(57)【要約】【課題】本発明の目的は、対向に配置される軟磁性体を用いることで高感度に磁界を検知する磁気センサを提供することである。【解決手段】基板２の上に磁性層と非磁性層とが積層されてなる磁気抵抗効果を発揮する磁気素子Ｓと、上方からの第１垂直磁界成分を第１水平磁界成分に変換し、第１水平磁界成分を磁気素子Ｓに作用させる第１軟磁性体４と、下方からの第２垂直磁界成分を第２水平磁界成分に変換し、第２水平磁界成分を磁気素子Ｓに作用させる第２軟磁性体５とを有し、磁気素子Ｓが第１軟磁性体４と第２軟磁性体５との間に配置される磁気センサ。【選択図】図３
2013172040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を検知する磁気素子と、第１軟磁性体と第２軟磁性体と、を有し、
第１の方向に関し、前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、
前記第１軟磁性体が、前記第１の方向に略垂直な第２の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第２軟磁性体とは反対側に配置されてなることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第１軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第２軟磁性体と、を有し、
前記基板面内にある第１の方向に関し、前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、
前記第１軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第２の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第２軟磁性体とは反対側に配置されてなることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
前記第１軟磁性体の前記裏面側の端部、前記第２軟磁性体の前記表面側の端部ならびに前記磁気素子が、前記第２の方向に関し、互いに重なり合うような位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第２軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することを特徴とする請求２または請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第２軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第１軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することを特徴とする請求２から請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１軟磁性体及び前記第２軟磁性体が、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＴｉ、ＣｏＺｒＮｂの少なくとも１つが含まれる軟磁性材料から形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第２軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａの少なくとも１つが含まれる非磁性膜に接することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第２軟磁性体の前記非磁性膜に接する面を除いた外周が絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
複数の前記磁気素子が第１組磁気素子群と第２組磁気素子群とからなり、前記第１組磁気素子群と前記第２組磁気素子群とは電気的に直列接続され、前記第１組磁気素子群と前記第２組磁気素子群との間に出力取出し用の中点電極を有するブリッジ回路が構成されてなるとともに、
前記基板の面上における略直交する２方向のうちの一方を前後方向、他方を左右方向としたときに、
前記第１組の前記磁気素子の左側に前記第１軟磁性体がかつ前記第１組の前記磁気素子の右側に前記第２軟磁性体が配置され、
前記第２組の前記磁気素子の左側に前記第２軟磁性体がかつ前記第２組の前記磁気素子の右側に前記第１軟磁性体が配置されてなることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
第１組磁気素子群と第２組磁気素子群とを含む複数の前記磁気素子が、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層され外部磁界によって磁化方向が変化する自由磁性層とを有し、複数の前記磁気素子の前記固定磁性層の磁化方向は前記第１組磁気素子群の前記磁気素子どうし並びに前記第２組磁気素子群の前記磁気素子どうしが同じ方向であり、前記磁気素子、前記第１軟磁性体及び前記第２軟磁性体は前記前後方向に延出形成されてなるとともに、前記自由磁性層の感度軸方向は、前記左右方向であることを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記磁気素子が、その左右の両側に配置される前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体とよりも前後方向に短いことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１組磁気素子群と前記第２組磁気素子群とは、それぞれ少なくとも１つ以上の磁気素子からなることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか1項に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第１軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第２軟磁性体と、を有し、前記基板面内にある第１の方向に関し、前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第１軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第２の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第２軟磁性体とは反対側に配置されてなる磁気センサの製造方法であって、
（ａ）前記基板の表面側に前記磁気素子を形成する工程と、
（ｂ）前記基板の表面側に形成したレジスト孔内に軟磁性材料を充填して前記第１軟磁性体を形成する工程と、
（ｃ）前記基板の表面側から前記基板内に向けて深溝を形成し、前記深溝を軟磁性材料で充填する前記第２軟磁性体を形成する工程と、
を有することを特徴とする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、軟磁性体を用いて磁束を磁気素子が検知できる方向に変換する磁気センサに係わり、特に前記磁気素子が磁気抵抗効果素子である磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気素子を用いた磁気センサは、例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれる地磁気を検知する地磁気センサとして使用される。
【０００３】
地磁気センサは、水平面内に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向と、前記水平面に直交する垂直方向（Ｚ軸方向）との磁界成分を各々検知することができるように構成されている。
【０００４】
ところが、基板表面に磁性層と非磁性層とが積層されてなる磁気抵抗効果を発揮する磁気素子を用いた磁気センサでは、前記基板表面に平行な水平磁界成分は検知できるが前記基板表面に対して垂直方向の磁界成分は検知できない。
【０００５】
このため、特許文献１では、前記磁気素子の近傍に軟磁性体を設けて、この軟磁性体によって外部からの垂直磁界成分を水平方向への磁界成分に変換し、前記水平方向へ変換された磁界成分を前記磁気素子に作用させることで、垂直方向の磁界成分を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２００９−２７４１３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される磁気センサでは、上方からの垂直磁界成分を有する磁束が軟磁性体の上端部で収束され、該軟磁性体の内部を通って、該軟磁性体の下端部から外方に導かれて水平磁界成分を有する磁束に変換される。ところが、前記磁束が垂直方向の磁界成分が大きいままに前記軟磁性体を通過するため、垂直磁界成分から水平磁界成分への変換効率が小さかった。
【０００８】
また、下方からの垂直磁界成分を有する磁束に対しては、前記磁束が軟磁性体の下端部で収束される際に生じる水平磁界成分が利用される。ところが、前記磁束が垂直方向の磁界成分が大きいままに前記軟磁性体を通過するため、垂直磁界成分から水平磁界成分への変換効率が小さかった。
【０００９】
よって、特許文献１に開示される磁気センサの構成では、垂直磁界成分に対する感度が小さく、Ｓ／Ｎ比が小さいと言う課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、対向に配置される軟磁性体を用いることで高感度に磁界を検知する磁気センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気センサは、磁束を検知する磁気素子と、第１軟磁性体と第２軟磁性体と、を有し、第１の方向に関し、前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第１軟磁性体が、前記第１の方向に略垂直な第２の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第２軟磁性体とは反対側に配置されてなることを特徴とする。
【００１２】
このような態様であれば、前記磁気素子を挟んで前記第１軟磁性体の前記磁気素子側端部と前記第２軟磁性体の前記磁気素子側端部とが互いに対向して配置される。
【００１３】
よって、前記第１軟磁性体の前記磁気素子と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第１軟磁性体の前記磁気素子側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第２軟磁性体の前記磁気素子側端部に収束される。この際、外方から収束されることで磁束が大きくなると共に、前記第１軟磁性体の前記磁気素子側端部と前記第２軟磁性体の前記磁気素子側端部とが互いに対向することで大きな磁束のままに前記磁気素子に検知される。
【００１４】
また、前記第２軟磁性体の前記磁気素子と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第２軟磁性体の前記磁気素子側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第１軟磁性体の前記磁気素子側端部に収束される。この際、外方から収束されることで磁束が大きくなると共に、前記第１軟磁性体の前記磁気素子側端部と前記第２軟磁性体の前記磁気素子側端部とが互いに対向することで大きな磁束のままに前記磁気素子に検知される。
【００１５】
よって、本発明によれば、対向に配置される軟磁性体を用いることで高感度に磁界を検知する磁気センサを提供することができる。
【００１６】
基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第１軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第２軟磁性体と、を有し、前記基板面内にある第１の方向に関し、前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第１軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第２の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第２軟磁性体とは反対側に配置されてなることが好ましい。
【００１７】
このような態様であれば、前記磁気素子を挟んで前記第１軟磁性体の前記表面側端部と前記第２軟磁性体の前記表面側端部とが互いに対向して配置される。
【００１８】
よって、前記第１軟磁性体の前記表面と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第１軟磁性体の前記表面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第２軟磁性体の前記表面側端部に収束される。この際、第１垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第１水平磁界成分に変換される。
【００１９】
また、前記第２軟磁性体の前記表面と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第２軟磁性体の前記表面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第１軟磁性体の前記表面側端部に収束される。この際、第２垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第２水平磁界成分に変換される。
【００２０】
このようにして、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分から水平磁界成分へ変換される効率が大きい磁気センサが得られる。
【００２１】
よって、磁気素子を用いて垂直磁界成分である磁界を高感度に検知できる磁気センサを可能とする。また、磁界が高感度に検知されることでＳ／Ｎ比が改善される。
【００２２】
前記第１軟磁性体の前記裏面側の端部、前記第２軟磁性体の前記表面側の端部ならびに前記磁気素子が、前記第２の方向に関し、互いに重なり合うような位置に配置されていることが好ましい。
【００２３】
前記第１軟磁性体の前記裏面側の端部、前記第２軟磁性体の前記表面側の端部が互いに前記基板に直交する方向に重なりあって配置されることで、前記各軟磁性体は前記各軟磁性体から流出される磁束を効率的に収束できる。よって、前記第１水平磁界成分及び前記第２水平磁界成分ともに水平磁界成分が大きくなり、垂直磁界成分から水平磁界成分への変換効率が向上し、大きな水平磁界成分を前記磁気素子に作用させることができる。
【００２４】
前記第１軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第２軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することが好ましい。
【００２５】
前記第１垂直磁界成分を有する磁束は、前記第１軟磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部及び前記第２磁性体の前記磁気素子に近い側の端部に収束される。よって、前記第１軟磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部が前記第２軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より前記基板から離れて位置することで、前記第１軟磁性体は前記第２軟磁性体よりも前記第１垂直磁界成分を有する磁束を優先的に収束する。その結果、前記第１軟磁性体に収束される前記第１垂直磁界成分を有する磁束が多くなり、前記第１垂直磁界成分から変換される前記第１水平磁界成分も多くなり大きな水平磁界成分を得ることができる。
【００２６】
前記第２軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第１軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することが好ましい。
【００２７】
前記第２垂直磁界成分を有する磁束は、前記第１軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部及び前記第２磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部に収束される。よって、前記第２軟磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部が前記第１軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より前記基板から離れて位置することで、前記第２軟磁性体は前記第１軟磁性体よりも前記第２垂直磁界成分を有する磁束を優先的に収束する。その結果、前記第２軟磁性体に収束される前記第２垂直磁界成分を有する磁束が多くなり、前記第２垂直磁界成分から変換される前記第２水平磁界成分も多くなり大きな水平磁界成分を得ることができる。
【００２８】
前記第１軟磁性体及び前記第２軟磁性体が、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＴｉ、ＣｏＺｒＮｂの少なくとも１つが含まれる軟磁性材料から形成されていることが好ましい。
【００２９】
このような態様であれば、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分を有する磁束を効率的に収束すると共に、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分の変化に追随して前記第１水平磁界成分及び前記第２水平磁界成分を変化させる前記第１軟磁性体及び前記第２軟磁性体を形成することができる。よって、前記磁気素子に、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分の変化に応じる大きな水平磁界成分を作用させることが可能となる。
【００３０】
前記第２軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａの少なくとも１つが含まれる非磁性膜に接することが好ましい。
【００３１】
このような態様であれば、前記非磁性膜が前記第２垂直磁界成分を有する磁束に干渉しないので、前記第２水平磁界成分を低下させない構成の磁気センサを得ることができる。
【００３２】
前記第２軟磁性体の前記非磁性膜に接する面を除いた外周が絶縁膜で覆われていることが好ましい。
【００３３】
このような態様であれば、前記第２軟磁性体を、前記磁気素子及び前記第１軟磁性体と絶縁することができる。よって、後述するブリッジ回路を形成することが可能になる。
【００３４】
複数の前記磁気素子が第１組磁気素子群と第２組磁気素子群とからなり、前記第１組磁気素子群と前記第２組磁気素子群とは電気的に直列接続され、前記第１組磁気素子群と前記第２組磁気素子群との間に出力取出し用の中点電極を有するブリッジ回路が構成されてなるとともに、前記基板の面上における略直交する２方向のうちの一方を前後方向、他方を左右方向としたときに、前記第１組の前記磁気素子の左側に前記第１軟磁性体がかつ前記第１組の前記磁気素子の右側に前記第２軟磁性体が配置され、前記第２組の前記磁気素子の左側に前記第２軟磁性体がかつ前記第２組の前記磁気素子の右側に前記第１軟磁性体が配置されてなることが好ましい。
【００３５】
このような態様であれば、第１垂直磁界成分及び第２垂直磁界成分から、前記第１軟磁性体及び前記第２軟磁性体により変換された第１水平磁界成分及び第２水平磁界成分が、第１組磁気素子群と第２組磁気素子群とに逆方向から流入する。そのため、前記両素子群の固定磁性層の磁化方向を同じに形成する、すなわち同一基板上に複数の前記磁気素子を簡単かつ適切に形成するという方法で、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分に対して、前記両素子群の電気抵抗を逆に変化させることができる。よって、前記出力取出し用の中点電極からなる第１出力端子と第２出力端子との間に異なる出力を得ることができ、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分を有する磁束を適切に検知する前記ブリッジ回路を構成することができる。
【００３６】
第１組磁気素子群と第２組磁気素子群とを含む複数の前記磁気素子が、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層され外部磁界によって磁化方向が変化する自由磁性層とを有し、複数の前記磁気素子の前記固定磁性層の磁化方向は前記第１組磁気素子群の前記磁気素子どうし並びに前記第２組磁気素子群の前記磁気素子どうしが同じ方向であり、前記磁気素子、前記第１軟磁性体及び前記第２軟磁性体は前記前後方向に延出形成されてなるとともに、前記自由磁性層の感度軸方向は、前記左右方向であることが好ましい。
【００３７】
このような態様であれば、全ての前記磁気素子の前記固定磁性層の磁化方向が同じであるので、外部からの水平磁界成分に対して全ての前記磁気素子の抵抗値が同様に変化するため、前記外部からの水平磁界成分がブリッジ回路の出力に影響しないようにできる。
【００３８】
また、前記磁気素子、前記第１軟磁性体及び前記第２軟磁性体は前記前後方向に延出形成されてなることで、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分を有する磁束を広い領域から収束できるので、前記磁気素子の感度が向上する。
【００３９】
前記磁気素子が、その左右の両側に配置される前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体とよりも前後方向に短いことが好ましい。
【００４０】
このような態様であれば、前後方向からの水平磁界成分を有する磁束が遮蔽されるので、前記前後方向からの水平磁界成分を有する磁束に起因するブリッジ回路の出力への影響を小さくできる。
【００４１】
前記第１組磁気素子群と前記第２組磁気素子群とは、それぞれ少なくとも１つ以上の磁気素子からなることが好ましい。このような態様であれば、前記第１組磁気素子群及び前記第２組磁気素子群は第１垂直磁界成分及び第２垂直磁界成分を有する磁束を検知することができる。
【００４２】
本発明における磁気センサの製造方法は、基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第１軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第２軟磁性体と、を有し、前記基板面内にある第１の方向に関し、前記第１軟磁性体と前記第２軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第１軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第２の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第２軟磁性体とは反対側に配置されてなる磁気センサの製造方法であって、
（ａ）前記基板の表面側に前記磁気素子を形成する工程と、
（ｂ）前記基板の表面側に形成したレジスト孔内に軟磁性材料を充填して前記第１軟磁性体を形成する工程と、
（ｃ）前記基板の表面側から前記基板内に向けて深溝を形成し、前記深溝を軟磁性材料で充填する前記第２軟磁性体を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００４３】
このような態様であれば、前記磁気素子を挟んで前記第１軟磁性体の前記裏面側端部と前記第２軟磁性体の前記表面側端部とが互いに対向して配置される磁気センサを製造することができる。
【００４４】
よって、前記第１軟磁性体の前記表面側端部で外方から収束された磁束が、前記第１軟磁性体の前記裏面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第２軟磁性体の前記表面側端部に収束される磁気センサを製造することができる。その結果、第１垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第１水平磁界成分に変換される磁気センサを製造することができる。
【００４５】
また、前記第２軟磁性体の前記裏面側端部で外方から収束された磁束が、前記第２軟磁性体の前記表面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第１軟磁性体の前記裏面側端部に収束される磁気センサを製造することができる。その結果、第２垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第２水平磁界成分に変換される磁気センサを製造することができる。
【００４６】
このようにして、前記第１垂直磁界成分及び前記第２垂直磁界成分から水平磁界成分へ変換される効率が大きい磁気センサの製造方法が可能となる。
【００４７】
よって、本発明によれば、対向に配置される軟磁性体を用いることで高感度に磁界を検知する磁気センサの製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、対向に配置される軟磁性体を用いて高感度に磁界を検知する磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施形態におけるＺ軸磁気センサの平面略図である。
【図２】図１に示すＺ軸磁気センサから第１軟磁性体及び第２軟磁性体を除去した平面略図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見たＺ軸磁気センサの部分拡大断面略図である。
【図４】第１の実施形態におけるＺ軸磁気センサの回路略図である。
【図５】第１の実施形態における磁気素子の部分断面略図である。
【図６】Ｚ軸磁気センサ、Ｘ軸磁気センサ、Ｙ軸磁気センサを備える磁気センサの平面概念図である。
【図７】第１の実施形態の第１軟磁性体、磁気素子及び第２軟磁性体の周辺の磁界分布を示す縦断面概念図である。
【図８】第１軟磁性体と第２軟磁性体との間に生じる磁界強度の模式図である。
【図９】第１の実施形態におけるＺ軸磁気センサの製造方法の説明図である。
【図１０】図１の変形例であるＺ軸磁気センサの平面略図である。
【図１１】第１の実施形態の変形例であるＺ軸磁気センサの部分拡大断面略図である。
【図１２】第２の実施形態におけるＺ軸磁気センサの平面略図である。
【図１３】第２の実施形態におけるＺ軸磁気センサの回路略図である。
【図１４】第２の実施形態におけるＺ軸磁気センサの部分拡大平面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
＜第１の実施形態＞
図１は本実施形態におけるＺ軸磁気センサの平面略図、図２は、図１に示すＺ軸磁気センサから第１軟磁性体及び第２軟磁性体を除去した平面略図である。図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見たＺ軸磁気センサの部分拡大断面略図である。図４は、本実施形態におけるＺ軸磁気センサの回路略図である。図５は本実施形態における磁気素子の部分断面略図、図６はＺ軸磁気センサ、Ｘ軸磁気センサ、Ｙ軸磁気センサを備える磁気センサの平面概念図、図７は本実施形態の第１の軟磁性体、磁気素子及び第２軟磁性体の周辺の磁界分布を示す断面概念図、図８は第１軟磁性体と第２軟磁性体との間に生じる磁界強度の模式図がある。図９は本実施形態におけるＺ軸磁気センサの製造方法の説明図である。なお、各図面は、見やすくするために寸法を適宜実際の寸法とは異ならせて示している。
【００５１】
各図に示すＸ軸方向、及びＹ軸方向は基板２の裏表面上で直交する２方向を示し、Ｚ軸方向は前記基板２の裏表面に直交する方向を示している。Ｙ１−Ｙ２方向を「前後方向」とし、Ｙ１方向を前方、Ｙ２方向を後方とする。またＸ１−Ｘ２方向を「左右方向」とし、Ｘ１方向を右方向、Ｘ２方向を左方向とする。Ｚ１−Ｚ２方向を「上下方向」とし、Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向とする。
【００５２】
本実施形態における磁気素子Ｓを備えるＺ軸磁気センサ１は、例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサを構成する。
【００５３】
地磁気センサは、図６に示すように、互いに感度軸方向が直交する３つのＸ軸磁気センサ５０、Ｙ軸磁気センサ７０、Ｚ軸磁気センサ１を備え、３つの磁気センサが磁界の互いに直交するＸ軸方向の磁界成分、Ｙ軸方向の磁界成分、Ｚ軸方向の磁界成分を検知するものである。ただし、後述するように、Ｚ軸方向の磁界成分は、第１軟磁性体４及び第２軟磁性体５によって水平方向に変換されている。
【００５４】
Ｚ軸磁気センサ１は、図１、図３に示すように、基板２上に形成された磁気素子Ｓと、第１軟磁性体４と、及び第２軟磁性体５を有して構成されている。そして、第１軟磁性体４と第２軟磁性体５との間に磁気素子Ｓが配置され、磁気素子Ｓ、第１軟磁性体４、及び第２軟磁性体５は、左右方向に互いに間隔を設けて配列されている。また、磁気素子Ｓ、第１軟磁性体４の下端部４ｂ１、及び第２軟磁性体５の上端部５ａ１が上下方向で重なり合って配置されている。
【００５５】
図３に示すようにシリコン等からなる基板２の上に第１絶縁膜１２、非磁性膜１３、第２絶縁膜１４、及び第３絶縁膜１５を介して複数の磁気素子Ｓが形成されている。
【００５６】
図５に示すように、磁気素子Ｓは、例えば下から反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、及び自由磁性層３６の順に積層されて成膜され、自由磁性層３６の表面が保護層３７で覆われている。磁気素子Ｓは、例えばスパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ）にて成膜される。
【００５７】
反強磁性層３３は、ＩｒＭｎ合金（イリジウム−マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層３４はＣｏＦｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性層３５はＣｕ（銅）などである。自由磁性層３６は、ＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層３７はＴａ（タンタル）などである。図５に示す磁気素子Ｓの積層構成は一例であって他の積層構成も可能である。
【００５８】
磁気素子Ｓでは、反強磁性層３３と固定磁性層３４との交換結合により、固定磁性層３４の磁化方向（Ｐ方向）が固定されている。本実施形態は後述するように磁気素子Ｓが前後方向（Ｙ１−Ｙ２）に延出した形状であり、図５に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が、例えば右方向（Ｘ１）に向いている。一方、自由磁性層３６の磁化方向は、外部磁界により変動する。また、自由磁性層３６は図示していない永久磁石による前後方向（Ｙ１−Ｙ２）のバイアス磁界成分によって、無磁場成分状態（外部磁界の作用がない状態）では、前後方向（Ｙ１−Ｙ２）に向けられている。
【００５９】
固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と同一方向に外部磁界が作用し自由磁性層３６の磁化方向が前記外部磁界方向に変動すると、固定磁性層３４の固定磁化方向と自由磁性層３６の磁化方向とが平行に近づき電気抵抗値は低下する。
【００６０】
一方、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と反対方向に外部磁界が作用し自由磁性層３６の磁化方向が前記外部磁界方向に変動すると、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と自由磁性層３６の磁化方向とが反平行に近づき電気抵抗値は増大する。
【００６１】
本実施形態では、上記のように磁気素子Ｓを巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）素子としたが、トンネル効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）素子や、ホール（Ｈａｌｌ）素子も可能である。
【００６２】
図１、図２に示すように基板２の上には複数の磁気素子Ｓ１〜Ｓ１８が形成されている。これら各磁気素子Ｓ１〜Ｓ１８は左右方向（Ｘ１−Ｘ２）の幅寸法よりも前後方向（Ｙ１−Ｙ２）に沿って長く延出する形状となっている。各磁気素子Ｓ１〜Ｓ１８で前後方向（Ｙ１−Ｙ２）への長さ寸法が異なるが、これは、図２に示す入力端子（Ｖｄｄ）と第２出力端子（Ｖ２）間に直列に接続される複数の磁気素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を合わせた素子長さの全長と、入力端子（Ｖｄｄ）と第１出力端子（Ｖ１）間に直列に接続される複数の磁気素子Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３を合わせた素子長さの全長と、グランド端子（ＧＮＤ）と第２出力端子（Ｖ２）間に直列に接続される複数の磁気素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を合わせた素子長さの全長と、グランド端子（ＧＮＤ）と第１出力端子（Ｖ１）間に直列に接続される複数の磁気素子Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８を合わせた素子長さの全長と、を同じとするためである。
【００６３】
図２に示すように各磁気素子Ｓ間は非磁性導電材料の接続部６にて電気的に接続されている。また、磁気素子Ｓ１、Ｓ９の前方端部から非磁性導電材料で形成された配線層７が引き出されて、配線層７の右側端部に配線層７とは一体あるいは別体の入力端子（Ｖｄｄ）を構成する電極パッド８が形成されている。また、磁気素子Ｓ１３、Ｓ１４の端部から非磁性導電材料で形成された配線層７が引き出されて、配線層７の右側端部に配線層７とは一体あるいは別体の第１の出力端子（Ｖ１）を構成する電極パッド９が形成されている。また、磁気素子Ｓ８、Ｓ１８の端部から非磁性導電材料で形成された配線層７が引き出されて、配線層７の右側端部に配線層７とは一体あるいは別体のグランド端子（ＧＮＤ）を構成する電極パッド１０が形成されている。また、磁気素子Ｓ３、Ｓ４の後方端部から非磁性導電材料で形成された配線層７が引き出されて、配線層７の右側端部に配線層７とは一体あるいは別体の第２出力端子（Ｖ２）を構成する電極パッド１１が形成されている。
【００６４】
上記した接続部６、配線層７、電極パッド８〜１１は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ等の非磁性導電材料で形成される。
【００６５】
図２に示すように、各磁気素子Ｓは接続部６を介して蛇行するように配置することで、入力端子（Ｖｄｄ）と第２の出力端子（Ｖ２）間、入力端子（Ｖｄｄ）と第１の出力端子（Ｖ１）間、グランド端子（ＧＮＤ）と第２の出力端子（Ｖ２）間、及びグランド端子（ＧＮＤ）と第１の出力端子（Ｖ１）間に夫々、直列に接続された磁気素子Ｓの素子長さの全長を長くでき電気抵抗を高めることができる。これにより、入力端子（Ｖｄｄ）から供給される電流値が小さく抑えられ、本実施形態の磁気センサは低電力で駆動される。
【００６６】
図１に示すように、複数の第１軟磁性体４と複数の第２軟磁性体５とが、左右方向（Ｘ１−Ｘ２）の幅寸法よりも前後方向（Ｙ１−Ｙ２）に沿って長く延出した形状で形成される。各第１軟磁性体４と各第２軟磁性体５とは、所定の間隔を空けて交互に左右方向（Ｘ１−Ｘ２）に配列され、第１軟磁性体４の左右の側に各磁気素子Ｓが配置されている。例えば、第１軟磁性体４の左右に磁気素子Ｓ１と磁気素子Ｓ９が配置されている。また、全ての磁気素子Ｓ１〜Ｓ１８は、第１軟磁性体４と第２軟磁性体５との間に配置されている。
【００６７】
図３に示すように、第１軟磁性体４は基板２の上に形成される第３絶縁膜１５の膜中まで削られて底面１５ｂから上方向に延出して形成されている。また、第２軟磁性体５は、第４絶縁膜１６の上面１６ａより上方の位置から下方向に延出し、その一部が基板２の上に形成された第２絶縁膜１４に埋め込まれて非磁性膜１３と接して形成されている。このように、第１軟磁性体４は、高さ方向（Ｚ１−Ｚ２）に関して磁気素子Ｓを基準にして第２軟磁性体５とは反対側に配置されている。
【００６８】
また、図９（ｈ）に示すように、第２軟磁性体５は、第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１５、第４絶縁膜１６及びファイナルパッシベーション膜１９に埋め込まれて、その下面を除いた外周全面が絶縁膜で覆われている。
【００６９】
本実施形態では、第１軟磁性体４の下面４ｂを第３絶縁膜１５の膜中に設けたが、これに限定されるものではない。第２絶縁膜１４の膜中まで削ることで下面４ｂを第２絶縁膜１４の膜中に設けることが可能である。ただし、第１軟磁性体４の下面４ｂは、第２軟磁性体５の下面５ｂより上方に設ける必要がある。
【００７０】
第２軟磁性体５の上面５ａも、第１軟磁性体４の上面４ａより下方であれば自由に設けることが可能である。
【００７１】
図３に示すように、第１軟磁性体４の上面４ａと第２軟磁性体５の上面５ａとの間には高さ方向（Ｚ１−Ｚ２）に間隔Ｔ９が設けられる。また、第１軟磁性体４の下面４ｂと第２軟磁性体５の下面５ｂとの間には高さ方向（Ｚ１−Ｚ２）に間隔Ｔ１０が設けられる。そして、Ｔ９とＴ１０とは３〜１４μｍ程度であることが好ましい。
【００７２】
第１軟磁性体４及び第２軟磁性体５は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＴｉ、ＣｏＺｒＮｂから選ばれた少なくとも１つが含まれる軟磁性材料から形成される。また、非磁性膜１３は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａの少なくとも１つが含まれる非磁性材料から形成される。
【００７３】
図３に示すように、各第１軟磁性体４は、基板２の表裏面に平行な上面４ａと下面４ｂ、及び上面４ａ及び下面４ｂ間を繋ぐ垂直面である側面４ｃ、４ｃを有して構成される。また、各第２軟磁性体５は、基板２の表裏面に平行な上面５ａと下面５ｂ、及び上面５ａ及び下面５ｂ間を繋ぐ垂直面である側面５ｃ、５ｃを有して構成される。尚、側面４ｃ、４ｃ及び側面５ｃ、５ｃは、垂直面ではなく上下方向に向けて徐々に各々の幅寸法Ｔ１、Ｔ２が拡がる傾斜面とすることができる。また、上面４ａ、下面４ｂ、上面５ａ、及び下面５ｂ共に、基板２の表裏面に平行でないことも可能である。
【００７４】
図３に示すように、各磁気素子Ｓと第１軟磁性体４及び第２軟磁性体５とは、左右方向（Ｘ１−Ｘ２）に各々Ｔ５、Ｔ６の間隔が設けられている。尚、Ｔ５とＴ６とは０．１〜２μｍ程度であることが好ましい。
【００７５】
図１に示すように、入力端子（Ｖｄｄ）と第２出力端子（Ｖ２）間に直列接続される磁気素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及び第１出力端子（Ｖ１）とグランド端子（ＧＮＤ）間に直列接続される磁気素子Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８は、全て各第２軟磁性体５に対して上端部５ａ１の右側近傍に配置される。また、第２出力端子（Ｖ２）とグランド端子（ＧＮＤ）間に直列接続される磁気素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、及び入力端子（Ｖｄｄ）と第１の出力端子（Ｖ１）間に直列接続される磁気素子Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１は、全て各第２軟磁性体５に対して上端部５ａ１の左側近傍に配置される。
【００７６】
ただし、図７に示すように、上端部５ａ１あるいは下端部５ｂ１は、各々に第２軟磁性体５の上面５ａ近傍あるいは下面５ｂ近傍に含まれる第２軟磁性体５の両端部の領域である。また、上端部４ａ１あるいは下端部４ｂ１は、各々に第１軟磁性体４の上面４ａ近傍あるいは下面４ｂ近傍に含まれる第１軟磁性体４の両端部の領域である。
【００７７】
図７（ａ）に示すように、上方からの垂直磁界成分Ｈ０１が、第１軟磁性体４に収束され、上面４ａから第１軟磁性体４の内部に進入する。垂直磁界成分Ｈ０１は、第１軟磁性体４内を通過し、下端部４ｂ１（下面４ｂの近傍）から外方に流出し、水平磁界成分Ｈ０２に変換され、各磁気素子Ｓに作用する。この水平磁界成分Ｈ０２は、各磁気素子Ｓを挟んで対向する第２軟磁性体５に収束され、上端部５ａ１（上面５ａの近傍）から第２軟磁性体５の内部に進入する。そして、第２軟磁性体５の下面５ｂから外方に発せられる。
【００７８】
水平磁界成分Ｈ０２は、第１軟磁性体４の左右に配置される各磁気素子Ｓにおいて、各固定磁性層３４の磁化方向に対し平行または反平行に作用する。図５で説明したように各磁気素子Ｓの固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は右方向（Ｘ１）である。したがって、第１軟磁性体４から右方向の水平磁界成分Ｈ０２が作用する磁気素子Ｓ（図１に示す、Ｓ４〜Ｓ８、Ｓ９〜Ｓ１３）は、自由磁性層３６の磁化方向が右方向（Ｘ１）を向くため、固定磁性層３４と自由磁性層３６の磁化方向が同じとなり電気抵抗値が小さくなる。一方、第１軟磁性体４から左方向の水平磁界成分Ｈ０２が作用する磁気素子Ｓ（図１に示す、Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１４〜Ｓ１８）は、自由磁性層３６の磁化方向が左方向（Ｘ２）を向くため、固定磁性層３４と自由磁性層３６の磁化方向が反平行となり電気抵抗値が大きくなる。よって、図４に示すブリッジ回路では、磁気素子Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１４〜Ｓ１８の電気抵抗値は大きくなり、磁気素子Ｓ４〜Ｓ８、Ｓ９〜Ｓ１３の電気抵抗値は小さくなる。このため、第１出力端子（Ｖ１）の電位は大きくなり、第２出力端子（Ｖ２）の電位は小さくなり、差動出力を得ることで、上方からの垂直磁界成分Ｈ０１の検知が可能になる。
【００７９】
図７（ｂ）に示すように、下方からの垂直磁界成分Ｈ０３が、第２軟磁性体５に収束され、下面５ｂから第２軟磁性体５の内部に進入する。垂直磁界成分Ｈ０３は、第２軟磁性体５内を通過し、上端部５ａ１（上面５ａの近傍）から外方に流出し、水平磁界成分Ｈ０４に変換され、各各磁気素子Ｓに作用する。
この水平磁界成分Ｈ０４は、各磁気素子Ｓを挟んで対向する第１軟磁性体４に収束され、下端部４ｂ１（下面４ｂの近傍）から第１軟磁性体４の内部に進入する。そして、第１軟磁性体４の上面４ａから外方に発せられる。
【００８０】
水平磁界成分Ｈ０４は、第１軟磁性体４の左右に配置される各磁気素子Ｓにおいて、各固定磁性層３４の磁化方向に対し平行または反平行に作用する。図５で説明したように各磁気素子Ｓの固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は右方向（Ｘ１）である。したがって、第２軟磁性体５から右方向の水平磁界成分Ｈ０４が作用する磁気素子Ｓ（図１に示す、Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１４〜Ｓ１８）は、自由磁性層３６の磁化方向が右方向（Ｘ１）を向くため、固定磁性層３４と自由磁性層３６の磁化方向が同じとなり電気抵抗値が小さくなる。一方、第１軟磁性体４から左方向の水平磁界成分Ｈ０４が作用する磁気素子Ｓ（図１に示す、Ｓ４〜Ｓ８、Ｓ９〜Ｓ１３）は、自由磁性層３６の磁化方向が左方向（Ｘ２）を向くため、固定磁性層３４と自由磁性層３６の磁化方向が反平行となり電気抵抗値が大きくなる。よって、図４に示すブリッジ回路では、磁気素子Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１４〜Ｓ１８の電気抵抗値は小さくなり、磁気素子Ｓ４〜Ｓ８、Ｓ９〜Ｓ１３の電気抵抗値は大きくなる。このため、第１出力端子（Ｖ１）の電位は小さくなり、第２出力端子（Ｖ２）の電位は大きくなり、差動出力を得ることで、下方からの垂直磁界成分Ｈ０３の検知が可能になる。
【００８１】
尚、図７においては、図７での説明に必要な磁界のみを記載しており、それ以外の磁界に関しては省略した。実際には、垂直磁界成分Ｈ０１の磁界成分が、各第１軟磁性体４の上面４ａや上面４ａ近傍の上端部４ａ１の側面４ｃ、４ｃに収束され、また、垂直磁界成分Ｈ０３の磁界成分が、各第２軟磁性体５の下面５ｂや下面５ｂ近傍の下端部５ｂ１の側面５ｃ、５ｃに収束される。また、上方からの垂直磁界成分Ｈ０１と下方からの垂直磁界成分Ｈ０３とは、中点電位の増減を逆に変化させるので、それらの違いは区分されて検知される。
【００８２】
図８に第１軟磁性体４と第２軟磁性体５との間に生じる磁界強度の模式図を示す。図８に示すように、各下端部４ｂ１と各上端部５ａ１とが水平（基板２の表裏面に平行）に対向して配置されている。よって、上方から垂直磁界成分Ｈ０１を有する磁束が、水平磁界成分Ｈ０２を有する磁束に変換されて各下端部４ｂ１から外方に流出される際に、水平磁界成分Ｈ０２を有する磁束は各上端部５ａ１に水平に進入しようとする。その結果、垂直磁界成分Ｈ０１は大きな水平磁界成分Ｈ０２に変換される。
【００８３】
また、下方から垂直磁界成分Ｈ０３を有する磁束が、水平磁界成分Ｈ０４を有する磁束に変換されて各上端部５ａ１から外方に流出される際に、水平磁界成分Ｈ０４を有する磁束が各下端部４ｂ１に水平に進入しようとする。その結果、垂直磁界成分Ｈ０３は大きな水平磁界成分Ｈ０４に変換される。
【００８４】
磁束の方向と各軟磁性体４、５との対称性から、磁束の方向が逆になっても、基本的には磁束の流れは同じである。よって、上方及び下方からの垂直磁界成分は、同様に大きな水平磁界成分に変換される。
【００８５】
よって、垂直磁界成分Ｈ０１及び垂直磁界成分Ｈ０３が、水平磁界成分が大きい水平磁界成分Ｈ０２及び水平磁界成分Ｈ０４に変換され、Ｚ軸磁気センサ１を構成する各磁気素子Ｓの固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が水平方向であるので、Ｚ軸磁気センサ１は垂直磁界成分Ｈ０１及び垂直磁界成分Ｈ０３を高感度に検知することができる。
【００８６】
図８に示すように、第１軟磁性体４と第２軟磁性体５との間に強い磁界が略一様に分布している。よって、第１軟磁性体４と第２軟磁性体５との間に各磁気素子Ｓを設置する際の設置精度は厳しく要求されない。ただし、設置精度を考慮すると、各磁気素子Ｓを下端部４ｂ１と上端部５ａ１との中心付近に設置することが好ましい。
【００８７】
本実施形態において垂直磁界成分Ｈ０１及び垂直磁界成分Ｈ０３を検知できるのは、各第１軟磁性体４及び各第２軟磁性体５によって水平磁界成分Ｈ０２及び水平磁界成分Ｈ０４に変換されるからである。この変換効率を高めるには、図３及び図７を参照して説明するが、各第１軟磁性体４と各第２軟磁性体５との左右方向（Ｘ１−Ｘ２）における各々の幅寸法Ｔ１、Ｔ２に対して、高さ方向（Ｚ１−Ｚ２）における各々の高さ寸法Ｔ３、Ｔ４のアスペクト比（Ｔ３／Ｔ１、Ｔ４／Ｔ２）を１．５倍〜５倍程度に大きくすることが望ましい。
【００８８】
これにより、第１軟磁性体４の上面４ａや上面４ａ近傍の上端部４ａ１の側面４ｃ、４ｃが、上方から下方（Ｚ１方向からＺ２方向）に向かう垂直磁界成分Ｈ０１の主たる収束面として適切に機能し、一方、下面４ｂや下面４ｂ近傍の下端部４ｂ１の側面４ｃ、４ｃが、第１軟磁性体４内を通過した磁界を流出する主たる流出面として機能し、水平方向への磁界成分を磁気素子Ｓの近傍にて生じることが可能になる。
【００８９】
また、第２軟磁性体５の下面５ｂや下面５ｂ近傍の下端部５ｂ１の側面５ｃ、５ｃが、下方から上方（Ｚ２方向からＺ１方向）に向かう垂直磁界成分Ｈ０３の主たる収束面として適切に機能し、一方、上面５ａや上面５ａ近傍の上端部５ａ１の側面５ｃ、５ｃが、第２軟磁性体５内を通過した磁界を流出する主たる流出面として機能し、水平方向への磁界成分を磁気素子Ｓの近傍にて生じることが可能になる。
【００９０】
尚、アスペクト比の上限を５としたのは、５程度とすれば変換効率を非常に良好にでき、また５よりも大きくするとＺ軸磁気センサ１の低背化を阻害するためである。尚、Ｔ１とＴ２とは３〜１０μｍ程度、Ｔ３とＴ４とは５〜１５μｍ程度である。
【００９１】
本実施形態では図１、図７に示すように、複数の磁気素子Ｓが、第１軟磁性体４の下端部４ｂ１と第２軟磁性体５の上端部５ａ１との間に配置されている。また、各磁気素子Ｓの固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は全て同じ方向に揃えられている。これにより、各磁気素子Ｓが、外部からの左右方向（Ｘ１−Ｘ２）の水平磁界成分Ｈ０５（図７参照）あるいは外部からの前後方向（Ｙ１−Ｙ２）の水平磁界成分Ｈ０６（図示してない）を検知しても、各磁気素子Ｓは全て同じ抵抗値を示すため、図４に示すブリッジ回路での出力端子Ｖ１、Ｖ２は中点電位をそのままに変動しない。一方、外部からの垂直磁界成分Ｈ０１、Ｈ０３に対しては、第１軟磁性体４の左右に配置される各磁性素子Ｓには逆方向の水平磁界成分が作用するので、第１軟磁性体４の右側に配置される各磁性素子Ｓと第１軟磁性体４の左側に配置される各磁性素子Ｓとで異なる抵抗値を示し、各磁性素子Ｓ１〜Ｓ１８を用いて図４に示すブリッジ回路を組むことで、外部からの水平磁界成分Ｈ０５及び外部からの水平磁界成分Ｈ０６の検知を抑制できると共に、垂直磁界成分Ｈ０１、Ｈ０３を適切に検出することが可能なＺ軸磁気センサ１を構成することができる。
【００９２】
また、上記のように本実施形態では、全ての磁気素子Ｓの固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）を同じにできるから、全ての磁気素子Ｓを同じ基板２の上に同時に形成することができ、Ｚ軸磁気センサ１の製造を容易化できる。
【００９３】
また、図１、図２に示すように、磁気素子Ｓ１〜Ｓ１８、第１軟磁性体４、及び第２軟磁性体５は、前後方向（Ｙ１−Ｙ２）に平行に長く延びる形態であるが、磁気素子Ｓ１〜Ｓ１８は第１軟磁性体４及び第２軟磁性体５より短く形成される。このため、第１軟磁性体４の左右に磁気素子Ｓを配置する際に、磁気素子Ｓ１と磁気素子Ｓ９のように左右方向（Ｘ１−Ｘ２）に相対向するように配置することもできるし、磁気素子Ｓ１０、Ｓ２、Ｓ５のように、前後方向（Ｙ１−Ｙ２）にずらして配置することもでき、磁気素子Ｓに対する配置の自由度が高い。
【００９４】
図１、図３に示すように、第１軟磁性体４及び第２軟磁性体５の左右方向（Ｘ１−Ｘ２）の幅寸法Ｔ１及びＴ２を短く形成でき、また第１軟磁性体４の下端部４ｂ１近傍及び第２軟磁性体５の上端部５ａ１近傍に、磁気素子Ｓを配置できる。したがって、磁気素子Ｓ、第１軟磁性体４及び第２軟磁性体５をコンパクトに配置できるのでＺ軸磁気センサ１の小型化を促進できる。また、Ｚ軸磁気センサ１を、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサと平面視で同程度の大きさに形成することができる。
【００９５】
図１０に、図１の変形例であるＺ軸磁気センサの平面略図を示す。この変形例においては、各磁気素子Ｓが第２軟磁性体５の左右の両側に配置されている。これ以外においては、第１実施形態と同じである。
【００９６】
よって、垂直磁界成分Ｈ０１、Ｈ０３に対して、各磁気素子Ｓには水平磁界成分Ｈ０２、Ｈ０４が、第１実施形態とは逆方向に作用する。そのため、各磁気素子Ｓは、その抵抗値を第１実施形態とは増減を逆に変化させて、図４に示すブリッジ回路の差動出力を得ることで、垂直磁界成分Ｈ０１、Ｈ０３を検知することができる。
【００９７】
本実施形態の製造方法について図９を用いて説明する。まず、図９（ａ）に示すように、基板２の表面に第１絶縁膜１２、非磁性膜１３、第２絶縁膜１４、及び第３絶縁膜１５を積層して形成する。
【００９８】
基板２は例えばシリコン基板であり、第１絶縁膜１２は例えば前記シリコン基板を熱酸化して形成した熱酸化膜である。第１絶縁膜１２の膜厚は０．０５〜０．３μｍ程度である。非磁性膜１３は、例えばＡｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａの少なくとも１つを含む非磁性材料からなり、基板２の全面に形成され第２軟磁性体５のメッキシード層として機能し、その膜厚は０．０５〜０．３μｍ程度である。第２絶縁膜１４は、例えばシリコンナイトライト膜やシリコン酸化膜であり、その膜厚は４〜１４μｍ程度である。第３絶縁膜１５は例えばアルミナ膜であり、その膜厚は０．０５〜０．５μｍ程度である。また、非磁性膜１３、第２絶縁膜１４、及び第３絶縁膜１５は、スパッタリング法やＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）等の薄膜形成技術を用い成膜することができる。
【００９９】
図９（ｂ）に示すように、第３絶縁膜１５の上に、例えば図５に示すように下から反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、自由磁性層３６、及び保護層３７の順に積層して成膜することで、磁気素子Ｓを構成する積層多層膜を形成する。次に、レジストパターン形成技術やエッチング技術等からなるホトリソ加工技術を用いて磁気素子Ｓのパターニング形成（例えば図２に示すパターン）を行う。次に、例えば図２に示す接続部６、及び配線層７を、薄膜形成技術とホトリソ加工技術を繰り返すことで形成する。接続部６と配線層７とは、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ等の導電材料からなる。
【０１００】
図９（ｃ）に示すように、第４絶縁膜１６を成膜し、図２に示す電極パッド８〜１１部に金メッキ用のコンタクト穴（図示してない）をホトリソ加工技術で形成し、金シード層（図示してない）を成膜する。第４絶縁膜１６は、例えばアルミナ膜であり、その膜厚は０．１〜０．５μｍ程度である。また、金シード層の膜厚は０．０１〜０．１μｍ程度である。第４絶縁膜１６及び金シード層はスパッタリング法等で成膜できる。
【０１０１】
この際に、磁気センサを構成するＸ軸磁気センサ５０、Ｙ軸磁気センサ７０、Ｚ軸磁気センサ１が、基板２の上に同時に形成されている。また、図９には、説明に必要な一つの磁気素子Ｓとその周辺しか図示していないが、実際には複数の磁気素子Ｓ、複数の配線層７、や複数の電極パッド８〜１１等があるが、これらは省略して図示していない。
【０１０２】
次に、図９（ｄ）〜  図９（ｇ）によって、Ｚ軸磁気センサ１が有する第１軟磁性体４と第２軟磁性体５とを形成する製造工程について説明する。
【０１０３】
図９（ｄ）に示すように、第１レジスト膜１７を塗布し、露光と現像によって第１レジスト膜１７をパターニングする。そして、この第１レジスト膜１７をマスクにして深堀りＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によって第４絶縁膜１６、第３絶縁膜１５、第２絶縁膜１４をエッチングして、非磁性膜１３に達する深溝を形成する。
【０１０４】
図９（ｅ）に示すように、非磁性膜１３をメッキシード層として第２軟磁性体５を形成する膜をメッキ法等によって、その膜厚を５〜１５μｍ程度に成膜する。次に、第１レジスト膜１７を除去することで、メッキ法等で成膜した不必要な膜部分を除去することで、第２軟磁性体５を形成する。第２軟磁性体５は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＴｉ、ＣｏＺｒＮｂの少なくとも１つが含まれる軟磁性材料からなる。
【０１０５】
図９（ｆ）に示すように、第２レジスト膜１８を塗布し、露光と現像によって第１軟磁性体４を形成する箇所の第２レジスト膜１８に孔パターンを形成する。そして、この孔パターン内の第４絶縁膜１６を除去し、第３絶縁膜１５の膜中の途中まで除去する。この除去は、ＲＩＥやイオンミリング（Ｉｏｎ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）法等で行うことができる。図示していないが第１軟磁性体４と同じ材質の膜あるいはＡｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａの少なくとも１つを含む非磁性材料を、０．０１〜０．１μｍ程度の膜厚にてシード層としてスパッタリング法等で成膜する。次に、第１軟磁性体４を形成する膜をメッキ法等によって、その膜厚を５〜１５μｍ程度に成膜する。次に、第２レジスト膜１８を除去することで、メッキ法等で成膜した不必要な膜部分を除去することで、第１軟磁性体４を形成する。第１軟磁性体４はＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＴｉ、ＣｏＺｒＮｂの少なくとも１つが含まれる軟磁性材料からなる。
【０１０６】
その結果、図９（ｇ）に示すように、磁気素子Ｓを挟んで第１軟磁性体４と第２軟磁性体５とが配置されるＺ軸磁気センサ１が形成される。別途に、Ｘ軸磁気センサ５０及びＹ軸磁気センサ７０の漏洩磁場を遮蔽するシールド膜が形成されるが、図示していない。
【０１０７】
次工程からは、Ｘ軸磁気センサ５０、Ｙ軸磁気センサ７０、及びＺ軸磁気センサ１に対して同時に製造工程が進行する。図示していないが、レジスト膜を塗布し、レジストパターン形成技術で図２に示す電極パッド８〜１１部に金メッキ用のコンタクト孔を形成し、金メッキを行う。そして、前記レジスト膜を除去した後に、電極パッド８〜１１部に形成された金メッキパターンをマスクにして、図９（ｃ）で成膜した金シード層をエッチング除去する。
【０１０８】
図９（ｈ）に示すように、ファイナルパッシベーション膜１９を成膜して、ホトリソ加工技術を用いて図２に示す電極パッド８〜１１部に、ワイヤボンディング用のパッド穴を形成する。ファイナルパッシベーション膜１９は、例えば、ＣＶＤ法等で成膜されるシリコンナイトライト膜であり、その膜厚は０．３〜５μｍ程度である。
【０１０９】
基板２上には、Ｘ軸磁気センサ５０、Ｙ軸磁気センサ７０、及びＺ軸磁気センサ１から構成される複数の磁気センサが形成される。よって、図示していないが、基板２を切断すれば、複数の磁気センサチップを製造することができる。
【０１１０】
上述したように、本実施形態においては、薄膜の積層多層膜である各磁気素子Ｓを形成した後に、第２軟磁性体５、第１軟磁性体４を形成している。このように、製造工程の初期段階で各磁気素子Ｓを形成することは、製造工程を経る毎に基板表面に成長する微小な凹凸である面荒れを未然に防ぐことができるので、各磁気素子Ｓの膜厚精度を向上させることができる。その結果、特性ばらつきが小さいと共に高歩留で磁気センサを製造できる。また、磁気センサの特性ばらつきが小さくなることで検出精度が向上し、検出感度（Ｓ／Ｎ比）が向上する。
【０１１１】
第１軟磁性体４や第２軟磁性体５を形成した後に磁気素子Ｓを形成する際には、第１軟磁性体４や第２軟磁性体５を形成することで基板表面の平坦性が損なわれるので、各磁気素子Ｓを膜厚精度よく形成するためには厚い絶縁膜で基板表面を覆いＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等で平坦化することが必要である。
【０１１２】
このため、工程数が増えるとともに、高価なＣＭＰ装置等を導入することが必要となり、製造コストが高くなることが問題である。よって、本実施形態では、第１軟磁性体４や第２軟磁性体５を形成する前に、各磁気素子Ｓを形成することで、製造コストを低く抑えることができる。
【０１１３】
図９（ｇ）に示すように第１軟磁性体４の下面４ｂは第３絶縁膜１５中に設けられているが、これに限定されない。第２絶縁膜１４を絶縁膜で形成しているので、第２絶縁膜１４の膜中まで深掘りし前記下面４ｂを第２絶縁膜１４の膜中に設けることも可能である。このように、本実施形態によれば、第１軟磁性体４と各磁気素子Ｓとの重なり合いの自由度を大きく取れる。
【０１１４】
また、第２軟磁性体５においても、その膜厚を変えることで第２軟磁性体５と各磁気素子Ｓとの重なり合いを自由に変えることが可能である。
【０１１５】
よって、本実施形態によれば、第１軟磁性体４及び第２軟磁性体５と各磁気素子Ｓとの高さ方向（Ｚ１−Ｚ２）の重なり合いの設計自由度が大きいので、磁気素子Ｓに大きな水平磁界成分Ｈ０２、Ｈ０４を作用するように設計することが容易である。よって、本実施形態によれば、Ｚ軸磁気センサ１の検出感度（Ｓ／Ｎ比）が向上させることが可能である。
【０１１６】
本実施形態では、基板２をシリコン等としたが、これに限定されるものではない。基板２をガラス基板等の絶縁基板とすることもできる。この際には、図１１に示す変形例のように、第１絶縁膜１２、第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１５が形成されない場合もある。
【０１１７】
本実施形態では非磁性膜１３が形成されているが、これに限定されるものではない。第２軟磁性体５と同一材料をシード層にして第２軟磁性体５をメッキ成膜できるので、図１１に示す変形例のように、非磁性膜１３が形成されない場合もある。
【０１１８】
＜第２の実施形態＞
図１２に第２の実施形態におけるＺ軸磁気センサの平面略図を示す。また、図１３に第２の実施形態におけるＺ軸磁気センサの回路略図を示す。また、図１４に、第２の実施形態におけるＺ軸磁気センサの部分拡大平面略図を示す。
【０１１９】
Ｚ軸磁気センサは、図１２、図１３、図１４に示すように、４つの抵抗部１０１〜１０４によってブリッジ回路を成して構成される。図１４（ａ）に第１抵抗部１０１及び第４抵抗部１０４の部分拡大平面略図を、図１４（ｂ）に第２抵抗部１０２及び第３抵抗部１０３の部分拡大平面略図を示す。図１４に示すように、４つの抵抗部１０１〜１０４は、磁気素子Ｓ、第１軟磁性体４、及び第２軟磁性体５を有して形成される。
【０１２０】
第１抵抗部１０１及び第４抵抗部１０４は、図１４（ａ）に示すように、第１軟磁性体４が各磁気素子Ｓの左側に、第２軟磁性体５が各磁気素子Ｓの右側に配置されている。よって、第１抵抗部１０１及び第４抵抗部１０４は、第１組の磁気素子から構成されている。
【０１２１】
第２抵抗部１０２及び第３抵抗部１０３は、図１４（ｂ）に示すように、第１軟磁性体４が各磁気素子Ｓの右側に、第２軟磁性体５が各磁気素子Ｓの左側に配置されている。よって、第２抵抗部１０２及び第３抵抗部１０３は、第２組の磁気素子から構成されている。
【０１２２】
第２の実施形態は、上記の配置と第１軟磁性体４、第２軟磁性体５、及び各磁気素子Ｓの本数と前後方向（Ｙ１−Ｙ２）の寸法以外は第１の実施形態と同じである。
【０１２３】
各磁気素子Ｓの固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、第１の実施形態と同じく右方向（Ｘ１）である。また、第１抵抗部１０１及び第４抵抗部１０４と、第２抵抗部１０２及び第３抵抗部１０３とでは、垂直磁界成分に対して、逆方向の水平磁界成が作用する。そのため、第１抵抗部１０１及び第４抵抗部１０４と、第２抵抗部１０２及び第３抵抗部１０３とでは、垂直磁界成分に対して、その抵抗値の増減を逆に変化させる。よって、図１２に示すブリッジ回路の差動出力を得ることで、垂直磁界成分Ｈ０１、Ｈ０３を検知することができる。
【０１２４】
第２の実施形態では、全ての各磁気素子Ｓの前後方向（Ｙ１−Ｙ２）の長さを同じにしたが、第１の実施形態と同じように各磁気素子Ｓの長さは異ならせて、その全長を同じにすることも可能である。
【０１２５】
このようにして、第１組の磁気素子と第２組の磁気素子とから構成されるブリッジ回路は、図１２、図１３、図１４に示す構成で形成することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  Ｚ軸磁気センサ
２  基板
４  第１軟磁性体
５  第２軟磁性体
６  接続部
７  配線層
８〜１１  電極パッド
１２  第１絶縁膜
１３  非磁性膜
１４  第２絶縁膜
１５  第３絶縁膜
１６  第４絶縁膜
１７  第１レジスト膜
１８  第２レジスト膜
１９  ファイナルパッシベーション膜
３３  反強磁性層
３４  固定磁性層
３５  非磁性層
３６  自由磁性層
３７  保護層
５０  Ｘ軸磁気センサ
７０  Ｙ軸磁気センサ
【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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