、磁気結合層２３の下部界面には、ｈｃｐ構造のＣｏやｆｃｃ構造のＣｏ−Ｆｅ合金やｂｃｃ構造のＣｏ−Ｆｅ合金を用いることができる。図４および図５に示す例では、第１磁性層２１が磁気結合層２３の下部に配置されているため、第１磁性層２１と磁気結合層２３との間の界面に結晶構造を有する磁性層を用いることが好ましい。
【００７９】
上述したように、第１磁性層２１と第２磁性層２２とのそれぞれを多層構造とする場合、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（１ｎｍ）／Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ（３ｎｍ）／Ｃｏ−Ｆｅ（０．５ｎｍ）（第１磁性層２１）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）（磁気結合層２３）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（１ｎｍ）／Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ（２ｎｍ）（第２磁性層２２）などを用いることが出来る。
【００８０】
第１磁性層２１と第２磁性層２２との磁気膜厚は、目的に応じて適宜調整することができる。例えば、磁化自由層２０の素子端部に生ずる磁極による反磁界の影響を少なくする目的では、第１磁性層２１と第２磁性層２２との磁気膜厚をそろえることが望ましい。また、後述するように、本実施形態の歪検知素子を複数近接して配置する場合、複数の歪検知素子のそれぞれの磁化自由層２０からの漏洩磁界が互いに干渉し、歪検知素子の動作に悪影響を及ぼすことがある。このような場合、第１磁性層２１と第２磁性層２２の磁気膜厚をそろえることで、反平行に結合した磁化自由層２０から外部への漏洩磁界は、ほぼゼロとすることができる。
【００８１】
外部への漏洩磁界を最小限に抑える目的の場合には、例えば、第１磁性層２１と第２磁性層２２の磁気膜厚の差分を２Ｔ・ｎｍ（テスラナノメートル）以内にすることが好ましく、１Ｔ・ｎｍ（テスラナノメートル）以内にすることがさらに好ましい。例えば、第１磁性層２１と第２磁性層２２とにそれぞれＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を用いる場合、第１磁性層２１にＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を用いると、薄膜でのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）であるため、第１磁性層２１の磁気膜厚は７．６Ｔ・ｎｍとなる。この場合、例えば、第２磁性層２２の磁気膜厚を５．６Ｔ・ｎｍ以上９．６Ｔ・ｎｍ以下、さらに好ましくは６．６Ｔ・ｎｍ以上８．６Ｔ・ｎｍ以下とすることができる。すなわち、第２磁性層２２のＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の膜厚を３ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができ、さらに好ましくは３．５ｎｍ以上４．５ｎｍ以下とすることができる。
【００８２】
一方で、後述するハードバイアス素子を用いて磁化自由層２０の初期磁化方向を制御したい場合、第１磁性層２１と第２磁性層２２との磁気膜厚の差は、ある程度大きいことが望ましい。ハードバイアス構造で磁化自由層２０の初期磁化方向を制御する目的の場合、第１磁性層２１と第２磁性層２２の磁気膜厚の差は、０．５Ｔ・ｎｍ（テスラナノメートル）以上にすることが好ましく、１Ｔ・ｎｍ（テスラナノメートル）以上にすることがさらに好ましい。例えば、第１磁性層２１と第２磁性層２２とにそれぞれＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を用いた場合、第１磁性層２１にＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）を用いると、薄膜でのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）であるため、第１磁性層２１の磁気膜厚は７．６Ｔ・ｎｍとなる。この場合、例えば、第２磁性層２２の磁気膜厚を、７．１Ｔ・ｎｍ以下または８．１Ｔ・ｎｍ以上とすることができ、さらに好ましくは６．６Ｔ・ｎｍ以下または８．６Ｔ・ｎｍ以上とすることができる。すなわち、第２磁性層２２のＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の膜厚を３．７Ｔ・ｎｍ以下または４．３Ｔ・ｎｍ以上とすることができ、さらに好ましくは３．５Ｔ・ｎｍ以下または４．５Ｔ・ｎｍ以上とすることができる。
【００８３】
図６は、磁化自由層の別の例を例示する模式的斜視図である。  
図６に示す歪検知素子１００ｃのように、磁化自由層２０に用いる磁気結合層を介して反平行結合した磁性層を３層以上設けてもよい。例えば、第１磁性層２１／第１磁気結合層２３ａ／第２磁性層２２／第２磁気結合層２３ｂ／第３磁性層２４を用いることができる。この場合、第１磁気結合層２３ａと第２磁気結合層２３ｂとは、前述した磁気結合層２３と同様の材料を用いることができる。第１磁性層２１には、前述した第１磁性層２１と同様の材料を用いることができる。第２磁性層２２および第３磁性層２４のそれぞれには、前述した第２磁性層２２と同様の材料を用いることができる。
【００８４】
キャップ層７０（図４参照）は、キャップ層７０の下に設けられる層を保護する。キャップ層７０には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層７０には、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層７０として、Ｔａ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けてもよい。キャップ層７０の構成は、任意である。例えば、キャップ層７０として、非磁性材料を用いることができる。キャップ層７０の下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層７０として、他の材料を用いても良い。
【００８５】
磁化自由層２０にホウ素を含有する磁性材料を用いる場合、ホウ素の拡散を防ぐために、酸化物材料や窒化物材料の拡散防止層を磁化自由層２０とキャップ層７０との間に設けても良い。酸化物層または窒化物層からなる拡散防止層を用いることにより、磁化自由層２０に含まれるホウ素の拡散を抑制し、磁化自由層２０のアモルファス構造を保つことができる。拡散防止層に用いる酸化物材料や窒化物材料として、具体的には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａなどの元素を含む酸化物材料や窒化物材料を用いることができる。ここで、拡散防止層は、磁気抵抗効果には寄与しない層のため、その面積抵抗は低いほうが好ましい。例えば、拡散防止層の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層３０の面積抵抗よりも低く設定することが好ましい。拡散防止層の面積抵抗を下げる観点では、バリアハイトの低いＭｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａの酸化物または窒化物が好ましい。ホウ素の拡散を抑制する機能としては、より化学結合の強い酸化物のほうが好ましい。例えば、２．０ｎｍのＭｇＯを用いることができる。
【００８６】
拡散防止層に酸化物材料、窒化物材料を用いる場合、拡散防止層の膜厚は、ホウ素の拡散防止機能を十分に発揮する観点で０．５ｎｍ以上が好ましく、面積抵抗を低くする観点で５ｎｍ以下が好ましい。つまり、拡散防止層の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。
【００８７】
拡散防止層として、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくともいずれかを用いることができる。拡散防止層として、これらの軽元素を含む材料を用いることができる。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。拡散防止層と磁化自由層２０との界面を含む部分に、例えば、Ｍｇ−Ｂ化合物、Ａｌ−Ｂ化合物、及び、Ｓｉ−Ｂ化合物の少なくともいずれかが形成される。これらの化合物が、ホウ素の拡散を抑制する。
【００８８】
拡散防止層と磁化自由層２０との間に他の金属層などが挿入されていてもよい。ただし、拡散防止層と磁化自由層２０との距離が離れすぎていると、その間でホウ素が拡散して磁化自由層２０中のホウ素濃度が下がってしまうため、拡散防止層と磁化自由層２０との間の距離は、１０ｎｍ以下が好ましく３ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００８９】
図７は、実施形態に係る歪検知素子の別の例を例示する模式的斜視図である。  
図７に例示したように、歪検知素子１００ｄにおいては、絶縁層８１が設けられる。すなわち、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、互いに離間する２つの絶縁層８１（絶縁部分）が設けられ、それらの間に、積層体が配置される。積層体は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に配置されている。積層体は、歪検知素子１００ｄの場合には、下地層５０と、ピニング層６０と、参照層１０と、中間層３０と、磁化自由層２０と、キャップ層７０と、を含む。磁化自由層２０は、第１磁性層２１と、磁気結合層２３と、第２磁性層２２と、を含む。すなわち、積層体の側壁に対向して、絶縁層８１が設けられる。
【００９０】
絶縁層８１には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）などを用いることができる。絶縁層８１により、積層体の周囲におけるリーク電流を抑制することができる。
【００９１】
図８は、実施形態に係る歪検知素子の別の例を例示する模式的斜視図である。  
図８に例示したように、歪検知素子１００ｅにおいては、ハードバイアス層８３がさらに設けられる。すなわち、第１電極とＥ１と第２電極Ｅ２との間に、互いに離間する２つのハードバイアス層８３（ハードバイアス部分）が設けられ、それらの間に、積層体が配置される。そして、ハードバイアス層８３と積層体との間に、絶縁層８１が配置される。さらに、この例では、ハードバイアス層８３と第１電極Ｅ１との間に、絶縁層８１が延在している。
【００９２】
ハードバイアス層８３は、ハードバイアス層８３の磁化により、第１磁性層２１の磁化２１ｍ及び第２磁性層２２の磁化２２ｍの少なくともいずれかを所望の方向に設定させる。ハードバイアス層８３により、力が基板２１０に印加されていない状態において、第１磁性層２１の磁化２１ｍ及び第２磁性層２２の磁化２２ｍの少なくともいずれかを所望の方向に設定できる。
【００９３】
ハードバイアス層８３には、例えば、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ、または、ＦｅＰｔ等の磁気異方性が比較的高い硬質強磁性材料が用いられる。ハードバイアス層８３には、ＦｅＣｏまたはＦｅなどの軟磁性材料の層と、反強磁性層と、を積層した構造を用いることができる。この場合には、交換結合により、磁化が所定の方向に沿う。ハードバイアス層８３の厚さ（第１電極Ｅ１から第２電極Ｅ２に向かう方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。  
上記のハードバイアス層８３及び絶縁層８１は、後述する歪検知素子のいずれにも適用できる。
【００９４】
（実施例１）
実施形態に係る第１の実施例として、下記の構造を有する歪検知素子を作製する。  
下地層５０：Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ピニング層６０：Ｉｒ２２Ｍｎ７８（７ｎｍ）
第２磁化固定層１２：Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）
磁気結合層１３：Ｒｕ（０．９ｎｍ）
第１磁化固定層１１：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）
中間層３０：ＭｇＯ（２ｎｍ）
磁化自由層２０：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）
拡散防止層：ＭｇＯ（１．８ｎｍ）
キャップ層７０：Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（５ｎｍ）
第１の実施例では、磁化自由層２０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）を用いる。垂直通電素子の素子サイズは、２０μｍ×２０μｍと、６μｍ×６μｍと、の２種類を作製する。
【００９５】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施例と第１の比較例との歪検知素子の歪センサ特性の結果を示す。  
図９（ａ）〜図９（ｄ）に示す歪センサ特性の評価は、基板ベンディング法により行う。試作する歪検知素子のウェーハを短冊状にカットしたウェーハ（短冊ウェーハ）をナイフエッジによる４点ベンディング法により歪印加を行う。短冊ウェーハを曲げるナイフエッジにロードセルを組み込んでおり、そのロードセルにて計測された荷重により、ウェーハ表面の歪検知素子に加わる歪を計算している。歪の計算には、次式で表される一般的な２辺支持梁の理論式を用いる。
【数１】
2015059932.tif 000003
【００９６】
ここで、ｅｓは、ウェーハのヤング率を表す。Ｌ１は、外側ナイフエッジのエッジ間長を表す。Ｌ２は、内側ナイフエッジのエッジ間長を表す。Ｗは、短冊ウェーハの幅を表す。ｔは、短冊ウェーハの厚みを表す。Ｇは、ナイフエッジに加えた荷重を表す。ここで、ナイフエッジに加わる荷重は、モーター制御で連続的に変化させられるようにしてある。
【００９７】
歪印加の方向については、同一平面内で第１磁化固定層１１の磁化方向と垂直な方向に加えている。また、本願明細書中で、正の値の歪は引張歪であり、負の値の歪は圧縮歪である。
【００９８】
図９（ａ）は、素子サイズが２０μｍ×２０μｍの第１の実施例の歪検知素子について、歪検知素子に加わる歪を−０．８（％０）から０．８（％０）までの間で０．２（％０）刻みで固定値として設定し、それぞれの歪で電気抵抗の磁場依存性を測定した結果を表す。図９（ｃ）は、素子サイズが６μｍ×６μｍの第１の実施例の歪検知素子について、歪検知素子に加わる歪を−０．８（％０）から０．８（％０）までの間で０．２（％０）刻みで固定値として設定し、それぞれの歪で電気抵抗の磁場依存性を測定した結果を表す。
【００９９】
測定時の外部磁場方向は、第１磁化固定層１１と平面内で平行な方向に加えており、正の外部磁場は、第１磁化固定層１１の磁化と反対側に磁場を加えた場合である。図９（ａ）および図９（ｃ）ともに、印加歪の値によりＲ−Ｈループ形状が変化していることがわかる。これは、逆磁歪効果によって、磁化自由層２０の面内磁気異方性が変化していることを示している。
【０１００】
図９（ｂ）は、素子サイズが２０μｍ×２０μｍの第１の実施例の歪検知素子について、外部磁場は固定として、歪を−０．８（％０）から０．８（％０）までの間で連続的に掃引した場合の電気抵抗の変化を示す。図９（ｄ）は、素子サイズが６μｍ×６μｍの第１の実施例の歪検知素子について、外部磁場は固定として、歪を−０．８（％０）から０．８（％０）までの間で連続的に掃引した場合の電気抵抗の変化を示す。
【０１０１】
歪については、−０．８（％０）から０．８（％０）へ掃引させ、続いて、０．８（％０）から−０．８（％０）へ掃引させる。これらの結果が、歪センサ特性を示している。図９（ｂ）、および図９（ｄ）より、第１の実施例および第１の比較例の歪に対する電気抵抗の変化から、ゲージファクターを見積もる。
【０１０２】
ゲージファクターは、次式で表される。
ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε     ・・・式（２）
図９（ｂ）より、２０μｍ×２０μｍの第１の実施例のゲージファクターは、８４１であることがわかった。図９（ｄ）より、６μｍ×６μｍの第１の実施例のゲージファクターは、７７０であることがわかった。第１の実施例のように、磁化自由層２０に磁気結合層２３を介して互いに反平行に結合したシンセティック型の磁化自由層２０を用いることによって、素子サイズに依存せずに高いゲージファクターを実現することができることがわかった。
【０１０３】
図１０は、実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。  
図１０に表したように、実施形態に係る圧力センサ２００に用いられる歪検知素子１００ｆは、第１電極Ｅ１と、下地層５０と、磁化自由層２０と、中間層３０と、参照層１０と、ピニング層６０と、キャップ層７０と、第２電極Ｅ２と、を含む。参照層１０は、第１磁化固定層１１と、第２磁化固定層１２と、磁気結合層１３と、を含む。磁化自由層２０は、第２磁性層２２と、磁気結合層２３と、第１磁性層２１と、を含む。
【０１０４】
第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、下地層５０が設けられる。下地層５０と第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２が設けられる。第２磁性層２２と第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層２３が設けられる。磁気結合層２３と第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１が設けられる。第１磁性層２１と第２電極Ｅ２との間に、中間層３０が設けられる。中間層３０と第２電極Ｅ２との間に、第１磁化固定層１１が設けられる。第１磁化固定層１１と第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層１３が設けられる。磁気結合層１３と第２電極Ｅ２との間に、第２磁化固定層１２が設けられる。第２磁化固定層１２と第２電極Ｅ２との間に、ピニング層６０が設けられる。ピニング層６０と第２電極Ｅ２との間に、キャップ層７０が設けられる。  
この例では、第１磁化固定層１１は参照層１０に対応する。歪検知素子１００ｆは、トップスピンバルブ型である。
【０１０５】
下地層５０には、例えば、Ｔａ／Ｃｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。  
磁化自由層２０には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）が用いられる。中間層３０には、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。  
ここで、下地層５０と磁化自由層２０との間に図示しない拡散防止層を設けても良い。拡散防止層として、例えば、２．０ｎｍのＭｇＯを用いることができる。  
第１磁化固定層１１には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。  
磁気結合層１３には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。  
第２磁化固定層１２には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。  ピニング層６０には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。  
キャップ層７０には、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。  
歪検知素子１００ｆに含まれる層のそれぞれには、例えば、歪検知素子１００ａに関して説明した材料を用いることができる。
【０１０６】
図１１は、実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。  
図１１に表したように、実施形態に係る圧力センサ２００に用いられる歪検知素子１００ｇは、第１電極Ｅ１と、下地層５０と、ピニング層６０と、参照層１０と、中間層３０と、磁化自由層２０と、キャップ層７０と、第２電極Ｅ２と、を含む。磁化自由層２０は、第１磁性層２１と、磁気結合層２３と、第２磁性層２２と、を含む。
【０１０７】
第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、下地層５０が設けられる。下地層５０と第２電極Ｅ２との間に、ピニング層６０が設けられる。ピニング層６０と第２電極Ｅ２との間に、参照層１０が設けられる。参照層１０と第２電極Ｅ２との間に、中間層３０が設けられる。中間層３０と第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１が設けられる。第１磁性層２１と第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層２３が設けられる。磁気結合層２３と第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２が設けられる。第２磁性層２２と第２電極Ｅ２との間に、キャップ層７０が設けられる。
【０１０８】
既に説明した歪検知素子においては、第２磁化固定層１２と磁気結合層１３と第１磁化固定層２２を用いた構造が適用されている。実施形態の歪検知素子１００ｇにおいては、単一の磁化固定層を用いたシングルピン構造が適用されている。
【０１０９】
下地層５０には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。  
ピニング層６０には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。  
参照層１０には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。  
中間層３０には、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。  
磁化自由層２０には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）が用いられる。  
キャップ層７０には、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。  
ここで、磁化自由層２０とキャップ層７０との間に図示しない拡散防止層を設けても良い。拡散防止層として、例えば、２．０ｎｍのＭｇＯを用いることができる。
【０１１０】
歪検知素子１００ｇに含まれる層のそれぞれには、例えば、実施形態で歪検知素子１００ａに関して説明した材料を用いることができる。
【０１１１】
図１２は、実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。  
図１２に表したように、実施形態に係る圧力センサ２００に用いられる歪検知素子１００ｈは、第１電極Ｅ１と、下地層５０と、第１ピニング層６０ａと、第１参照層１０ａと、第１中間層３０ａと、磁化自由層２０と、第２中間層３０ｂと、第２参照層１０ｂと、第２ピニング層６０ｂと、キャップ層７０と、第２電極Ｅ２と、を含む。第１参照層１０ａは、第２磁化固定層１２ａと、第１磁化固定層１１ａと、磁気結合層１３ａと、を含む。第２参照層１０ｂは、第１磁化固定層１１ｂと、第２磁化固定層１２ｂと、磁気結合層１３ｂと、を含む。磁化自由層２０は、第１磁性層２１と、第１磁気結合層２３ａと、第２磁性層２２と、第２磁気結合層２３ｂと、第３磁性層２４と、を含む。
【０１１２】
第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、下地層５０が設けられる。下地層５０と第２電極Ｅ２との間に、第１ピニング層６０ａが設けられる。第１ピニング層６０ａと第２電極Ｅ２との間に、第２磁化固定層１２ａが設けられる。第２磁化固定層１２ａと第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層１３ａが設けられる。磁気結合層１３ａと第２電極Ｅ２の間に、第１磁化固定層１１ａが設けられる。第１磁化固定層１１ａと第２電極Ｅ２との間に、第１中間層３０ａが設けられる。第１中間層３０ａと第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１が設けられる。第１磁性層２１と第２電極Ｅ２との間に、第１磁気結合層２３ａが設けられる。第１磁気結合層２３ａと第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２が設けられる。第２磁性層２２と第２電極Ｅ２との間に、第２磁気結合層２３ｂが設けられる。第２磁気結合層２３ｂと第２電極Ｅ２との間に、第３磁性層２４が設けられる。第３磁性層２４と第２電極Ｅ２との間に、第２中間層３０ｂが設けられる。第２中間層３０ｂと第２電極Ｅ２との間に、第１磁化固定層１１ｂが設けられる。第１磁化固定層１１ｂと第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層１３ｂが設けられる。磁気結合層１３ｂと第２電極Ｅ２の間に、第２磁化固定層１２ｂが設けられる。第２磁化固定層１２ｂと第２電極Ｅ２との間に、第２ピニング層６０ｂが設けられる。第２ピニング層６０ｂと第２電極Ｅ２との間に、キャップ層７０が設けられる。
【０１１３】
この例では、歪検知素子１００ｈは、デュアルスピンバルブ型である。図１２に示したようなデュアルスピンバルブ型を用いる場合、磁化自由層２０に含まれる互いに反平行に結合した磁性層の層数は奇数とすることが好ましい。これは、中間層付近に配置される磁性層の磁化方向を同一とすることで、磁化自由層２０と第１磁化固定層１１ａと第１磁化固定層１１ｂとの磁化アライメントと同様にし、電気抵抗変化を同様にそろえることができるためである。第１磁化固定層１１ａと第１磁化固定層１１ｂとの磁化方向を、磁化固定層の層数をずらすことで反平行とした場合には、磁化自由層２０に含まれる磁性層の層数は偶数とすることが好ましい。
【０１１４】
下地層５０には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。  
第１ピニング層６０ａには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。  
第１参照層１０ａの第２磁化固定層１２ａには、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。  
第１参照層１０ａの磁気結合層１３ａには、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。  
第１参照層１０ａの第１磁化固定層１１ａには、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）が用いられる。  
第１中間層３０ａには、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。  
磁化自由層２０には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）が用いられる。  
第２中間層３０ｂには、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。  
第２参照層１０ｂの第１磁化固定層１１ｂには、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。  
第２参照層１０ｂの磁気結合層１３ｂには、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。  
第２参照層１０ｂの第２磁化固定層１２ｂには、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。  
第２ピニング層６０ｂには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。  
キャップ層７０には、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。  
歪検知素子１００ｈに含まれる層のそれぞれには、例えば、歪検知素子１００ａに関して説明した材料を用いることができる。
【０１１５】
図１３は、実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。  
図１３に表したように、実施形態に係る圧力センサ２００に用いられる歪検知素子１００ｉは、第１電極Ｅ１と、下地層５０と、第１磁化自由層２０ｃと、中間層３０と、第２磁化自由層２０ｄと、キャップ層７０と、第２電極Ｅ２と、を含む。第１磁化自由層２０ｃは、第２磁性層２２ｃと、第１磁気結合層２３ｃと、第１磁性層２１ｃと、を含む。第２磁化自由層２０ｄは、第１磁性層２１ｄと、第２磁気結合層２３ｄと、第２磁性層２２ｄと、を含む。
【０１１６】
第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、下地層５０が設けられる。下地層５０と第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２ｃが設けられる。第２磁性層２２ｃと第２電極Ｅ２との間に、第１磁気結合層２３ｃが設けられる。第１磁気結合層２３ｃと第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１ｃが設けられる。第１磁性層２１ｃと第２電極Ｅ２との間に、中間層３０が設けられる。中間層３０と第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１ｄが設けられる。第１磁性層２１ｄと第２電極Ｅ２との間に、第２磁気結合層２３ｄが設けられる。第２磁気結合層２３ｄと第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２ｄが設けられる。第２磁性層２２ｄと第２電極Ｅ２との間に、キャップ層７０が設けられる。  
実施形態に用いられる歪検知素子１００ｉは２層のフリー層を有する２層フリー型の歪検知素子である。
【０１１７】
下地層５０には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。  
第１磁化自由層２０ｃには、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）が用いられる。  
中間層３０には、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。  
第２磁化自由層２０ｄには、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）が用いられる。  
キャップ層７０には、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。  
また、下地層５０と第１磁化自由層２０ｃとの間に拡散防止層を設けても良い。拡散防止層として、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いることができる。また、第２磁化自由層２０ｄとキャップ層７０との間に拡散防止層を設けても良い。拡散防止層として、例えば、２．０ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いることができる。
【０１１８】
実施形態の歪検知素子１００ｉに含まれる層のそれぞれには、例えば、実施形態の歪検知素子１００ａに関して説明した材料を用いることができる。
【０１１９】
上述した歪検知素子のように、第１磁化自由層２０ｃと中間層３０と第２磁化自由層２０ｄとの積層構造が用いられる場合も、第１磁化自由層２０ｃの磁化と第２磁化自由層２０ｄの磁化との相対角度が歪に対して変化する。これにより、歪センサとして機能させることができる。この場合、第１磁化自由層２０ｃの磁歪の値と、第２磁化自由層２０ｄの磁歪の値と、は互いに異なるように設計することができる。これにより、第１磁化自由層２０ｃの磁化と第２磁化自由層２０ｄの磁化との相対角度が、歪に対して変化する。
【０１２０】
（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。  
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの別の例を例示する模式図である。
【０１２１】
図１４に表したように、実施形態に係る圧力センサ２００は、支持部２０１と、基板２１０と、歪検知素子１００と、を含む。実施形態に係る圧力センサ２００は、実施形態に係る歪検知素子１００の代わりに、実施形態に係る歪検知素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｈ、１００ｉのいずれかの歪検知素子を含んでいてもよい。
【０１２２】
基板２１０は、支持部２０１に支持される。基板２１０は、例えば、可撓性領域を有する。基板２１０は、例えば、ダイアフラムである。基板２１０は、支持部２０１と一体的でも良く、別体でも良い。基板２１０には、支持部２０１と同じ材料を用いても良く、支持部２０１とは異なる材料を用いても良い。支持部２０１の一部を除去して、支持部２０１のうちの厚さが薄い部分が基板２１０となっても良い。
【０１２３】
基板２１０の厚さは、支持部２０１の厚さよりも薄い。基板２１０と支持部２０１とに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分が基板２１０となり、厚い部分が支持部２０１となる。
【０１２４】
支持部２０１が、支持部２０１を厚さ方向に貫通する貫通孔２０１ｈを有しており、貫通孔２０１ｈを覆うように基板２１０が設けられても良い。このとき、例えば、基板２１０となる材料の膜が、支持部２０１の貫通孔２０１ｈ以外の部分の上にも延在している場合がある。このとき、基板２１０となる材料の膜のうちで、貫通孔２０１ｈと重なる部分が基板２１０となる。
【０１２５】
基板２１０は、外縁２１０ｒを有する。基板２１０と支持部２０１とに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分の外縁が、基板２１０の外縁２１０ｒとなる。支持部２０１が、支持部２０１を厚さ方向に貫通する貫通孔２０１ｈを有しており、貫通孔２０１ｈを覆うように基板２１０が設けられている場合は、基板２１０となる材料の膜のうちで、貫通孔２０１ｈと重なる部分の外縁が基板２１０の外縁２１０ｒとなる。
【０１２６】
支持部２０１は、基板２１０の外縁２１０ｒを連続的に支持しても良く、基板２１０の外縁２１０ｒの一部を支持しても良い。
【０１２７】
歪検知素子１００は、基板２１０の上に設けられる。例えば、歪検知素子１００は、基板２１０の一部の上に設けられる。この例では、基板２１０上に、複数の歪検知素子１００が設けられる。膜部上に設けられる歪検知素子の数は、１でも良い。
【０１２８】
図１４に表した圧力センサ２００においては、第１配線２２１及び第２配線２２２が設けられている。第１配線２２１は、歪検知素子１００に接続される。第２配線２２２は、歪検知素子１００に接続される。例えば、第１配線２２１と第２配線２２２との間には、層間絶縁膜が設けられ、第１配線２２１と第２配線２２２とが電気的に絶縁される。第１配線２２１と第２配線２２２との間に電圧が印加され、この電圧が、第１配線２２１及び第２配線２２２を介して、歪検知素子１００に印加される。圧力センサ２００に圧力が加わると、基板２１０が変形する。歪検知素子１００においては、基板２１０の変形に伴って電気抵抗Ｒが変化する。電気抵抗Ｒの変化を第１配線２２１及び第２配線２２２を介して検知することで、圧力を検知できる。
【０１２９】
支持部２０１には、例えば、板状の基板を用いることができる。基板の内部には、例えば、空洞部（貫通孔２０１ｈ）が設けられている。
【０１３０】
支持部２０１には、例えば、シリコンなどの半導体材料、金属などの導電材料、または、絶縁性材料を用いることができる。支持部２０１は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでも良い。空洞部（貫通孔２０１ｈ）の内部は、例えば減圧状態（真空状態）である。空洞部（貫通孔２０１ｈ）の内部に、空気などの気体、または、液体が充填されていても良い。空洞部（貫通孔２０１ｈ）の内部は、基板２１０が撓むことができるように設計される。空洞部（貫通孔２０１ｈ）の内部は、外部の大気とつながっていてもよい。
【０１３１】
空洞部（貫通孔２０１ｈ）の上には、基板２１０が設けられている。基板２１０には、例えば、支持部２０１の一部が薄く加工され部分が用いられる。基板２１０の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、支持部２０１の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）よりも薄い。
【０１３２】
基板２１０に圧力が印加されると、基板２１０は変形する。この圧力は、圧力センサ２００が検知すべき圧力に対応する。印加される圧力は、音波または超音波などによる圧力も含む。音波または超音波などによる圧力を検知する場合は、圧力センサ２００は、マイクロフォンとして機能する。
【０１３３】
基板２１０には、例えば、絶縁性材料が用いられる。基板２１０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。基板２１０には、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良い。基板２１０には、例えば、金属材料を用いても良い。
【０１３４】
基板２１０の厚さは、例えば、０．１マイクロメートル（μｍ）以上３μｍ以下である。この厚さは、０．２μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。基板２１０には、例えば、厚さが０．２μｍの酸化シリコン膜と、厚さが０．４μｍのシリコン膜と、の積層体を用いても良い。
【０１３５】
歪検知素子１００は、図１４に示すとおり、基板２１０の上に複数配置してもよい。複数の歪検知素子１００で圧力に対して同等の電気抵抗の変化を得ることは、後述するように、複数の歪検知素子１００を直並列に接続することでＳＮ比を増大することができる。
【０１３６】
図１４では、歪検知素子１００を複数配置しているが、１つでもよい。図１５（ａ）には、円形の膜部上への配置のバリエーションを示している。
【０１３７】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）に表した圧力センサ２００ａは、第１歪検知素子部１０１と、第２歪検知素子部１０２と、第３歪検知素子部１０３と、第４歪検知素子部１０４と、を含む。第１歪検知素子部１０１、第２歪検知素子部１０２、第３歪検知素子部１０３および第４歪検知素子部１０４は、複数の歪検知素子１００を含む。複数の歪検知素子１００で圧力に対して同等の電気抵抗Ｒの変化を得ることは、後述するように、複数の歪検知素子１００を直並列に接続することでＳＮ比を増大することができる。
【０１３８】
歪検知素子１００は、極めて小さいサイズで十分である。  
そのため、歪検知素子１００の面積は、圧力によって撓む基板２１０の面積よりも十分に小さくできる。例えば、歪検知素子１００の面積は、基板２１０の面積の１／５以下とすることができる。
【０１３９】
例えば、基板２１０の直径寸法が６０μｍ程度の場合には、歪検知素子１００の寸法は、１２μｍ以下とすることができる。例えば、基板２１０の直径寸法が６００μｍ程度の場合には、歪検知素子１００の寸法は、１２０μｍ以下とすることができる。  
この場合、歪検知素子１００の加工精度などを考慮すると、歪検知素子１００の寸法をそれぞれを過度に小さくする必要はない。そのため、歪検知素子１００の寸法は、例えば、０．０５μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。
【０１４０】
図１４において例示をしたものは、基板２１０の平面形状が円の場合であるが、基板２１０の平面形状は円に限定されるわけではない。基板２１０の平面形状は、例えば、楕円、正方形や長方形などの正多角形などとすることができる。
【０１４１】
基板２１０上に設けられた複数の歪検知素子１００は、直列に接続することができる。複数の歪検知素子１００が直列に接続されている歪検知素子１００の数をＮとしたとき、得られる電気信号は、歪検知素子１００の数が１である場合のＮ倍となる。その一方で、熱ノイズ及びショットキーノイズは、Ｎ１／２倍になる。すなわち、ＳＮ比(signal-noise ratio：ＳＮＲ)は、Ｎ１／２倍になる。直列の接続する歪検知素子１００の数Ｎを増やすことで、基板２１０のサイズを大きくすることなく、ＳＮ比を改善することができる。
【０１４２】
１つの歪検知素子に加えられるバイアス電圧は、例えば、５０ミリボルト（ｍＶ）以上１５０ｍＶ以下である。Ｎ個の歪検知素子１００を直列に接続した場合は、バイアス電圧は、５０ｍＶ×Ｎ以上１５０ｍＶ×Ｎ以下となる。例えば、直列に接続されている歪検知素子１００の数Ｎが２５である場合には、バイアス電圧は、１Ｖ以上３．７５Ｖ以下となる。
【０１４３】
バイアス電圧の値が１Ｖ以上であると、歪検知素子１００から得られる電気信号を処理する電気回路の設計は容易になり、実用的に好ましい。  
バイアス電圧（端子間電圧）が１０Ｖを超えると、歪検知素子１００から得られる電気信号を処理する電気回路においては、望ましくない。実施形態においては、適切な電圧範囲になるように、直列に接続される歪検知素子１００の数Ｎ、及び、バイアス電圧が設定される。
【０１４４】
例えば、複数の歪検知素子１００を電気的に直列に接続したときの電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下となるのが好ましい。例えば、電気的に直列に接続された複数の歪検知素子１００の端子間（一方の端の端子と、他方の端の端子と、の間）に印加される電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下である。
【０１４５】
この電圧を発生させるためには、１つの歪検知素子１００に印加されるバイアス電圧が５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検知素子１００の数Ｎは、２０以上２００以下が好ましい。１つの歪検知素子１００に印加されるバイアス電圧が１５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検知素子１００の数Ｎは、７以上６６以下であることが好ましい。
【０１４６】
複数の歪検知素子１００の少なくとも一部は、電気的に並列に接続されても良い。  
図１５（ｂ）に示すように、複数の歪検知素子１００がホイートストンブリッジ回路を形成するように、複数の歪検知素子１００を接続しても良い。これにより、例えば、検出特性の温度補償を行うことができる。
【０１４７】
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、基板に圧力を加えた場合に基板の表面に生ずる歪について説明する模式図である。  
基板２１０の平面形状は、図１４に例示した圧力センサ２００と同じく円形の場合を例にとり説明している。  
図１６（ｂ）および図１６（ｃ）は、圧力センサ２００の特性のシミュレーション結果を例示している。
【０１４８】
図１６（ａ）は、実施形態の基板の模式的斜視図である。  
図１６（ｂ）は、圧力が加わった基板２１０において生じる歪εを例示している。図１６（ｂ）における縦軸は、歪ε（無単位）である。図１６（ｂ）の横軸は、中心からの距離を半径で規格化した値ｒｘ／ｒである。
【０１４９】
図１６（ｂ）においては、引張歪において、歪εは正であり、圧縮歪において、歪εは負である。図１６（ｂ）には、半径方向の歪である第１歪εｒと、周方向の歪である第２歪εθと、第１歪εｒと第２歪εθとの差（異方歪Δε＝εｒ−εθ）と、が示されている。異方歪Δεは、第１歪εｒと第２歪εθとの差である。異方歪Δεが、歪検知素子１００の磁化自由層２０の磁化の方向の変化に寄与する。
【０１５０】
図１６（ｃ）は、基板２１０に生じる異方歪ΔεのＸ−Ｙ面内分布を例示している。  
図１６（ａ）に表したように、この例では、基板２１０の平面形状は、円形である。この例では、基板２１０の直径Ｌ１（直径Ｌ２）は、５００μｍである。基板２１０の厚さＬｔは、２μｍである。
【０１５１】
この例では、基板２１０の外縁２１０ｒを完全拘束の固定端としている。この例では、有限要素法解析によって、基板２１０の表面に生じる歪εの解析が行われる。有限要素法で分割した各要素において、フックの法則を適用して解析が行われている。
【０１５２】
シミュレーションにおいて、基板２１０の材料は、シリコンが想定されている。基板２１０のヤング率は１６５ＧＰａであり、ポアソン比は、０．２２である。シミュレーションにおいては、基板２１０の裏面から、１３．３３ｋＰａの均一な圧力が加えられたときの、基板２１０の表面の歪εが求められる。有限要素法においては、Ｘ−Ｙ平面において、平面メッシュサイズは５μｍとされ、厚み方向のメッシュサイズは、２μｍある。
【０１５３】
図１６（ｂ）に示したように、基板２１０の中心付近凸状においては、第１歪εｒ及び第２歪εθは、引張歪である。中心付近では、基板２１０は凸状に撓んでいる。外縁２１０ｒ付近では、第１歪εｒ及び第２歪εθは、圧縮歪である。外縁２１０ｒ付近では、基板２１０は凹状に撓んでいる。中心付近において、異方歪Δεはゼロであり、等方歪となっている。外縁２１０ｒ付近では、異方歪Δεは圧縮の値を示しており、外縁２１０ｒ直近で最も大きい異方歪が得られる。円形の基板２１０では、この異方歪Δεが中心からの放射線方向に対して常に同様に得られる。本実施形態の歪検知素子１００は異方歪が得られる基板２１０の外縁２１０ｒ付近に配置することが望ましい。
【０１５４】
図１６（ｃ）は、図１６(ｂ)に示した極座標系での異方歪Δε（Δεｒ−θ）をデカルト座標系での異方歪Δε（ΔεＸ−Ｙ）に変換して、基板２１０の全面において解析した結果が例示されている。  
図１６（ｃ）に示したコンター図において、「９０％」〜「１０％」の文字で示されている線は、外縁２１０ｒ直近における最も大きい異方歪ΔεＸ−Ｙの値（絶対値）の、それぞれ９０％〜１０％の異方歪Δεが得られる位置を示している。図１６（ｃ）から分かるように、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙは限られた領域で得られる。
【０１５５】
図３にて説明したような磁化固定層を含む歪検知素子を基板２１０上に複数に配置する場合、磁化固定層の磁化方向はピン固着を目的とした磁界中アニール方向に揃うため、同一方向をむく。よって、歪検知素子を基板２１０上に複数配置して、同様な圧力に対する電気抵抗変化（例えば極性など）を得ようとする場合、図１６（ｃ）に示すように同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁２１０ｒ付近の領域に近接して配置することが好ましい。
【０１５６】
本願明細書において「近接」とは、例えば、隣り合う歪検知素子同士の間の距離が１０μｍ以下のことをいう。  
あるいは、本願明細書において「近接」とは、複数の歪検知素子が次のような場合のことをいう。
【０１５７】
図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は、基板上の歪検知素子の配置の例を示す模式図である。  これらの図は、複数の歪検知素子が近接して配置される場合の素子配置領域を例示している。
【０１５８】
図１７（ａ）に表したように、基板２１０を基板２１０に対して平行な面（例えばＸ−Ｙ平面）に投影したときに、外接矩形が形成可能である。外接矩形２１０ｃｒは、基板２１０の形状に外接する。基板２１０の形状は、例えば、基板２１０の外縁２１０ｒを基板２１０に対して平行な面に投影した形状である。この例では、基板２１０の平面形状は、円形である。外接矩形２１０ｃｒは正方形となる。
【０１５９】
外接矩形２１０ｃｒは、第１辺２１０ｓ１、第２辺２１０ｓ２、第３辺２１０ｓ３及び第４辺２１０ｓ４を有する。第２辺２１０ｓ２は、第１辺２１０ｓ１と離間する。第３辺２１０ｓ３は、第１辺２１０ｓ１の一端２１０ｓ１１と、第２辺２１０ｓ２の一端２１０ｓ２１と、に接続される。第４辺２１０ｓ４は、第１辺２１０ｓ１の他端２１０ｓ１２と、第２辺２１０ｓ２の他端２１０ｓ２２と、に接続され、第３辺２１０ｓ３と離間する。
【０１６０】
外接矩形２１０ｃｒは、重心２１０ｃｒｄを有する。例えば、重心２１０ｃｒｄは、基板２１０の重心２１０ｄｃと重なる。  
外接矩形２１０ｃｒは、第１領域２１８ａ、第２領域２１８ｂ、第３領域２１８ｃ及び第４領域２１８ｄを有する。
【０１６１】
第１領域２１８ａは、重心２１０ｃｒｄと第１辺２１０ｓ１の一端２１０ｓ１１とを結ぶ線分と、重心２１０ｃｒｄと第１辺２１０ｓ１の他端２１０ｓ１２とを結ぶ線分と、第１辺２１０ｓ１と、で囲まれた領域である。  
第２領域２１８ｂは、重心２１０ｃｒｄと第２辺２１０ｓ２の一端２１０ｓ２１とを結ぶ線分と、重心２１０ｃｒｄと第２辺２１０ｓ２の他端２１０ｓ２２とを結ぶ線分と、第２辺２１０ｓ２と、で囲まれた領域である。  
第３領域２１８ｃは、重心２１０ｃｒｄと第１辺２１０ｓ１の一端２１０ｓ１１とを結ぶ線分と、重心２１０ｃｒｄと第２辺２１０ｓ２の一端２１０ｓ２１とを結ぶ線分と、第３辺２１０ｓ３と、で囲まれた領域である。  
第４領域２１８ｄは、重心２１０ｃｒｄと第１辺２１０ｓ１の他端２１０ｓ１２とを結ぶ線分と、重心２１０ｃｒｄと第２辺２１０ｓ２の他端２１０ｓ２２とを結ぶ線分と、第４辺２１０ｓ４と、で囲まれた領域である。
【０１６２】
図１７（ａ）に表したように、基板２１０のうちの第１領域２１８ａと重なる部分の上に、複数の検知素子１００が設けられる。例えば、膜面２１０ｆｓのうちの第１領域２１８ａと重なる領域に設けられた、複数の検知素子１００の少なくとも２つの外接矩形２１０ｃｒの第１辺２１０ｓ１に平行な方向におけるそれぞれの位置は、互いに異なる。言い換えれば、膜面２１０ｆｓのうちの第１領域２１８ａと重なる領域に設けられた、複数の検知素子１００の少なくとも２つのそれぞれの位置は、外接矩形２１０ｃｒの第１辺２１０ｓ１に平行な方向において互いに異なる。このように配置することで、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁２１０ｒ付近の領域に、数多くの歪検知素子１００を配置することが可能となる。
【０１６３】
図１７（ｂ）のように、基板２１０の平面形状が扁平円である場合も、外接矩形２１０ｃｒが定義できる。図１７（ｃ）のように、基板２１０の平面形状が正方形の場合においても、外接矩形２１０ｃｒが定義できる。この場合、外接矩形２１０ｃｒの平面形状は基板２１０と同じ正方形となる。図１７（ｄ）のように、基板２１０の平面形状が正方形の場合において、基板２１０が曲線状（または直線状）のコーナー部２１０ｓｃが設けられる場合も、外接矩形２１０ｃｒが定義できる。図１７（ｅ）のように、基板２１０の平面形状が長方形の場合においても、外接矩形２１０ｃｒが定義できる。この場合、外接矩形２１０ｃｒの平面形状は基板２１０と同じ長方形となる。図１７（ｆ）のように、基板２１０の平面形状が正方形の場合において、基板２１０が曲線状（または直線状）のコーナー部２１０ｓｃが設けられる場合も、外接矩形２１０ｃｒが定義できる。そして、第１領域２１８ａ〜第４領域２１８ｄが定義できる。
【０１６４】
上述したような領域に素子を近接して配置することによって、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁２１０ｒ付近の領域に、数多くの歪検知素子１００を配置することが可能となる。
【０１６５】
本実施形態のように、磁気結合層２３を介して互いに反平行に磁気結合した第１磁性層２１と第２磁性層２２とを含む磁化自由層２０を用いることによって、第１磁性層２１の磁化２１ｍと第２磁性層２２の磁化２２ｍとが互いに逆の極性となって結合することで、素子端部における磁性層の反磁界が低減される。磁化自由層２０の反磁界が低減されることによって、小さい素子寸法においても高い歪検知感度を実現することができる。ひいては、高分解能と高感度を両立した歪検知素子１００を提供することができる。よって、図１６（ｃ）に示す同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁２１０ｒ付近の領域に、小さい素子寸法と高い歪感度を両立した歪検知素子１００を十分な数で配置することができる。
【０１６６】
また、本実施形態の歪検知素子１００は、磁気結合層２３を介して互いに反平行に磁気結合した第１磁性層２１と第２磁性層２１とを含む磁化自由層２０を用いているため、磁化自由層２０からの漏洩磁界が少ない、もしくは無い。よって、図１６（ｃ）に示す同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁２１０ｒ付近の領域に、近接して数多く歪検知素子１００を配置した場合においても、歪検知素子１００の磁化自由層２０からの漏洩磁界が少ない、もしくは無いため、歪検知素子１００の磁化自由層２０からの漏洩磁界による干渉を低減し、複数の歪検知素子１００の歪に対する電気抵抗変化を正常に得ることができる。
【０１６７】
図１８は、実施形態に係る歪検知素子の別の例を表す模式的斜視図である。  
図１８では、これまで説明した実施形態の歪検知素子が積層方向に複数配置されている例である。このように積層方向に複数配置することによって、図１６（ｃ）に示す同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁２１０ｒ付近の領域に、数多くの歪検知素子１００を配置することが可能となる。本実施形態の歪検知素子１００では、磁化自由層２０からの漏洩磁界が少ない、もしくは無いため、歪検知素子１００の磁化自由層２０からの漏洩磁界による干渉を低減し、複数の歪検知素子１００の歪に対する電気抵抗変化を正常に得ることができる。
【０１６８】
図１８に表した歪検知素子１００ｊは、第１電極Ｅ１と、第１素子部１６０ａと、第２素子部１６０ｂと、第２電極Ｅ２と、を含む。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、第１素子部１６０ａが設けられる。第１素子部１６０ａと第２電極Ｅ２との間に、第２素子部１６０ｂが設けられる。
【０１６９】
第１素子部１６０ａは、第１下地層５０ａと、第１ピニング層６０ａと、第１参照層１０ａと、第１中間層３０ａと、第１磁化自由層２０ａと、介在層８５と、を含む。第１参照層１０ａは、第２磁化固定層１２ａと、第１磁化固定層１１ａと、磁気結合層１３ａと、を含む。第１磁化自由層２０ａは、第１磁性層２１ａと、第２磁性層２２ａと、第１磁気結合層２３ａと、を含む。
【０１７０】
第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、第１下地層５０ａが設けられる。第１下地層５０ａと第２電極Ｅ２との間に、第１ピニング層６０ａが設けられる。第１ピニング層６０ａと第２電極Ｅ２との間に、第２磁化固定層１２ａが設けられる。第２磁化固定層１２ａと第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層１３ａが設けられる。磁気結合層１３ａと第２電極Ｅ２の間に、第１磁化固定層１１ａが設けられる。第１磁化固定層１１ａと第２電極Ｅ２との間に、第１中間層３０ａが設けられる。第１中間層３０ａと第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１ａが設けられる。第１磁性層２１ａと第２電極Ｅ２との間に、第１磁気結合層２３ａが設けられる。第１磁気結合層２３ａと第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２ａが設けられる。第２磁性層２２ａと第２電極Ｅ２との間に、介在層８５が設けられる。
【０１７１】
第２素子部１６０ｂは、第２下地層５０ｂと、第２ピニング層６０ｂと、第２参照層１０ｂと、第２中間層３０ｂと、第２磁化自由層２０ｂと、キャップ層７０と、を含む。第２参照層１０ｂは、第２磁化固定層１２ｂと、第１磁化固定層１１ｂと、磁気結合層１３ｂと、を含む。第２磁化自由層２０ｂは、第１磁性層２１ｂと、第２磁性層２２ｂと、第２磁気結合層２３ｂと、を含む。
【０１７２】
介在層８５と第２電極Ｅ２との間に、第２下地層５０ｂが設けられる。第２下地層５０ｂと第２電極Ｅ２との間に、第２ピニング層６０ｂが設けられる。第２ピニング層６０ｂと第２電極Ｅ２との間に、第２磁化固定層１２ｂが設けられる。第２磁化固定層１２ｂと第２電極Ｅ２との間に、磁気結合層１３ｂが設けられる。磁気結合層１３ｂと第２電極Ｅ２の間に、第１磁化固定層１１ｂが設けられる。第１磁化固定層１１ｂと第２電極Ｅ２との間に、第２中間層３０ｂが設けられる。第２中間層３０ｂと第２電極Ｅ２との間に、第１磁性層２１ｂが設けられる。第１磁性層２１ｂと第２電極Ｅ２との間に、第２磁気結合層２３ｂが設けられる。第２磁気結合層２３ｂと第２電極Ｅ２との間に、第２磁性層２２ｂが設けられる。第２磁性層２２ｂと第２電極Ｅ２との間に、キャップ層７０が設けられる。
【０１７３】
歪検知素子１００ｊに含まれる層のそれぞれには、例えば、歪検知素子１００ａに関して説明した材料を用いることができる。介在層８５には、例えば、非磁性材料を用いることができる。介在層８５には、例えば、金属材料を用いることができる。介在層８５には、第１電極Ｅ１や第２電極Ｅ２と同様の材料を用いることができる。
【０１７４】
図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。  
図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、複数の歪検知素子１００の接続の例を示している。
【０１７５】
図１９（ａ）に表したように、複数の歪検知素子１００が電気的に直列に接続される場合において、第１電極Ｅ１（例えば第１配線２２１）と、第２電極Ｅ２（例えば第２配線２２２）と、の間に歪検知素子１００及びビアコンタクト２３０を設ける。これにより、通電方向は、一方向となる。複数の歪検知素子１００に通電される電流は、下向き、または、上向きである。この接続においては、複数の歪検知素子１００のそれぞれのシグナル・ノイズ特性を互いに近い特性にできる。
【０１７６】
図１９（ｂ）に表したように、ビアコンタクト２３０が設けられずに、第１電極Ｅ１と、第２電極Ｅ２と、の間に歪検知素子１００が配置されている。この例では、隣り合う２つの歪検知素子１００のそれぞれに通電される電流の方向は、互いに逆である。この接続においては、複数の歪検知素子１００の配置の密度が高い。
【０１７７】
図１９（ｃ）に表したように、１つの第１電極Ｅ１と、１つの第２電極Ｅ２と、の間に、複数の歪検知素子１００が設けられている。複数の歪検知素子１００は、並列に接続されている。
【０１７８】
以下、実施形態に係る圧力センサの製造方法の例について説明する。以下は、圧力センサの製造方法の例である。  
図２０（ａ）〜図２０（ｅ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方向を例示する工程順模式的断面図である。
【０１７９】
図２０（ａ）に表したように、基体２４１（例えばＳｉ基板）の上に薄膜２４２を形成する。基体２４１は、支持部２０１となる。薄膜２４２は、基板２１０となる。  
例えば、Ｓｉ基板上に、ＳｉＯｘ／Ｓｉの薄膜２４２をスパッタにより形成する。薄膜２４２として、ＳｉＯｘ単層、ＳｉＮ単層、または、Ａｌなどの金属層を用いても良い。また、薄膜２４２として、ポリイミドまたはパラキシリレン系ポリマーなどのフレキシブルプラスティック材料を用いても良い。ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を、基体２４１及び薄膜２４２として用いても良い。ＳＯＩにおいては、例えば、基板の貼り合わせによってＳｉ基板上にＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜が形成される。
【０１８０】
図２０（ｂ）に表したように、第２配線２２２を形成する。この工程においては、第２配線２２２となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第２配線２２２の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理においては、例えば、第２配線２２２のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
【０１８１】
図２０（ｃ）に表したように、歪検知素子１００を形成する。この工程においては、歪検知素子１００となる積層体を形成し、その積層体を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。歪検知素子１００の積層体の側壁を絶縁層８１で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、例えば、積層体の加工後、レジストを剥離する前、絶縁層８１を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
【０１８２】
図２０（ｄ）に表したように、第１配線２２１を形成する。この工程においては、第１配線２２１となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第１配線２２１の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、第１配線２２１の加工後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
【０１８３】
図２０（ｅ）に表したように、基体２４１の裏面からエッチングを行い、空洞部２０１ａを形成する。これにより、基板２１０及び支持部２０１が形成される。例えば、基板２１０となる薄膜２４２として、ＳｉＯｘ／Ｓｉの積層膜を用いる場合は、薄膜２４２の裏面（下面）から表面（上面）へ向かって、基体２４１の深堀加工を行う。これにより、空洞部２０１ａが形成される。空洞部２０１ａを形成においては、例えば両面アライナー露光装置を用いることができる。これにより、表面の歪検知素子１００の位置に合わせて、レジストのホールパターンを裏面にパターニングできる。
【０１８４】
Ｓｉ基板のエッチングにおいて、例えばＲＩＥを用いたボッシュプロセスが用いることができる。ボッシュプロセスでは、例えば、ＳＦ６ガスを用いたエッチング工程と、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた堆積工程と、を繰り返す。これにより、基体２４１の側壁のエッチングを抑制しつつ、基体２４１の深さ方向（Ｚ軸方向）に選択的にエッチングが行われる。エッチングのエンドポイントとして、例えば、ＳｉＯｘ層が用いられる。すなわち、エッチングの選択比がＳｉとは異なるＳｉＯｘ層を用いてエッチングを終了させる。エッチングストッパ層として機能するＳｉＯｘ層は、基板２１０の一部として用いられても良い。ＳｉＯｘ層は、エッチングの後に、例えば、無水フッ化水素及びアルコールなどの処理などで除去されても良い。
【０１８５】
このようにして、実施形態に係る圧力センサ２００が形成される。実施形態に係る他の圧力センサも同様の方法により製造できる。
【０１８６】
（第３の実施形態）  
図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。  図２１（ａ）は、模式的斜視図であり、図２１（ｂ）及び図２１（ｃ）は、圧力センサ６４０を例示するブロック図である。
【０１８７】
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、圧力センサ６４０には、基部６７１、検知部６５０、半導体回路部６３０、アンテナ６１５、電気配線６１６、送信回路６１７、及び、受信回路６１７ｒが設けられている。
【０１８８】
アンテナ６１５は、電気配線６１６を介して、半導体回路部６３０と電気的に接続されている。  
送信回路６１７は、検知部６５０に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路６１７の少なくとも一部は、半導体回路部６３０に設けることができる。
【０１８９】
受信回路６１７ｒは、電子機器６１８ｄからの制御信号を受信する。受信回路６１７ｒの少なくとも一部は、半導体回路部４３０に設けることができる。受信回路６１７ｒを設けるようにすれば、例えば、電子機器６１８ｄを操作することで、圧力センサ６４０の動作を制御することができる。
【０１９０】
図２１（ｂ）に示すように、送信回路６１７には、例えば、検知部６５０に接続されたＡＤコンバータ６１７ａと、マンチェスター符号化部６１７ｂと、を設けることができる。切替部６１７ｃを設け、送信と受信を切り替えるようにすることができる。この場合、タイミングコントローラ６１７ｄを設け、タイミングコントローラ６１７ｄにより切替部６１７ｃにおける切り替えを制御することができる。またさらに、データ訂正部６１７ｅ、同期部６１７ｆ、判定部６１７ｇ、電圧制御発振器６１７ｈ（ＶＣＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を設けることができる。
【０１９１】
図２１（ｃ）に示すように、圧力センサ６４０と組み合わせて用いられる電子機器６１８ｄには、受信部６１８が設けられる。電子機器６１８ｄとしては、例えば、携帯端末などの電子装置を例示することができる。  
この場合、送信回路６１７を有する圧力センサ６４０と、受信部６１８を有する電子機器６１８ｄと、を組み合わせて用いることができる。
【０１９２】
電子機器６１８ｄには、マンチェスター符号化部６１７ｂ、切替部６１７ｃ、タイミングコントローラ６１７ｄ、データ訂正部６１７ｅ、同期部６１７ｆ、判定部６１７ｇ、電圧制御発振器６１７ｈ、記憶部６１８ａ、中央演算部６１８ｂ（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を設けることができる。
【０１９３】
この例では、圧力センサ６４０は、固定部６６７をさらに含んでいる。固定部６６７は、膜部６６４を基部６７１に固定する。固定部６６７は、外部圧力が印加されたときであっても撓みにくいように、膜部６６４よりも厚み寸法を厚くすることができる。  
固定部６６７は、例えば、膜部６６４の周縁に等間隔に設けることができる。  
膜部６６４の周囲をすべて連続的に取り囲むように固定部６６７を設けることもできる。  
固定部６６７は、例えば、基部６７１の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部６６７は、例えば、シリコンなどから形成することができる。  
固定部６６７は、例えば、膜部６６４の材料と同じ材料から形成することもできる。
【０１９４】
実施形態に係る圧力センサの製造方法の例について説明する。  
図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２３（ａ）、図２３（ｂ）、図２４（ａ）、図２４（ｂ）、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、図２６（ａ）、図２６（ｂ）、図２７（ａ）、図２７（ｂ）、図２８（ａ）、図２８（ｂ）、図２９（ａ）、図２９（ｂ）、図３０（ａ）、図３０（ｂ）、図３１（ａ）、図３１（ｂ）、図３２（ａ）、図３２（ｂ）、図３３（ａ）及び図３３（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示する模式図である。
【０１９５】
なお、図２２（ａ）〜図３３（ａ）は、模式的平面図であり、図２２（ｂ）〜図３３（ｂ）は、模式的断面図である。
【０１９６】
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、半導体基板５３１の表面部分に半導体層５１２Ｍを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上面に素子分離絶縁層５１２Ｉを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート５１２Ｇを形成する。続いて、ゲート５１２Ｇの両側に、ソース５１２Ｓとドレイン５１２Ｄとを形成することで、トランジスタ５３２が形成される。続いて、この上に層間絶縁膜５１４ａを形成し、さらに層間絶縁膜５１４ｂを形成する。
【０１９７】
続いて、非空洞部となる領域において、層間絶縁膜５１４ａ、５１４ｂの一部に、トレンチ及び孔を形成する。続いて、孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー５１４ｃ〜５１４ｅを形成する。この場合、例えば、接続ピラー５１４ｃは、１つのトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続され、接続ピラー５１４ｄはドレイン５１２Ｄに電気的に接続される。例えば、接続ピラー５１４ｅは、別のトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続される。続いて、トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部５１４ｆ、５１４ｇを形成する。配線部５１４ｆは、接続ピラー５１４ｃ及び接続ピラー５１４ｄに電気的に接続される。配線部５１４ｇは、接続ピラー５１４ｅに電気的に接続される。続いて、層間絶縁膜５１４ｂの上に、層間絶縁膜５１４ｈを形成する。
【０１９８】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｈの上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜５１４ｉを、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。続いて、層間絶縁膜５１４ｉの所定の位置に孔を形成し、導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて平坦化する。これにより、配線部５１４ｆに接続された接続ピラー５１４ｊと、配線部５１４ｇに接続された接続ピラー５１４ｋと、が形成される。
【０１９９】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉの空洞部５７０となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層５１４ｌを埋め込む。犠牲層５１４ｌは、例えば、低温で成膜できる材料を用いて形成することができる。低温で成膜できる材料は、例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などである。
【０２００】
図２５（ａ）及び図２５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉ及び犠牲層５１４ｌの上に、膜部５６４となる絶縁膜５６１ｂｆを形成する。絶縁膜５６１ｂｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。絶縁膜５６１ｂｆに複数の孔を設け、複数の孔に導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａを形成する。接続ピラー５６１ｆａは、接続ピラー５１４ｋと電気的に接続され、接続ピラー５６２ｆａは、接続ピラー５１４ｊと電気的に接続される。
【０２０１】
図２６（ａ）及び図２６（ｂ）に示すように、絶縁膜５６１ｂｆ、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａの上に、配線５５７となる導電層５６１ｆを形成する。
【０２０２】
図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に示すように、導電層５６１ｆの上に、積層膜５５０ｆを形成する。
【０２０３】
図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示すように、積層膜５５０ｆを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層５６５となる絶縁膜５６５ｆを形成する。絶縁膜５６５ｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。
【０２０４】
図２９（ａ）及び図２９（ｂ）に示すように、絶縁膜５６５ｆの一部を除去し、導電層５６１ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５７が形成される。このとき、導電層５６１ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆａに電気的に接続される接続ピラー５６２ｆｂとなる。さらに、この上に、絶縁層５６６となる絶縁膜５６６ｆを形成する。
【０２０５】
図３０（ａ）及び図３０（ｂ）に示すように、絶縁膜５６６ｆに開口部５６６ｐを形成する。これにより、接続ピラー５６２ｆｂが露出する。
【０２０６】
図３１（ａ）及び図３１（ｂ）に示すように、上面に、配線５５８となる導電層５６２ｆを形成する。導電層５６２ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。
図３２（ａ）及び図３２（ｂ）に示すように、導電層５６２ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５８が形成される。配線５５８は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。
【０２０７】
図３３（ａ）及び図３３（ｂ）に示すように、絶縁膜５６６ｆに所定の形状の開口部５６６ｏを形成する。開口部５６６ｏを介して、絶縁膜５６１ｂｆを加工し、さらに開口部５６６ｏを介して、犠牲層５１４ｌを除去する。これにより、空洞部５７０が形成される。犠牲層５１４ｌの除去は、例えば、ウェットエッチング法を用いて行うことができる。
【０２０８】
なお、固定部５６７をリング状とする場合には、例えば、空洞部５７０の上方における非空洞部の縁と、膜部５６４と、の間を絶縁膜で埋める。  
以上の様にして圧力センサが形成される。
【０２０９】
（第４の実施形態）  
図３４は、第４の実施形態に係るマイクロフォンを例示する模式的平面図である。  
図３４に示すように、マイクロフォン４１０は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ（例えば、圧力センサ２００）や、それらの変形に係る圧力センサを有する。以下においては、一例として、圧力センサ２００を有するマイクロフォン４１０について例示をする。
【０２１０】
マイクロフォン４１０は、携帯情報端末４２０の端部に組み込まれている。マイクロフォン４１０に設けられた圧力センサ２００の基板２１０は、例えば、携帯情報端末４２０の表示部４２１が設けられた面に対して実質的に平行とすることができる。なお、基板２１０の配置は例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。  
マイクロフォン４１０は、圧力センサ２００などを備えているので、広域の周波数に対して高感度とすることができる。
【０２１１】
なお、マイクロフォン４１０が携帯情報端末４２０に組み込まれている場合を例示したがこれに限定されるわけではない。マイクロフォン４１０は、例えば、ＩＣレコーダーやピンマイクロフォンなどにも組み込むことができる。
【０２１２】
（第５の実施形態）  
実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いた音響マイクに係る。  
図３５は、第５の実施形態に係る音響マイクを例示する模式的断面図である。  
実施形態に係る音響マイク４３０は、プリント基板４３１と、カバー４３３と、圧力センサ２００と、を含む。プリント基板４３１は、例えばアンプなどの回路を含む。カバー４３３には、アコースティックホール４３５が設けられる。音４３９は、アコースティックホール４３５を通って、カバー４３３の内部に進入する。
【０２１３】
圧力センサ２００として、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。
【０２１４】
音響マイク４３０は、音圧に対して感応する。高感度な圧力センサ２００を用いることにより、高感度な音響マイク４３０が得られる。例えば、圧力センサ２００をプリント基板４３１の上に搭載し、電気信号線を設ける。圧力センサ２００を覆うように、プリント基板４３１の上にカバー４３３を設ける。  
実施形態によれば、高感度な音響マイクを提供することができる。
【０２１５】
（第６の実施形態）  
実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いた血圧センサに係る。  
図３６（ａ）及び図３６（ｂ）は、第６の実施形態に係る血圧センサを例示する模式図である。  
図３６（ａ）は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図３６（ｂ）は、図３６（ａ）のＨ１−Ｈ２線断面図である。
【０２１６】
実施形態においては、圧力センサ２００は、血圧センサ４４０として応用される。この圧力センサ２００には、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。
【０２１７】
これにより、小さいサイズの圧力センサで高感度な圧力検知が可能となる。圧力センサ２００を動脈血管４４１の上の皮膚４４３に押し当てることで、血圧センサ４４０は、連続的に血圧測定を行うことができる。  
本実施形態によれば、高感度な血圧センサを提供することができる。
【０２１８】
（第７の実施形態）  
実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いたタッチパネルに係る。  
図３７は、第７の実施形態に係るタッチパネルを例示する模式的平面図である。  
実施形態においては、圧力センサ２００が、タッチパネル４５０として用いられる。この圧力センサ２００には、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。タッチパネル４５０においては、圧力センサ２００が、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに搭載される。
【０２１９】
例えば、タッチパネル４５０は、複数の第１配線４５１と、複数の第２配線４５２と、複数の圧力センサ２００と、制御部４５３と、を含む。
【０２２０】
この例では、複数の第１配線４５１は、Ｙ軸方向に沿って並ぶ。複数の第１配線４５１のそれぞれは、Ｘ軸方向に沿って延びる。複数の第２配線４５２は、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。複数の第２配線４５２のそれぞれは、Ｙ軸方向に沿って延びる。
【０２２１】
複数の圧力センサ２００のそれぞれは、複数の第１配線４５１と複数の第２配線４５２とのそれぞれの交差部に設けられる。圧力センサ２００の１つは、検出のための検出要素２００ｅの１つとなる。ここで、交差部は、第１配線４５１と第２配線４５２とが交差する位置及びその周辺の領域を含む。
【０２２２】
複数の圧力センサ２００のそれぞれの一端２５１は、複数の第１配線４５１のそれぞれと接続される。複数の圧力センサ２００のそれぞれの他端２５２は、複数の第２配線４５２のそれぞれと接続される。
【０２２３】
制御部４５３は、複数の第１配線４５１と複数の第２配線４５２とに接続される。  
例えば、制御部４５３は、複数の第１配線４５１に接続された第１配線用回路４５３ａと、複数の第２配線４５２に接続された第２配線用回路４５３ｂと、第１配線用回路４５３ａと第２配線用回路４５３ｂとに接続された制御回路４５５と、を含む。
【０２２４】
圧力センサ２００は、小型で高感度な圧力センシングが可能である。そのため、高精細なタッチパネルを実現することが可能である。
【０２２５】
上記の各実施形態に係る圧力センサは、上記の応用の他に、気圧センサ、または、タイヤの空気圧センサなどのように、様々な圧力センサデバイスに応用することができる。
【０２２６】
実施形態によれば、高感度の歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを提供することができる。
【０２２７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルに含まれる基板、歪検知素子、第１磁性層、第２磁性層および中間層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０２２８】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０２２９】
その他、本発明の実施の形態として上述した歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２３０】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０２３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０２３２】
１０…参照層（磁化固定層）、  １０ａ…第１参照層、  １０ｂ…第２参照層、  １０ｍ…磁化、  １１、１１ａ、１１ｂ…第１磁化固定層、  １２、１２ａ、１２ｂ…第２磁化固定層、  １３、１３ａ、１３ｂ…磁気結合層、  ２０…磁化自由層、  ２０ａ…第１磁化自由層、  ２０ｂ…第２磁化自由層、  ２０ｃ…第１磁化自由層、  ２０ｄ…第２磁化自由層、  ２０ｍ…磁化、  ２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…第１磁性層、  ２１ｍ…磁化、  ２１ｓ…第１磁性膜、  ２１ｔ…第２磁性膜、  ２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…第２磁性層、  ２２ｍ…磁化、  ２２ｓ…第１磁性膜、  ２２ｔ…第２磁性膜、  ２３…磁気結合層、  ２３ａ…第１磁気結合層、  ２３ｂ…第２磁気結合層、  ２３ｃ…第１磁気結合層、  ２３ｄ…第２磁気結合層、  ２４…第３磁性層、  ３０…中間層、  ３０ａ…第１中間層、  ３０ｂ…第２中間層、  ５０…下地層、  ５０ａ…第１下地層、  ５０ｂ…第２下地層、  ６０…ピニング層、  ６０ａ…第１ピニング層、  ６０ｂ…第２ピニング層、  ７０…キャップ層、  ８１…絶縁層、  ８３…ハードバイアス層、  ８５…介在層、  １００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｈ、１００ｉ、１００ｊ…歪検知素子、  １０１…第１歪検知素子部、  １０２…第２歪検知素子部、  １０３…第３歪検知素子部、  １０４…第４歪検知素子部、  １６０ａ…第１素子部、  １６０ｂ…第２素子部、  １８０…歪検知素子、  ２００、２００ａ…圧力センサ、  ２００ｅ…検出要素、  ２０１…支持部、  ２０１ａ…空洞部、  ２０１ｈ…貫通孔、  ２１０…基板、  ２１０ｒ…外縁、  ２２１…第１配線、  ２２２…第２配線、  ２３０…ビアコンタクト、  ２４１…基体、  ２４２…薄膜、  ２５１…一端、  ２５２…他端、  ４１０…マイクロフォン、  ４２０…携帯情報端末、  ４２１…表示部、  ４３０…音響マイク、  ４３１…プリント基板、  ４３３…カバー、  ４３５…アコースティックホール、  ４３９…音、  ４４０…血圧センサ、  ４４１…動脈血管、  ４４３…皮膚、  ４５０…タッチパネル、  ４５１…第１配線、  ４５２…第２配線、  ４５３…制御部、  ４５３ａ…第１配線用回路、  ４５３ｂ…第２配線用回路、  ４５５…制御回路、  ５１２Ｄ…ドレイン、  ５１２Ｇ…ゲート、  ５１２Ｉ…素子分離絶縁層、  ５１２Ｍ…半導体層、  ５１２Ｓ…ソース、  ５１４ａ…層間絶縁膜、  ５１４ｂ…層間絶縁膜、  ５１４ｃ、５１４ｄ、５１４ｅ…接続ピラー、  ５１４ｆ、５１４ｇ…配線部、  ５１４ｈ、５１４ｉ…層間絶縁膜、  ５１４ｊ、５１４ｋ…接続ピラー、  ５１４ｌ…犠牲層、  ５３１…半導体基板、  ５３２…トランジスタ、  ５５０ｆ…積層膜、  ５５７、５５８…配線、  ５６１ｂｆ…絶縁膜、  ５６１ｆ…導電層、  ５６１ｆａ…接続ピラー、  ５６２ｆ…導電層、  ５６２ｆａ、５６２ｆｂ…接続ピラー、  ５６４…膜部、  ５６５…絶縁層、  ５６５ｆ…絶縁膜、  ５６６…絶縁層、  ５６６ｆ…絶縁膜、  ５６６ｏ、５６６ｐ…開口部、  ５６７…固定部、  ５７０…空洞部、  ６１５…アンテナ、  ６１６…電気配線、  ６１７…送信回路、  ６１７ａ…コンバータ、  ６１７ｂ…マンチェスター符号化部、  ６１７ｃ…切替部、  ６１７ｄ…���イミングコントローラ、  ６１７ｅ…データ訂正部、  ６１７ｆ…同期部、  
６１７ｇ…判定部、  ６１７ｈ…電圧制御発振器、  ６１７ｒ…受信回路、  ６１８…受信部、  ６１８ａ…記憶部、  ６１８ｂ…中央演算部、  ６１８ｄ…電子機器、  ６３０…半導体回路部、  ６４０…圧力センサ、  ６５０…検知部、  ６６４…膜部、  ６６７…固定部、  ６７１…基部、  ８０１…力、  Ｅ１…第１電極、  Ｅ２…第２電極
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月28日(2014.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
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