(57)【要約】【課題】高感度な歪検出素子、圧力センサ及びマイクロフォンを提供する。【解決手段】実施形態によれば、積層体と第１電極と第２電極とを含み、変形可能な膜部に設けられた歪検出素子が提供される。前記積層体は、第１磁性層と、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中間層と、を含み、前記第１磁性層の磁化方向は前記膜部の変形に応じて変化する。前記第１電極は、ＴａとＭｏとを含む第１合金を含む第１合金層を含む。前記第１電極は前記積層体と電気的に接続される。前記２電極は、前記積層体と電気的に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な膜部に設けられた歪検出素子であって、
第１磁性層と、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中間層と、を含み、前記第１磁性層の磁化方向は前記膜部の変形に応じて変化する、積層体と、
ＴａとＭｏとを含む第１合金を含む第１合金層を含み前記積層体と電気的に接続された第１電極と、
前記積層体と電気的に接続された第２電極と、
を備えた歪検出素子。
【請求項２】
前記第１合金は、Ｔａ１００−ｘＭｏｘ（１３ａｔ．％≦ｘ≦７０ａｔ．％）を含む請求項１記載の歪検出素子。
【請求項３】
前記第１合金は、体心立方晶構造を有する請求項１または２記載の歪検出素子。
【請求項４】
前記第１電極の残留応力の絶対値は、１００メガパスカル以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項５】
前記積層体は、前記第２電極と前記膜部との間に設けられ、
前記第１電極は、前記積層体と前記膜部との間に設けられる請求項１〜４のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項６】
前記第１電極は、Ｃｕ、及び、ＣｕとＡｇとを含む第１銅合金、の少なくともいずれかを含む第１中間金属層をさらに含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項７】
前記第１合金層は、前記第１中間金属層と前記積層体との間に設けられる請求項６記載の歪検出素子。
【請求項８】
前記第１電極は、前記第１中間金属層と前記膜部との間に設けられた第１金属層をさらに含み、
前記第１金属層は、ＴａとＭｏとを含む第１Ｔａ合金を含む請求項６または７に記載の歪検出素子。
【請求項９】
前記第２電極は、ＴａとＭｏとを含む第２合金を含む第２合金層を含む請求項１〜８のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１０】
前記第２電極は、前記第２合金層と前記積層体との間に設けられた第２中間金属層をさらに含み、
前記第２中間金属層は、Ｃｕ、及び、第２銅合金の少なくともいずれかを含み、
前記第２銅合金は、ＣｕとＡｇとを含む請求項９記載の歪検出素子。
【請求項１１】
前記第２電極は、前記積層体と前記第２中間金属との間に設けられた第２金属層をさらに含み、
前記第２金属層は、ＴａとＭｏとを含む第２Ｔａ合金を含む請求項１０記載の歪検出素子。
【請求項１２】
前記第１磁性層の少なくとも一部は、アモルファスである請求項１〜１１のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１３】
前記第１磁性層は、ホウ素を含む請求項１〜１２のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１４】
前記第１磁性層の少なくとも一部におけるホウ素濃度は、５ａｔ．％以上３５ａｔ．％以下である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１５】
前記中間層は、酸化物、窒化物および酸窒化物の少なくともいずれかを含む請求項１〜１４のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１６】
前記中間層は、酸化マグネシウムを含む請求項１〜１５のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１７】
前記積層体は、前記第２磁性層と前記第１電極との間に設けられた下地層をさらに含み、
前記下地層の少なくとも一部は、アモルファスである請求項１〜１６のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１８】
前記積層体は、前記第２磁性層と前記第１電極との間に設けられた下地層をさらに含み、
前記下地層は、Ｃｕを含む第１層と、前記第１層の上に形成されＴａを含む第２層と、を含む、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の歪検出素子。
【請求項１９】
前記膜部と、
前記膜部を支持する支持部と、
前記膜部の上に設けられ１つまたは複数の、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の前記歪検出素子と、
を備えた圧力センサ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の圧力センサを備えたマイクロフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、歪検出素子、圧力センサ及びマイクロフォンに関する。
【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。スピン技術を用いた圧力センサにおいて、高感度の圧力センサが望まれる。
【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、高感度な歪検出素子、圧力センサ及びマイクロフォンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、積層体と第１電極と第２電極とを含み、変形可能な膜部に設けられた歪検出素子が提供される。前記積層体は、第１磁性層と、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中間層と、を含み、前記第１磁性層の磁化方向は前記膜部の変形に応じて変化する。前記第１電極は、ＴａとＭｏとを含む第１合金を含む第１合金層を含む。前記第１電極は前記積層体と電気的に接続される。前記２電極は、前記積層体と電気的に接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る圧力センサの模式的な断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第１の実施形態に係る歪検出素子の動作を例示する模式図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図５】第１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６】第１の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的断面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｆ）は、第１の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的平面図である。
【図８】シミュレーションに用いたモデルを例示する模式的斜視図である。
【図９】シミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図１０】シミュレーション結果を示すコンター図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、第１の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的平面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、第１の実施形態に係る歪検出素子の配線パターンを例示する模式図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｅ）は、第１の実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示する模式的斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、圧力センサの動作を説明する模式的断面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、シミュレーションに用いた圧力センサを例示する模式図である。
【図１６】図１６（ａ）〜図１６（ｆ）は、圧力センサの特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
【図１７】圧力センサの特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
【図１８】電極の材料の特性を例示する表である。
【図１９】歪検出素子の電極の特性を例示するグラフ図である。
【図２０】図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第２の実施形態に係る歪検出素子の一部を例示する模式的斜視図である。
【図２１】歪検出素子の特性を例示するグラフ図である。
【図２２】歪検出素子に用いられる積層体のＸ線回折結果を例示するグラフ図である。
【図２３】第３の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図２４】第３の実施形態に係る歪検出素子の一部を例示する模式的断面図である。
【図２５】第３の実施形態に係る歪検出素子の一部を例示する模式的断面図である。
【図２６】第３の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的断面図である。
【図２７】凹凸の計算方法を説明する模式図である。
【図２８】実験の方法を例示する模式図である。
【図２９】実験の方法を例示する模式図である。
【図３０】実験に用いる試料を例示する模式的斜視図である。
【図３１】実験に用いる試料を例示する模式的斜視図である。
【図３２】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図３３】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図３４】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図３５】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図３６】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図３７】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図３８】図３８（ａ）〜図３８（ｄ）は、試料の透過型電子顕微鏡像である。
【図３９】図３９（ａ）〜図３９（ｄ）は、試料の透過型電子顕微鏡像である。
【図４０】図４０（ａ）及び図４０（ｂ）は、試料の組成を例示する模式図である。
【図４１】図４１（ａ）及び図４１（ｂ）は、試料の組成を例示する模式図である。
【図４２】保磁力とゲージファクタとの関係を例示するグラフ図である。
【図４３】実験に用いる試料を例示する模式的断面図である。
【図４４】実験に用いる試料を例示する模式的断面図である。
【図４５】実験に用いる試料を例示する模式的断面図である。
【図４６】図４６（ａ）〜図４６（ｆ）は、試料の特性を例示するグラフ図である。
【図４７】試料の透過型電子顕微鏡像である。
【図４８】試料の透過型電子顕微鏡像である。
【図４９】試料の透過型電子顕微鏡像である。
【図５０】図５０（ａ）及び図５０（ｂ）は、試料の特性を例示するグラフ図である。
【図５１】図５１（ａ）及び図５１（ｂ）は、試料の特性を例示するグラフ図である。
【図５２】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図５３】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図５４】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図５５】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図５６】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図５７】実験に用いる試料を例示する模式的断面図である。
【図５８】実験に用いる試料を例示する模式的断面図である。
【図５９】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図６０】試料の特性を例示するグラフ図である。
【図６１】第３の実施形態に係る別の歪検出素子の一部を例示する模式的断面図である。
【図６２】第３の実施形態に係る別の歪検出素子の一部を例示する模式的断面図である。
【図６３】実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図６４】実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図６５】実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図６６】実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図６７】実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図６８】図６８（ａ）〜図６８（ｄ）は、実施形態に係る歪検出素子の動作を例示する模式図である。
【図６９】実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。
【図７０】第４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７１】第４の実施形態に係る圧力センサを例示するブロック図である。
【図７２】第４の実施形態に係る圧力センサを例示するブロック図である。
【図７３】図７３（ａ）及び図７３（ｂ）は、第４の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。
【図７４】図７４（ａ）及び図７４（ｂ）は、第４の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。
【図７５】図７５（ａ）及び図７５（ｂ）は、第４の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。
【図７６】図７６（ａ）及び図７６（ｂ）は、第４の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。
【図７７】図７７（ａ）及び図７７（ｂ）は、第４の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。
【図７８】図７８（ａ）及び図７８（ｂ）は、第４の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。
【図７９】図７９（ａ）及び図７９（ｂ）は、第４の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。
【図８０】図８０（ａ）及び図８０（ｂ）は、第４の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。
【図８１】図８１（ａ）及び図８１（ｂ）は、第４の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。
【図８２】図８２（ａ）及び図８２（ｂ）は、第４の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。
【図８３】図８３（ａ）及び図８３（ｂ）は、第４の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。
【図８４】図８４（ａ）及び図８４（ｂ）は、第４の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。
【図８５】第５の実施形態に係るマイクロフォンを例示する模式的断面図である。
【図８６】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８７】第６の実施形態に係る血圧センサを例示する模式的断面図である。
【図８８】第７の実施形態に係るタッチパネルを例示する模式的な回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、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。また、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。
【０００８】
（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る歪検出素子及びこれを搭載した圧力センサの動作を説明する。  
図１は、第１の実施形態に係る圧力センサの模式的な断面図である。  
図１に示す通り、圧力センサ１００は、膜部１２０と、膜部１２０の上に設けられた歪検出素子２００と、を備える。膜部１２０は、変形可能であり、外部からの圧力に応じて撓む。歪検出素子２００は、膜部１２０の撓みに応じて歪み、この歪に応じて電気抵抗値を変化させる。従って歪検出素子の電気抵抗値の変化を検出することにより、外部からの圧力が検出される。尚、歪検出素子２００を膜部１２０の上に直接的に取り付けても良く、図示しない他の要素によって間接的に取り付けても良い。歪検出素子２００と膜部１２０との位置関係が固定できれば良い。
【０００９】
次に、図２を参照して、歪検出素子２００の構成を説明する。  
図２は、第１の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。  
以下、第１磁性層２０１及び第２磁性層２０２が積層された方向をＺ方向（積層方向）とする。また、このＺ方向に対して垂直な所定の方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
【００１０】
本実施形態に係る歪検出素子２００は、第１電極（例えば下部電極２０４）と、第２電極（例えば上部電極２１２）と、積層体ＳＢと、を有する。図２に示す通り、積層体ＳＢは、第１磁性層２０１と、第２磁性層２０２と、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２との間に設けられた中間層２０３と、を有する。第１磁性層２０１及び第２磁性層２０２には、それぞれ上部電極２１２及び下部電極２０４と電気的に接続されている。
【００１１】
例えば、積層体ＳＢは、第２電極と膜部１２０との間に設けられる。第１電極は、積層体ＳＢと膜部１２０との間に設けられる。第１電極および第２電極は、それぞれ、積層体ＳＢと電気的に接続される。これらの電極を介して、例えばＺ方向（積層方向）に沿った電流を、積層体ＳＢに流すことが出来る。ここで、歪検出素子２００に歪みが生じると、磁性層２０１及び２０２の相対的な磁化方向が変化する。例えば、第１磁性層２０１の磁化方向は、膜部の変形に応じて変化する。これに伴い、磁性層２０１及び２０２の間の電気抵抗値が変化する。従って、この電気抵抗値の変化を検出することによって、歪検出素子２００に生じた歪を検出する事が出来る。
【００１２】
本実施形態において、第１磁性層２０１は強磁性体からなり、例えば磁化自由層として機能する。また、第２磁性層２０２も強磁性体からなり、例えば参照層として機能する。第２磁性層２０２は、磁化固定層であっても良いし、磁化自由層であっても良い。第２磁性層２０２が磁化固定層である場合、第１磁性層２０１の磁化方向は、第２磁性層２０２の磁化方向と比較して容易に変化する。
【００１３】
次に、図３を参照し、本実施形態に係る歪検出素子２００の動作について説明する。  
図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第１の実施形態に係る歪検出素子の動作を例示する模式図である。
【００１４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、それぞれ、歪検出素子２００に引張歪が生じている状態、歪が生じていない状態、及び、圧縮歪が生じている状態の様子を表す模式的な斜視図である。尚、以下の説明において、歪検出素子２００の第２磁性層２０２の磁化方向は、−Ｙ方向であるものとし、歪検出素子２００に生じる歪の方向は、Ｘ方向であるものとする。また、第２磁性層２０２は、磁化固定層として機能するものとする。
【００１５】
図３（ｂ）に示す通り、本実施形態に係る歪検出素子２００に歪が生じていない状態（無歪状態）である場合、第１磁性層２０１の磁化方向と第２磁性層２０２の磁化方向との相対的な角度は、お互いに交差する所定の角度に設定されている。この所定の角度は、０°よりも大きく１８０°よりも小さくすることができる。図３（ｂ）に示す例においては、第１磁性層２０１の磁化方向は、第２磁性層２０２の磁化方向に対して１３５°であり、歪が生じる方向に対しては４５°（１３５°）である。ここでの１３５°という角度はあくまで一例であり、他の角度とすることも可能である。以下、図３（ｂ）に示すように、歪が生じていない場合における第１磁性層２０１の磁化方向を「初期磁化方向」と呼ぶ。尚、第１磁性層２０１の初期磁化方向は、ハードバイアス、または、第１磁性層２０１の形状磁気異方性などによって設定される。
【００１６】
ここで、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す通り、歪検出素子２００にＸ方向に歪が生じた場合、第１磁性層２０１に、「逆磁歪効果」が生じ、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２の磁化方向が相対的に変化する。
【００１７】
「逆磁歪効果」は、強磁性体の磁化方向が、歪によって変化する現象である。例えば、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、磁化自由層の磁化の方向は、引張歪の方向に対しては平行に近づき、圧縮歪の方向に対しては垂直に近付く。一方、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、同磁化の方向は、引張歪の方向に対しては垂直に近付き、圧縮歪の方向に対しては平行に近付く。
【００１８】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す例において、歪検出素子２００の第１磁性層２０１には、正の磁歪定数を有する強磁性体が用いられている。従って、図３（ａ）に示す通り、第１磁性層２０１の磁化方向は、引張歪の方向に対して平行に近付き、圧縮歪の方向に対して垂直に近付く。尚、第１磁性層２０１の磁歪定数は、負であっても良い。
【００１９】
図３（ｄ）及び図３（ｅ）は、歪検出素子２００の電気抵抗と、歪検出素子２００に生じた歪との関係を示す概略的なグラフである。尚、図３（ｄ）及び図３（ｅ）においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪とする。更に、図３（ｄ）においては、第１磁性層２０１の磁歪定数をλ１、保磁力をＨｃ１、後述するゲージファクタをＧＦ１としており、図３（ｅ）においては、第１磁性層２０１の磁歪定数をλ２（＞λ１）、保磁力をＨｃ２（＜Ｈｃ１）、後述するゲージファクタをＧＦ２（＞ＧＦ１）としている。
【００２０】
図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す通り、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２の磁化方向が相対的に変化すると、図３（ｄ）に示す通り、「磁気抵抗効果（ＭＲ効果）」によって第１磁性層２０１と第２磁性層２０２との間の電気抵抗値が変化する。
【００２１】
ＭＲ効果は、磁性層同士の間で磁化方向が相対的に変化すると、これら磁性層間の電気抵抗が変化する現象である。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。また、ＭＲ効果は、例えば、第１磁性層２０１、中間層２０３及び第２磁性層２０２からなる積層膜において発現する。
【００２２】
尚、第１磁性層２０１、第２磁性層２０２及び中間層２０３が正の磁気抵抗効果を有する場合、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２との相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。一方、負の磁気抵抗効果を有する場合、相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。
【００２３】
歪検出素子２００は、例えば正の磁気抵抗効果を有する。従って、図３（ａ）に示す様に、歪検出素子２００に引張歪が生じ、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２の磁化方向が１３５°から９０°に近付いた場合、図３（ｄ）に示す通り、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２の間の電気抵抗は小さくなる。一方、図３（ｃ）に示す様に、歪検出素子２００に圧縮歪が生じ、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２の磁化方向が１３５°から１８０°に近付いた場合、図３（ｄ）に示す通り、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２の間の電気抵抗は大きくなる。尚、歪検出素子２００は、負の磁気抵抗効果を有していても良い。
【００２４】
ここで、図３（ｄ）に示す通り、例えば微小歪をΔε１とし、歪検出素子２００に微小歪Δε１を加えた時の歪検出素子２００における抵抗変化をΔｒ１とする。更に、単位歪あたりの電気抵抗値の変化量を、ゲージファクタ（ＧＦ: Gauge Factor）と呼ぶ。高感度な歪検出素子２００を製造する場合、ゲージファクタを高くすることが望ましい。ゲージファクタＧＦは(dR/R)/dεで表される。
【００２５】
図３（ｅ）に示す通り、第１磁性層２０１の磁歪定数がより大きく、保磁力がより小さい場合には、第１磁性層２０１において、より顕著に逆磁歪効果が発現し、ゲージファクタが増大する。これは、磁歪定数が、歪に対して磁化方向を回転させる力の大きさを表しており、保磁力が、磁化方向を維持しようとする力の大きさを表しているからである。従って、ゲージファクタを大きくするためには、第１磁性層２０１の磁歪定数をより大きく、保磁力をより小さくすることが考えられる。
【００２６】
次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して、本実施形態に係る歪検出素子２００の構成例について説明する。  
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。尚、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。
【００２７】
図４（ａ）は、歪検出素子２００の一の構成例（歪検出素２００Ａ）を示す模式的な斜視図である。図４（ａ）に示す通り、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体ＳＢと、この積層体上に設けられた上部電極２１２と、を有する。
【００２８】
この積層体ＳＢにおいては、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１磁性層２０１）と、キャップ層２１１と、が順に積層されている。  
第１磁化固定層２０９は、第２磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１磁性層２０１に相当する。下地層２０５は、第２磁性層２０２と下部電極２０４との間に位置する。
【００２９】
下地層２０５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２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。  
第２磁化固定層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。  
磁気結合層２０８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２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。
【００３０】
中間層２０３は、酸化物、窒化物および酸窒化物の少なくともいずれかを含む。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ（酸化マグネシウム）層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１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。下部電極２０４及び上部電極２１２には、例えば、金属が用いられる。
【００３１】
本実施形態において、下部電極２０４（第１電極）には、ＴａとＭｏとを含む第１合金（例えばＴａ−Ｍｏ合金）を用いることができる。また、上部電極２１２には、ＴａとＭｏとを含む第２合金（例えばＴａ−Ｍｏ合金）を用いることができる。下部電極２０４（第１電極）、または上部電極２１２にＴａとＭｏとを含むＴａ−Ｍｏ合金を用いることによって、低残留応力の電極を実現することができ、高い感度の圧力センサを提供することができる。
【００３２】
Ｔａ−Ｍｏ合金として、Ｔａ１００−ｘＭｏｘ（１３原子パーセント（ａｔ．％）≦ｘ≦７０ａｔ．％）を用いることができる。Ｔａ−Ｍｏ合金として、立方晶構造を有する合金を用いることができる。例えば、体心立方晶構造のＴａ１００−ｘＭｏｘ（１３ａｔ．％≦ｘ≦７０ａｔ．％）を用いることができる。
【００３３】
下部電極２０４および上部電極２１２のそれぞれは、Ｔａ−Ｍｏ合金の単層であっても良い。
【００３４】
下部電極２０４および上部電極２１２のそれぞれは、Ｔａ−Ｍｏ合金層と他の材料からなる層との積層であっても良い。この場合でも、後述する理由で、高い感度の圧力センサを提供することができる。
【００３５】
例えば、図４（ｂ）に示すように、下部電極２０４は、三層構造を有していてもよい。この例では、下部電極２０４は、下部電極キャップ層２０４ａ（第１合金層）と、下部電極中間金属層２０４ｂ（第１中間金属層）と、下部電極下地層２０４ｃ（第１金属層）と、を含む。下部電極キャップ層２０４ａは、下部電極中間金属層２０４ｂと積層体ＳＢとの間に設けられる。下部電極下地層２０４ｃは、下部電極中間金属層２０４ｂと膜部１２０との間に設けられる。
【００３６】
この場合、下部電極キャップ層２０４ａに、ＴａとＭｏとを含む第１合金（Ｔａ−Ｍｏ合金）を用いることができる。また、下部電極下地層２０４ｃには、Ｔａ、または、ＴａとＭｏとを含む第１Ｔａ合金（例えばＴａ−Ｍｏ合金）、を用いることができる。下部電極中間金属層２０４ｂには、低抵抗率の金属を用いることができる。
【００３７】
下部電極２０４をこのような３層構造とし、下部電極中間金属層２０４ｂには、低抵抗率の金属を用いることで、下部電極２０４をＴａ−Ｍｏ合金の単層で形成した場合よりも低い電極抵抗を実現することができる。なお、下部電極下地層２０４ｃを省略して、２層構造としてもよい。
【００３８】
図４（ｃ）に示すように、上部電極２１２は、三層構造を有していてもよい。この例では、上部電極２１２は、上部電極キャップ層２１２ａ（第２合金層）と、上部電極中間金属層２１２ｂ（第２中間金属層）と、上部電極下地層２１２ｃ（第２金属層）と、を含む。上部電極中間金属層２１２ｂは、上部電極キャップ層２１２ａと積層体ＳＢとの間に設けられる。上部電極下地層２１２ｃは、上部電極中間金属層２１２ｂと積層体ＳＢとの間に設けられる。
【００３９】
この場合、上部電極キャップ層２１２ａには、ＴａとＭｏとを含む第２合金（例えばＴａ−Ｍｏ合金）を用いることができる。また、上部電極下地層２１２ｃには、Ｔａ、または、ＴａとＭｏとを含む第２Ｔａ合金（例えばＴａ−Ｍｏ合金）、を用いることができる。上部電極中間金属層２１２ｂには、低抵抗の金属を用いることができる。
【００４０】
例えば、下部電極中間金属層２０４ｂには、銅（Ｃｕ）、銅と銀（Ａｇ）とを含む合金（第１銅合金）などを用いることができる。第１銅合金は、例えば銅銀合金（Ｃｕ−Ａｇ合金）である。  
例えば、上部電極中間金属層２１２ｂには、銅（Ｃｕ）、銅と銀（Ａｇ）とを含む合金（第２銅合金）などを用いることができる。第２銅合金は、例えば銅銀合金（Ｃｕ−Ａｇ合金）である。
【００４１】
下部電極中間金属層２０４ｂおよび上部電極中間金属層２１２ｂのそれぞれには、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）およびコバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む金属を用いることができる。これらの元素を含む金属は電気抵抗率が比較的小さい。例えば、銅（Ｃｕ）、銅銀合金（Ｃｕ−Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）、ニッケル鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ）などを用いることができる。下部電極２０４及び上部電極２１２として、このような電気抵抗率が比較的小さい材料を用いることで、歪検出素子２００に効率的に電流を流すことができる。下部電極２０４及び上部電極２１２には、非磁性材料を用いることができる。後述するように、下部電極２０４およびその上に形成される積層体ＳＢの凹凸を低減し、高い歪感度を得る観点で、下部電極中間金属層２０４ｂには、銅銀合金（Ｃｕ−Ａｇ）を用いることが好ましい。
【００４２】
例えば、下部電極２０４及び上部電極２１２には、Ｔａ−Ｍｏ合金／Ｃｕ―Ａｇ合金／Ｔａ−Ｍｏ合金やＴａ−Ｍｏ合金／Ｃｕ合金／Ｔａ−Ｍｏ合金の３層構造を用いることができる。
【００４３】
下部電極２０４における下地層として、Ｔａ−Ｍｏ合金層を用いることで、例えば、膜部１２０と下部電極２０４との密着性が向上する。また、上部電極２１２における下地層として、Ｔａ−Ｍｏ合金層を用いることで、積層体ＳＢと上部電極２１２との密着性が向上する。密着性の観点からは、下部電極２０４及び上部電極２１２用の下地層として、Ｔａ−Ｍｏ合金層以外に、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。電極の低残留応力化の観点から、下部電極２０４及び上部電極２１２用の下地層として、Ｔａ−Ｍｏ合金層を用いることが好ましい。
【００４４】
下部電極２０４のキャップ層（２０４ａ）および上部電極２１２のキャップ層（２１２ａ）としてＴａ−Ｍｏ合金層を用いることで、そのキャップ層の下の中間金属層（２０４ｂまたは２１２ｂ）の酸化を防ぐことができる。中間金属層の酸化を防ぐ観点では、Ｔａ−Ｍｏ合金以外に、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いてもよい。また、下部電極２０４のキャップ層として、Ｔａ−Ｍｏ合金、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（Ｔｉ−Ｎ）などのバリアメタルを用いることによって、その上に形成される歪検出素子の積層体との元素拡散を抑制することができる。歪検出素子の積層体に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）などが拡散すると、ゲージファクタの劣化が引き起こされることがあるので、キャップ層として、バリアメタルを用いることが好ましい。バリアメタルとして、Ｔａ−Ｍｏ合金、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（Ｔｉ−Ｎ）以外に、一般的に高融点金属や、高融点金属の窒化物や単化物を用いることができる。電極の低残留応力化の観点で、下部電極２０４及び上部電極２１２用のキャップ層として、Ｔａ−Ｍｏ合金層を用いることが好ましい。
【００４５】
下地層２０５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、下部電極２０４や膜部１２０等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。
【００４６】
下地層２０５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、歪検出素子２００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。
【００４７】
下地層２０５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。
【００４８】
下地層２０５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。
【００４９】
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。
【００５０】
ピニング層２０６は、例えば、ピニング層２０６の上に形成される第２磁化固定層２０７（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して、第２磁化固定層２０７の磁化を固定する。ピニング層２０６には、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層２０６には、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏ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。Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。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２０６の厚さは適切に設定される。
【００５１】
ピニング層２０６に接する強磁性層の磁化の固定を行うためには、磁場印加中での熱処理が行われる。熱処理時に印加されている磁場の方向にピニング層２０６に接する強磁性層の磁化が固定される。アニール温度は、例えば、ピニング層２０６に用いられる反強磁性材料の磁化固着温度以上とする。また、Ｍｎを含む反強磁性層を用いる場合、ピニング層２０６以外の層にＭｎが拡散してＭＲ変化率を低減する場合がある。よってＭｎの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。例えば２００度（℃）以上、５００度（℃）以下とすることができる。好ましくは、２５０度（℃）以上、４００度（℃）以下とすることができる。
【００５２】
ピニング層２０６として、ＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎが用いられる場合には、ピニング層２０６の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ピニング層２０６の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層２０６としてＩｒＭｎを用いる場合には、ピニング層２０６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２０６の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。ピニング層２０６の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層が用いられる。
【００５３】
ピニング層２０６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、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。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。
【００５４】
第２磁化固定層２０７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２０７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２０７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２０７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２０７として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、歪検出素子のサイズが小さい場合にも、歪検出素子２００Ａの特性のばらつきを抑えることができる。
【００５５】
第２磁化固定層２０７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２０６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２０７の上に形成される磁気結合層を介して、第２磁化固定層２０７と第１磁化固定層２０９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２０７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２０９の磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。
【００５６】
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２０９として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いると、第１磁化固定層２０９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２０７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２０７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２０７として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。
【００５７】
歪検出素子２００Ａにおいては、第２磁化固定層２０７と磁気結合層２０８と第１磁化固定層２０９とにより、シンセティックピン構造が用いられている。その代わりに、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２０７の材料と同じ材料を用いても良い。
【００５８】
磁気結合層２０８は、第２磁化固定層２０７と第１磁化固定層２０９との間において、反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層２０８は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層２０８として、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層２０８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２０７と第１磁化固定層２０９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２０８としてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層２０８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２０８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２０８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。
【００５９】
第１磁化固定層２０９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２０９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２０９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２０９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、歪検出素子２００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。
【００６０】
第１磁化固定層２０９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Ｍｇ−Ｏを用いる場合には、第１磁化固定層２０９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Ｍｇ−Ｏ層の（１００）配向性を強めることができる。Ｍｇ−Ｏ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Ｍｇ−Ｏ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、Ｍｇ−Ｏ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。
【００６１】
第１磁化固定層２０９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。
【００６２】
第１磁化固定層２０９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２０９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２０９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２０９としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化固定層２０９の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化固定層２０９の厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
【００６３】
第１磁化固定層２０９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２０９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２０９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２０９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。
【００６４】
第１磁化固定層２０９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２０９として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。
【００６５】
中間層２０３は、例えば、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２との磁気的な結合を分断する。中間層２０３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２０３として金属を用いる場合、中間層の厚さは、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（Ｍｇ−Ｏ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（Ｔｉ−Ｏ等）、亜鉛酸化物（Ｚｎ−Ｏ等）、または、ガリウム酸化物（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。中間層２０３として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層２０３の厚さは、例えば０．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下程度である。中間層２０３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、中間層として、１．６ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
【００６６】
磁化自由層２１０には、強磁性体材料が用いられる。また、本実施形態においては、磁化自由層２１０として、アモルファス構造の強磁性材料を用いることで、高いゲージファクタを実現することができる。磁化自由層２１０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、アモルファス化促進元素（例えばホウ素（Ｂ））とを含む合金を用いることができる。例えば、磁化自由層２１０には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｂ合金、又は、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金等を用いることが出来る。例えば、磁化自由層２１０には、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いることができる。
【００６７】
磁化自由層２１０は、多層構造（例えば、２層構造）を有してもよい。中間層２０３としてＭｇ−Ｏのトンネル絶縁層を用いる場合には、磁化自由層２１０のうちの中間層２０３に接する部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金や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。
【００６８】
例えば、磁化自由層２１０は、中間層２０３に接する、又は近接する第１の部分と、第１の部分に接する、又は近接する第２の部分と、を含む。第１の部分は、例えば、磁化自由層２１０のうちの中間層２０３に接する部分を含む。この第１の部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が用いられる。そして、第２の部分には、例えば、Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。すなわち、磁化自由層２１０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。磁化自由層２１０として用いられる上記のＦｅ−Ｂ合金層の厚さは、例えば、６ｎｍである。
【００６９】
キャップ層２１１は、キャップ層２１１の下に設けられる層を保護する。キャップ層２１１には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層２１１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２１１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２１１の構成は、任意である。例えば、キャップ層２１１として、非磁性材料を用いることができる。キャップ層２１１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２１１として、他の材料を用いても良い。
【００７０】
次に、歪検出素子２００を搭載した圧力センサの構成例について説明する。  
図５は、第１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６は、第１の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的断面図である。  
図７（ａ）〜図７（ｆ）は、第１の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的平面図である。
【００７１】
図５に示す通り、本実施形態に係る圧力センサ１００（１００Ａ）は、基板１１０と、基板１１０の一の面に設けられた膜部１２０と、膜部１２０上に設けられた歪検出素子２００を備える。歪検出素子２００は、膜部１２０上の一部に設けられる。また、膜部１２０上には、歪検出素子２００に接続される配線１３１、パッド１３２、配線１３３及びパッド１３４が設けられている。
【００７２】
図６に示す通り、基板１１０は、空洞部１１１を有する板状の基板である。基板１１０は、膜部１２０が外部の圧力に応じて撓むように膜部１２０を支持する支持部として機能する。本実施形態において、空洞部１１１は基板１１０を貫通する円筒状の穴である。基板１１０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、絶縁性材料からなる。また、基板１１０は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでいても良い。
【００７３】
空洞部１１１の内部は、膜部１２０を撓ませることが出来るように設計されている。例えば、空洞部１１１の内部は減圧状態または真空状態であっても良い。また、空洞部１１１の内部には、空気などの気体または液体が充填されていても良い。更に、空洞部１１１は、外部と連通されていても良い。
【００７４】
図６に示す通り、膜部１２０は、基板１１０と比較して薄く形成されている。また、膜部１２０は、空洞部１１１の直上に位置し、外部の圧力に応じて撓む振動部１２１と、振動部１２１と一体形成され、基板１１０によって支持される被支持部１２２を有する。歪検出素子２００は、振動部１２１の一部に設けられる。例えば図７（ａ）に示す通り、被支持部１２２は、振動部１２１を取り囲んでいる。以下、膜部１２０の空洞部１１１の直上に位置する領域を第１の領域Ｒ１と呼ぶ。
【００７５】
第１の領域Ｒ１は種々の形に形成する事が可能であり、例えば図７（ａ）に示す通り、略真円状に形成しても良いし、図７（ｂ）に示す通り、楕円状（例えば、扁平円形状）に形成しても良いし、図７（ｃ）に示す通り、略正方形状に形成しても良いし、図７（ｅ）に示す通り、長方形状に形成しても良い。また、例えば第１の領域Ｒ１を略正方形状または略長方形状に形成した場合には、図７（ｄ）または図７（ｆ）に示す通り、４隅の部分を丸く形成する事も可能である。更に、第１の領域Ｒ１は、多角形や正多角形とすることも可能である。
【００７６】
膜部１２０の材料には、例えば、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、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等の絶縁性材料を用いても良い。また、膜部１２０の材料には、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んでも良い。また、膜部１２０の材料には、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良いし、Ａｌ等の金属材料を用いても良い。
【００７７】
膜部１２０は、基板１１０と比較して薄く形成される。膜部１２０の厚み（Ｚ方向の幅）は、例えば、０．１マイクロメートル（μｍ）以上３μｍ以下である。膜部１２０の厚みは、０．２μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。膜部１２０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。膜部１２０の直径（平面寸法）は、５０μｍ以上１０００μｍとすることができる。
【００７８】
図７（ａ）〜図７（ｆ）に示す通り、膜部１２０上の第１の領域Ｒ１内に複数の歪検出素子２００を配置することができる。また、歪検出素子２００は、それぞれ第１の領域Ｒ１の外縁に沿って配置される。即ち、図７（ａ）〜図７（ｆ）に示す例においては、複数の歪検出素子２００のそれぞれと、第１の領域Ｒ１の外縁との間の距離（最短距離Ｌｍｉｎ）は、互いに同じである。膜部１２０上の第１の領域Ｒ１内に配置する歪検出素子２００の数は１でもよい。
【００７９】
例えば図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す通り、第１の領域Ｒ１の外縁が曲線である場合、歪検出素子２００はその曲線に沿って配置される。また、例えば図７（ｃ）及び（ｄ）に示す通り、第１の領域Ｒ１の外縁が直線である場合、歪検出素子２００はその直線に沿って直線状に配置される。
【００８０】
また、詳しくは後述するが、図７（ａ）〜図７（ｆ）中には、膜部１２０に外接する矩形（図中の、第１辺〜第４辺によって構成される矩形。以下、「最小外接矩形」と呼ぶ。）と、この矩形の対角線を、一点鎖線で示している。この最小外接矩形及び一点鎖線によって分断された膜部１２０上における領域を、第１〜第４の平面領域と呼ぶ事とすると、歪検出素子２００は、第１〜第４の平面領域内に、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って、複数配置されている。
【００８１】
歪検出素子２００は、図５に示す配線１３１を介してパッド１３２と、配線１３３を介してパッド１３４と接続されている。圧力センサ１００によって圧力の検出を行う場合には、これらパッド１３２及び１３４を介して歪検出素子２００に電圧が印加され、歪検出素子２００の電気抵抗値が測定される。尚、配線１３１及び配線１３３の間には、層間絶縁層を設けても良い。
【００８２】
歪検出素子２００として、例えば図４に示す歪検出素子２００Ａの様に、下部電極２０４及び上部電極２１２を備えた構成を採用する場合には、例えば下部電極２０４に配線１３１が接続され、上部電極２１２に配線１３３が接続される。一方、例えば上部電極を有さず、下部電極２０４を２つ有している構成や、下部電極を有さず、上部電極２１２を２つ有している構成を採用する場合には、一方の下部電極２０４または上部電極２１２に配線１３１が接続され、他方の下部電極２０４または上部電極２１２に配線１３３が接続される。尚、複数の歪検出素子２００は、図示しない配線を介して直列または並列に接続されていても良い。これにより、ＳＮ比を増大することができる。
【００８３】
歪検出素子２００のサイズは、極めて小さくても良い。歪検出素子２００のＸＹ平面における面積は、第１の領域Ｒ１の面積よりも十分に小さくできる。例えば、歪検出素子２００の面積は、第１の領域Ｒ１の面積の１／５以下とすることができる。例えば、歪検出素子２００に含まれる第１磁性層２０１の面積は、第１の領域Ｒ１の面積の１／５以下とすることができる。複数の歪検出素子２００を直列または並列に接続することによって、第１の領域Ｒ１の面積よりも十分に小さい歪検出素子２００を用いた場合でも、高いゲージファクタ、もしくは高いＳＮ比を実現することができる。
【００８４】
例えば、第１の領域Ｒ１の直径が６０μｍ程度の場合に、歪検出素子２００（もしくは第１磁性層２０１）の第１の寸法は、１２μｍ以下とすることができる。例えば、第１の領域Ｒ１の直径が６００μｍ程度の場合には、歪検出素子２００（もしくは第１磁性層２０１）の寸法は、１２０μｍ以下とすることができる。歪検出素子２００の加工精度などを考慮すると、歪検出素子２００（もしくは第１磁性層２０１）の寸法を過度に小さくする必要はない。そのため、歪検出素子２００（もしくは第１磁性層２０１）の寸法は、例えば、０．０５μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。
【００８５】
尚、図５、図６及び図７（ａ）〜図７（ｆ）に示す例においては、基板１１０と膜部１２０を別体として構成しているが、膜部１２０を基板１１０と一体に形成しても良い。また、膜部１２０には、基板１１０と同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。膜部１２０を基板１１０と一体に形成する場合には、基板１１０のうちの薄く形成された部分が膜部１２０（振動部１２１）となる。更に、振動部１２１は、図５、図６及び図７（ａ）〜図７（ｆ）に示すように、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って連続的に支持されていても良いし、第１の領域Ｒ１の外縁のうちの一部で支持されていても良い。
【００８６】
また、図７（ａ）〜図７（ｆ）に示す例においては、膜部１２０の上に複数の歪検出素子２００が設けられているが、例えば膜部１２０の上に歪検出素子２００を一つだけ設けても良い。
【００８７】
次に、図８〜図１０を参照して、圧力センサ１００について行ったシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、膜部１２０に圧力を加えた場合における、膜部１２０上の各位置での歪εを計算している。このシミュレーションは、有限要素法解析によって膜部１２０の表面を複数に分割し、分割された各要素にフックの法則を適用することによって行われている。
【００８８】
図８は、シミュレーションに用いたモデルを例示する模式的斜視図である。  
図８に示す通り、シミュレーションにおいては、膜部１２０の振動部１２１を円形とした。また、振動部１２１の直径Ｌａ（直径Ｌｂ）を５００μｍとし、膜部１２０の厚さＬｔは、２μｍとした。更に、振動部１２１の外縁は、完全に拘束された固定端とした。
【００８９】
尚、シミュレーションにおいては、膜部１２０の材料としてシリコンを想定している。従って、膜部１２０のヤング率を１６５ギガパスカル（ＧＰａ）とし、ポアソン比を、０．２２とした。
【００９０】
更に、図８に示す通り、膜部１２０には下面から圧力が加わるものとし、圧力の大きさは１３．３３ｋＰａとし、且つ振動部１２１に均一に加わるものとした。また、有限要素法においては、振動部１２１を、ＸＹ平面内においては５μｍのメッシュサイズで分割し、Ｚ方向においては、２μｍの間隔で分割した。
【００９１】
次に、図９及び図１０を参照し、シミュレーションの結果について説明する。  
図９は、シミュレーション結果を示すグラフ図である。縦軸は歪εを示しており、横軸は振動部１２１の中心からの距離ｒｘを半径ｒで規格化した値ｒｘ／ｒを示している。尚、図９においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪としている。
【００９２】
図９には、半径方向（Ｘ方向）の歪εｒと、周方向の歪εθと、これら歪の差である異方歪Δε（＝εｒ−εθ）とを示している。尚、図３を参照して説明した様な、逆磁歪効果による第１磁性層２０１の磁化方向の変化には、この異方歪Δεが寄与する。
【００９３】
図９に示したように、凸状に撓んでいる振動部１２１の中心付近においては、半径方向の歪εｒ及び周方向の歪εθは引張歪である。これに対し、凹状に撓んでいる外縁付近では、半径方向の歪εｒ及び周方向の歪εθは圧縮歪である。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。外縁付近では、異方歪Δεは圧縮の値を示しており、外縁直近で最も大きい異方歪が得られる。円形の振動部１２１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。従って、歪検出素子２００を、振動部１２１の外縁付近に配置することにより、歪の検出を感度良く行う事が出来る。このように、歪検出素子２００を、振動部１２１の外縁付近の一部に配置することができる。
【００９４】
図１０は、シミュレーション結果を示すコンター図である。  
図１０は、振動部１２１に生じる異方歪ΔεのＸＹ面内分布を示す。図１０においては、図９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、振動部１２１の全面において解析した結果が例示されている。
【００９５】
図１０において、「９０％」〜「１０％」の文字で示されている線は、振動部１２１外縁の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１０に示す通り、同様の大きさの異方歪ΔεＸ−Ｙは限られた領域で得られる。
【００９６】
ここで、例えば図７（ａ）に示す通り、膜部１２０上に、複数の歪検出素子２００を設ける場合、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。従って、歪検出素子２００は、ほぼ一様な大きさの異方歪が生じる範囲内に配置することが望ましい。
【００９７】
この点、第１の実施形態に係る歪検出素子２００は、比較的小さくしても高いゲージファクタ（歪検知感度）を実現することができる。従って、膜部１２０の寸法が小さい場合でも、ほぼ一様な大きさの異方歪が生じる範囲内に歪検出素子２００を配置し、高いゲージファクタを得ることができる。また、歪検出素子２００を膜部１２０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１０に示すように同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に近接して配置することが好ましい。第１の実施形態に係る歪検出素子２００は、比較的小さくしても高いゲージファクタ（歪検知感度）を実現することができるため、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に数多く配置することが可能となる。
【００９８】
第１磁性層２０１／中間層２０３／第２磁性層２０２からなる歪検出素子２００の接合を複数とし、直列に接続することができる。複数の歪検出素子２００が直列に接続されている歪検出素子２００の数をＮとしたとき、得られる電気信号は、歪検出素子２００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。直列に接続する歪検出素子２００の数Ｎを増やすことで、膜部１２０の振動部１２１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。膜部１２０上に第１磁性層２０１／中間層２０３／第２磁性層２０２からなる歪検出素子２００の接合を複数配置して接続する場合、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に近接して配置することで、複数の歪検出素子２００の圧力に対するシグナルをそろえることができるため、前述した効果からＳＮ比の高い圧力センサを実現することができる。
【００９９】
ここで、図７（ａ）〜図７（ｆ）を参照して説明した通り、本実施形態に係る歪検出素子２００は、第１〜第４の平面領域内に、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って、複数配置されている。従って、第１〜第４の平面領域内に配置された複数の歪検出素子２００によって一様な歪を検出する事が出来る。
【０１００】
また、本願明細書において、検出素子を「近接」させて配置する、とは次のような場合
のことをいう。
【０１０１】
図７（ａ）〜図７（ｆ）は、膜部１２０上の歪検出素子２００の配置の例を示す模式図であり、複数の歪検出素子２００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。
【０１０２】
図７（ａ）に表したように、第１の領域Ｒ１を膜部１２０に対して平行な面（例えばＸ−Ｙ平面）に投影したときに、上述した最小外接矩形が形成可能である。最小外接矩形は、振動部１２１の形状に外接する。第１の領域Ｒ１の形状は、例えば、図７（ａ）中に点線で示した振動部１２１の外縁を膜部１２０に対して平行な面に投影した形状である。この例では、第１の領域Ｒ１の平面形状は、円形である。従って、最小外接矩形は正方形となる。
【０１０３】
図７（ａ）に示す通り、最小外接矩形は、第１辺、第２辺、第３辺及び第４辺を有する。第２辺は、第１辺と離間する。第３辺は、第１辺の一端と、第２辺の一端と、に接続される。第４辺は、第１辺の他端と、第２辺の他端と、に接続され、第３辺と離間する。また、最小外接矩形は、重心を有する。例えば、重心は、振動部１２１の重心と重なる。  
上述した通り、最小外接矩形は、第１の平面領域、第２の平面領域、第３の平面領域及び第４の平面領域を有する。第１の平面領域は、重心及び第１辺の一端を結ぶ線分、重心及び第１辺の他端を結ぶ線分、並びに、第１辺で囲まれた領域である。第２の平面領域は、重心及び第２辺の一端を結ぶ線分、重心及び第２辺の他端を結ぶ線分、並びに、第２辺で囲まれた領域である。第３の平面領域は、重心及び第３辺の一端を結ぶ線分と、重心及び第３辺の一端を結ぶ線分、並びに、第３辺で囲まれた領域である。第４の平面領域は、重心及び第４辺の他端を結ぶ線分、重心及び第４辺の他端を結ぶ線分、並びに、第４辺で囲まれた領域である。
【０１０４】
図７（ａ）に表したように、第１の領域Ｒ１のうちの第１の平面領域と重なる部分（図中、斜線で示した部分）の上に、複数の歪検出素子２００が設けられる。例えば、第１の領域Ｒ１のうちの第１の平面領域と重なる領域に設けられた、複数の歪検出素子２００の少なくとも２つのそれぞれの位置は、最小外接矩形の第１辺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が得られる外縁の領域に、数多くの歪検出素子２００を配置することが可能となる。
【０１０５】
図７（ｂ）のように、振動部１２１の平面形状が扁平円である場合も、最小外接矩形が定義できる。図７（ｃ）のように、振動部１２１の平面形状が正方形の場合においても、最小外接矩形が定義できる。この場合、最小外接矩形の平面形状は膜部と同じ正方形となる。図７（ｄ）のように、振動部１２１の平面形状が正方形の場合において、振動部１２１に曲線状（または直線状）のコーナー部が設けられる場合も、最小外接矩形が定義できる。図７（ｅ）のように、振動部１２１の平面形状が長方形の場合においても、最小外接矩形が定義できる。この場合、最小外接矩形の平面形状は被支持部１２２と同じ長方形となる。図７（ｆ）のように、振動部１２１の平面形状が長方形の場合において、振動部１２１に曲線状（または直線状）のコーナー部が設けられる場合も、最小外接矩形が定義できる。そして、第１の平面領域〜第４の平面領域が定義できる。
【０１０６】
上述したような領域に歪検出素子２００を近接して配置することによって、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に、数多くの歪検出素子２００を配置することが可能となる。
【０１０７】
次に、図１１（ａ）〜図１１（ｅ）を参照して、圧力センサ１００の他の構成例について説明する。  
図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、第１の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式的平面図である。  
図１１（ａ）〜図１１（ｅ）に示した圧力センサ１００は、図７に示す圧力センサ１００とほぼ同様に構成されているが、歪検出素子２００に含まれる第１磁性層２０１が、略正方形でなく、略長方形に形成されている点において異なる。
【０１０８】
図１１（ａ）には、膜部１２０の振動部１２１が略円形状である態様を、図１１（ｂ）には、膜部１２０の振動部１２１が略長円形状である態様を、図１１（ｄ）には、膜部１２０の振動部１２１が略正方形状である態様を、図１１（ｅ）には、膜部１２０の振動部１２１が略長方形状である態様を示している。また、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）の一部の拡大図である。
【０１０９】
図１１（ｃ）に示す通り、膜部１２０には複数の歪検出素子２００が、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って配置されている。ここで、歪検出素子２００の重心Ｇと、第１の領域Ｒ１の外縁とを最短距離で結ぶ直線を直線Ｌとすると、この直線Ｌの方向と歪検出素子２００に含まれる第１磁性層２０１の長手方向との角度が、０°よりも大きく９０°よりも小さくなるように設定されている。
【０１１０】
上述した通り、歪検出素子２００に含まれる第１磁性層２０１を、長方形状または長円形状等、形状磁気異方性を有する形状にした場合、磁化自由層２１０の初期磁化方向を、長手方向に設定する事が可能である。また、図１１（ｃ）に示した直線Ｌの方向は、歪検出素子２００に生じる歪の方向を示している。従って、この直線Ｌの方向と歪検出素子２００に含まれる第１磁性層２０１の長手方向との角度を、０°よりも大きく９０°よりも小さく設定することにより、磁化自由層２１０の初期磁化方向と歪検出素子２００に生じる歪の方向を調整して、正負の圧力に対して感応する圧力センサを製造する事が出来る。尚、この角度は、３０度以上６０度以下がさらに好ましい。
【０１１１】
また、上記角度の最大値と最小値との差が、例えば５度以下となる様に設定した場合、複数の歪検出素子２００で同様の圧力―電気抵抗特性を得ることができる。
【０１１２】
尚、図１１に示す例においては、圧力センサ１００が複数の歪検出素子２００を備えていたが、１つのみ備えていても良い。
【０１１３】
次に、図１２を参照して、歪検出素子２００の配線パターンについて説明する。  
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、第１の実施形態に係る歪検出素子の配線パターンを例示する模式図である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｄ）は、模式的な回路図であり、図１２（ｃ）は、模式的平面図である。
【０１１４】
圧力センサ１００に、複数の歪検出素子２００を設けた場合、例えば、図１２（ａ）に示す通り、全ての歪検出素子２００を直列に接続しても良い。ここで、歪検出素子２００のバイアス電圧は、例えば、５０ミリボルト（ｍＶ）以上１５０ｍＶ以下である。Ｎ個の歪検出素子２００を直列に接続した場合、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出素子の数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。
【０１１５】
バイアス電圧の値が１Ｖ以上であると、歪検出素子２００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。一方、バイアス電圧（端子間電圧）が１０Ｖを超えると、歪検出素子２００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出素子２００の数Ｎ及びバイアス電圧が設定される。
【０１１６】
例えば、複数の歪検出素子２００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出素子２００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。
【０１１７】
この電圧を発生させるためには、１つの歪検出素子２００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出素子２００の数Ｎは、２０以上２００以下が好ましい。１つの歪検出素子２００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出素子２００の数Ｎは、７以上６６以下であることが好ましい。
【０１１８】
尚、複数の歪検出素子２００は、例えば、図１２（ｂ）に示す通り、全て並列に接続されていても良い。
【０１１９】
また、例えば、図１２（ｃ）に示す通り、図７を参照して説明した第１〜第４の平面領域にそれぞれ複数の歪検出素子２００を配置し、これを第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０とした場合、図１２（ｄ）に示す通り、第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０によってホイートストンブリッジ回路を構成しても良い。ここで、図１２（ｄ）に示す第１の歪検出素子群３１０と第３の歪検出素子群３３０は同極性の歪―電気抵抗特性が得られ、第２の歪検出素子群３２０と第４の歪検出素子群３４０は第１の歪検出素子群３１０と第３の歪検出素子群３３０とは逆極性の歪―電気抵抗特性を得ることができる。尚、第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０に含まれる歪検出素子２００の数は１でもよい。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。
【０１２０】
次に、図１３（ａ）〜図１３（ｅ）を参照して、本実施形態に係る圧力センサ１００の製造方法について説明する。  
図１３（ａ）〜図１３（ｅ）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的斜視図である。
【０１２１】
本実施形態に係る圧力センサ１００の製造方法においては、図１３（ａ）に示す様に、基板１１０の一の面１１２に、膜部１２０を形成する。例えば基板１１０がＳｉ基板であった場合、膜部１２０として、ＳｉＯｘ／Ｓｉの薄膜をスパッタによって形成しても良い。
【０１２２】
尚、例えば基板１１０としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を採用する場合には、Ｓｉ基板上のＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜を膜部１２０として採用する事も出来る。この場合、膜部１２０の形成は、Ｓｉ基板とＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜との貼り合わせである。
【０１２３】
次に、図１３（ｂ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、配線１３１及びパッド１３２を形成する。即ち、配線１３１及びパッド１３２となる導電膜を形成し、その導電膜を、一部を残して除去する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
【０１２４】
また、配線１３１及びパッド１３２の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、配線１３１及びパッド１３２のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に形成して、その後レジストを除去する。
【０１２５】
次に、図１３（ｃ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、第１磁性層２０１、第２磁性層２０２、および、第１磁性層２０１と第２磁性層２０２との間に位置する中間層２０３、を形成する。
【０１２６】
次に、図１３（ｄ）に示す通り、第１磁性層２０１、第２磁性層２０２及び中間層２０３を、一部を残して除去し、歪検出素子２００を形成する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
【０１２７】
また、歪検出素子２００の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、歪検出素子２００のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に形成して、その後レジストを除去する。
【０１２８】
次に、図１３（ｄ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、配線１３３及びパッド１３４を形成する。即ち、配線１３３及びパッド１３４となる導電膜を形成し、その導電膜を、一部を残して除去する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
【０１２９】
また、配線１３３及びパッド１３４の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、配線１３３及びパッド１３４のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に形成して、その後レジストを除去する。
【０１３０】
次に、図１３（ｅ）に示す通り基板１１０の一部を、基板１１０の他の面１１３から除去して、基板１１０に空洞部１１１を形成する。この工程において除去する領域は、基板１１０の第１の領域Ｒ１に相当する部分である。尚、本実施形態においては、基板１１０の第１の領域Ｒ１内に位置する部分を全て除去しているが、基板１１０の一部を残すことも可能である。例えば、膜部１２０と基板１１０を一体に形成する場合には、基板１１０の一部を除去して薄膜化し、この薄膜化された部分を膜部１２０としても良い。
【０１３１】
本実施形態において、図１３（ｅ）に示す工程にはエッチングが用いられる。例えば膜部１２０がＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜である場合、本工程は、基板１１０の他の面１１３からの深堀加工によって行われても良い。また、本工程には、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、歪検出素子２００の位置に合わせて、レジストのホールパターンを他の面１１３にパターニングできる。
【０１３２】
また、エッチングにおいては、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、基板１１０の側壁のエッチングを抑制しつつ、基板１１０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１１０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。基板１１０のエッチングはボッシュプロセス以外にウェット工程による異方性エッチングや犠牲層を用いたエッチングを行っても良い。
【０１３３】
これより、電極の残留応力と圧力センサの感度との関係について説明する。
【０１３４】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、圧力センサの動作を例示する模式的断面図である。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、膜部１２０の表裏に圧力差が発生していない状態において、電極が圧力センサに与える影響を示す。
【０１３５】
図１４（ａ）は、膜部１２０上に電極や積層体のない場合を例示している。  
図１４（ｂ）は、膜部１２０上に電極や積層体ＳＢが配置されており、第１電極（下部電極２０４）と第２電極（上部電極２１２）の残留応力が十分に小さい場合を例示している。  
図１４（ｃ）には、膜部１２０上に電極や積層体が配置されており、第１電極と第２電極の残留応力が大きい圧縮応力を有している場合を例示している。  
図１４（ｄ）には、膜部１２０上に電極や積層体が配置されており、第１電極と第２電極の残留応力が大きい引張応力を有している場合を例示している。  
なお、膜部１２０の上には、電極間および素子間を絶縁する絶縁層２５８が設けられている。絶縁層２５８は、積層構造を有していてもよい。
【０１３６】
ここで、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）の例では、膜部１２０の残留応力の大きさがゼロである場合、または、膜部１２０の残留応力が引張応力である場合、を示している。膜部１２０の残留応力が圧縮の場合、膜部１２０の表裏に圧力差が発生していない状態においても初期の反りが発生することがある。
【０１３７】
図１４（ａ）に示すとおり、膜部１２０のみの場合には、膜部１２０の表裏に圧力差が発生していない状態では、膜部１２０は上下に反らずに平らな形状となっている。この膜部１２０に外部から圧力が加わることで上下に反り、圧力センサとして機能する。
【０１３８】
図１４（ｂ）に示すとおり、膜部１２０上に設けられた検出素子２００の電極の残留応力が十分に小さい場合には、電極が膜部１２０の形状へ与える影響が十分に小さい。膜部１２０の表裏に圧力差が発生していない状態では、膜部１２０は上下に反らずに平らな形状を保つことができる。
【０１３９】
このように、初期の撓みを小さくすることで、正負のいずれの外部圧力に対しても、圧力に対する膜部１２０の形状変化を線形とし、かつ、大きくすることができる。このため、高い感度の圧力センサを提供することができる。
【０１４０】
一方、図１４（ｃ）に示すとおり、膜部１２０上の電極が大きい圧縮応力を有している場合、電極自体の体積が膨張しようとする。このため、電極が配置された側の膜部１２０は、伸張する力を電極から受ける。そして、膜部１２０は、電極が配置された側に対して逆に、凸状に撓む。その結果、歪検出素子２００には、膜部１２０の外縁と垂直方向に引張歪が加わる状態となる。このような状態においては、膜部１２０の表裏に圧力差が発生していない状態（いわいる印加圧力がゼロの状態）において、膜部１２０が既に大きく変形している。このように変形した領域（大撓み領域）では、膜部１２０の内部応力の影響によって、圧力に対する膜部１２０の撓み変化が小さくなってしまう。これにより、印加圧力がゼロ付近の状態における圧力変化に対して、圧力センサの感度低下が引き起こされるため、好ましくない。
【０１４１】
同様に、図１４（ｄ）に示すとおり、膜部１２０上の電極が大きい引張応力を有している場合においては、電極自体の体積が収縮しようとする。このため、電極が配置された側の膜部１２０は、収縮する力を電極から受ける。そして、膜部１２０は、電極が配置された側に凸状に撓む。その結果、歪検出素子２００には、膜部１２０の外縁と垂直方向に圧縮歪が加わる状態となる。このような状態においては、膜部１２０の表裏に圧力差が発生していない状態（いわいる印加圧力がゼロの状態）において、膜部１２０が既に大きく変形している。このように変形した領域（大撓み領域）では、膜部１２０の内部応力の影響によって、圧力に対する膜部１２０の撓み変化が小さくなってしまう。これにより、印加圧力がゼロ付近の状態における圧力変化に対して、圧力センサの感度低下が引き起こされるため、好ましくない。
【０１４２】
膜部１２０上に設けられた電極（第１電極、および第２電極）の残留応力を十分に低い値とすることが好ましい。これにより、圧力に対して高い感度を有する圧力センサを提供することができる。
【０１４３】
外部圧力に対する膜部１２０の撓み変化、および、膜部１２０上の歪変化に与える電極の影響について、シミュレーションによって検証した。  
図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、シミュレーションに用いた圧力センサを例示する模式図である。このシミュレーションは、有限要素法解析によって膜部１２０および電極を複数に分割し、分割された各要素にフックの法則を適用することによって行われている。
【０１４４】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、シミュレーションに用いた圧力センサの平面形状について説明するための模式的な平面図である。  
図１５（ａ）は、電極を設けていない膜部１２０のみのモデルである。図１５（ｂ）は、膜部１２０上に歪検出素子２００（下部電極２０４、上部電極２１２、積層体ＳＢおよび絶縁層２５８）を配置した場合の平面形状図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すとおり、シミュレーションにおいては、膜部１２０の振動部１２１の形状を、角を落とした長方形の形状とした。また、振動部１２１の長辺Ｌｎ１を５８７μｍとし、振動部１２１の短辺Ｌｎ２を３７６μｍとした。更に、振動部１２１の外縁Ｅ１を、完全に拘束された固定端とした。
【０１４５】
尚、シミュレーションにおいては、膜部１２０の材料として酸化アルミニウムを想定している。膜部１２０のヤング率を１２０ＧＰａとし、ポアソン比を０．２４とした。
【０１４６】
図１５（ｂ）に示す例では、略長方形の膜部１２０の長辺側の端部に、複数の歪検出素子２００が配置されている。図１５（ｃ）は、歪検出素子２００が配置された領域の一部（図１５（ｂ）の点線で囲まれた部分）を拡大した図である。図１５（ｂ）における歪検出素子２００の下部電極２０４（第１電極）、積層体ＳＢおよび上部電極２１２（第２電極）の平面形状は、図１５（ｃ）に示すとおりである。
【０１４７】
このシミュレーションでは、膜部１２０に圧力を加えた場合において、膜部１２０の中央の変位と、膜部１２０上の歪検出素子２００の位置における歪εと、を計算している。歪の計算を行った平面位置は、図１５（ｃ）に示す位置Ｐｎ１である。位置Ｐｎ１は、膜部１２０の長軸方向（長手方向）における中央（Ｃ１）上に位置し、膜部１２０の端部から７μｍ内側の位置である。なお、図１５（ａ）の電極を設けていない場合においても、歪の計算を行った平面位置は、長軸方向の中央において、膜部の端部から７μｍ内側の位置としている。
【０１４８】
図１５（ｄ）には、圧力センサの歪検出素子２００が配置された端部の断面を示す。図１５（ｄ）は、図１５（ｂ）のＢ１−Ｂ２線における断面に対応する。図１５（ｄ）に示すとおり、下部電極２０４および積層体ＳＢの周辺は絶縁層２５８で埋め込まれている。ここで、絶縁層２５８の材料として酸化アルミニウムを想定している。膜部１２０のヤング率を１２０ＧＰａとし、ポアソン比を０．２４とした。また、下部電極２０４および上部電極２１２の材料として、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、または、これらの積層体、を想定している。下部電極２０４のヤング率を１４０ＧＰａとし、ポアソン比を０．３４とした。同様に、上部電極２１２のヤング率を１４０ＧＰａとし、ポアソン比を０．３４とした。積層体ＳＢのヤング率を１４０ＧＰａとし、ポアソン比を０．３４とした。
【０１４９】
図１５（ａ）に示す膜部１２０のみの例では、膜部１２０の厚さを７００ｎｍとした。図１５（ｂ）および図１５（ｄ）に示す、膜部１２０上に歪検出素子２００が設けられた圧力センサの例では、膜部１２０の厚さを７００ｎｍとし、下部電極２０４の厚さを１００ｎｍとし、積層体ＳＢの厚さを１００ｎｍとし、上部電極２１２の厚さを１００ｎｍとした。ここで、下部電極２０４周辺の絶縁層２５８ａの厚さを、下部電極２０４の厚さと同じにした。積層体ＳＢの周辺の絶縁層２５８ｂの厚さを、積層体ＳＢの厚さと同じにした。
【０１５０】
図１５（ａ）の膜部１２０のみの例では、膜部１２０の最表面において、歪の計算を行った。  
図１５（ｂ）、図１５（ｃ）および図１５（ｄ）の例では、積層体ＳＢと上部電極２１２との界面において、歪の計算を行った。  
ここで歪の計算においては、長軸方向（Ｘ方向）の歪εｘ、および、短軸方向（Ｙ方向）の歪εｙをそれぞれ算出し、その差分εｙ-εｘを算出した。本実施形態の歪検出素子２００では、積層体ＳＢに加わるεｙ-εｘ（異方歪）の圧力に対する変化が、圧力センサの感度に比例する。このため、εｙ-εｘの圧力に対する変化が大きいほど高い感度の圧力センサを提供することができる。
【０１５１】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）〜図１５（ｄ）に示す圧力センサについて、電極の残留応力が圧力センサ特性に与える影響をシミュレーションによって調べた。  
図１６（ａ）〜図１６（ｆ）は、圧力センサの特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
【０１５２】
図１６（ａ）は、図１５（ａ）に例示した圧力センサにおける、印加圧力Ｐに対する膜部中心の変位Ｌｖの変化についての計算結果を示す。図１６（ｂ）は、図１５（ａ）に例示した圧力センサにおける、印加圧力Ｐに対する膜部表面の歪の変化についての計算結果を示す。  
ここでの印加圧力Ｐは、歪を算出した面とは反対側の面から加えられている。印加圧力Ｐがプラスの場合の圧力を陽圧とし、マイナスの場合の圧力を陰圧としている。また、膜部１２０の残留応力は０メガパスカル（ＭＰａ）として計算を行った。
【０１５３】
図１６（ａ）に示したように、電極を設けていない場合の膜部１２０においては、陽圧における中心変位と、陰圧における中心変位と、は対称である。中心変位は、印加圧力Ｐがゼロの付近で、線形に変化していることが分かる。また、図１６（ｂ）に示したように、電極を設けていない場合には、膜部表面の異方歪εｙ-εｘの圧力に対する変化は、印加圧力Ｐがゼロの付近において、線形である。さらに、異方歪εｙ-εｘの圧力に対する変化量は、印加圧力Ｐがゼロの付近において、最大となっていることがわかる。印加圧力Ｐがゼロの付近において線形に変化し感度が最大となる、このような膜部１２０は、特にマイクロフォンのような膜部１２０に陽圧と陰圧とが交互に加わるデバイスにおいて好ましい。
【０１５４】
図１６（ｃ）および図１６（ｄ）は、図１５（ｂ）〜図１５（ｄ）を参照して平面形状を説明した、歪検出素子が設けられた圧力センサの特性を示す。図１６（ｃ）は、印加圧力Ｐに対する膜部中心の変位Ｌｖの変化についての計算結果を示している。図１６（ｄ）は、印加圧力Ｐに対する積層体表面の歪の変化についての計算結果を示している。  
なお、膜部１２０の残留応力を＋１ＭＰａとし、下部電極２０４の残留応力および上部電極２１２の残留応力を、それぞれ十分に小さい値（−５ＭＰａ）、として計算を行った。
【０１５５】
図１６（ｃ）に示したように、電極の残留応力が十分に小さい場合には、陽圧における中心変位と、陰圧における中心変位と、は対称である。中心変位は、印加圧力Ｐがゼロの付近で、線形に変化していることが分かる。また、図１６（ｄ）に示したように、電極の残留応力が十分に小さい場合には、積層体表面の異方歪εｙ-εｘの圧力に対する変化は、印加圧力Ｐがゼロの付近において、線形である。さらに、異方歪εｙ-εｘの圧力に対する変化量は、印加圧力Ｐがゼロの付近において、最大となっていることがわかる。印加圧力Ｐがゼロの付近において線形に変化し感度が最大となる、このような膜部１２０は、特にマイクロフォンのような膜部１２０に陽圧と陰圧とが交互に加わるデバイスにおいて好ましい。
【０１５６】
図１６（ｅ）および図１６（ｆ）は、図１５（ｂ）〜図１５（ｄ）を参照して平面形状を説明した、歪検出素子が設けられた圧力センサの特性を示す。図１６（ｅ）は、印加圧力Ｐに対する膜部中心の変位Ｌｖの変化についての計算結果を示している。図１６（ｆ）は、印加圧力Ｐに対する積層体表面の歪の変化についての計算結果を示している。
【０１５７】
なお、膜部１２０の残留応力を＋１ＭＰａとし、下部電極２０４の残留応力および上部電極２１２の残留応力を、それぞれ大きい値（−６００ＭＰａ）として計算を行った。
【０１５８】
図１６（ｅ）に示したように、電極の残留応力が大きい場合には、陽圧における中心変位と陰圧における中心変位との対称性が崩れている。また、図１６（ｄ）に示したように、電極の残留応力が大きい場合には、積層体表面の異方歪εｙ-εｘの圧力に対する変化量は、印加圧力Ｐがゼロの付近では、最大にならい。積層体表面の異方歪εｙ-εｘの圧力に対する変化量が最大となる印加圧力は、陽圧側にシフトしており、０．４ｋＰａ程度である。このような印加圧力Ｐがゼロの付近において感度が最大とならない圧力センサは、特にマイクロフォンのような膜部に陽圧と陰圧が交互に加わるデバイスにおいて好ましくない。
【０１５９】
図１７は、圧力センサの特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。  
図１７には、図１５（ｂ）〜図１５（ｄ）を参照して平面形状を説明した、歪検出素子が設けられた圧力センサの特性を示す。図１７は、印加圧力Ｐがゼロの付近における、積層体表面の異方歪の変化量についての計算結果を示している。ここで、下部電極２０４の残留応力と、上部電極２１２の残留応力と、を同時に０ＭＰａから−６００ＭＰａまで変化させている。なお、膜部１２０の残留応力は、＋１ＭＰａとした。図１７の縦軸は、圧力に対する異方歪の変化量Ｒεを表し、図１７の横軸は、電極の平均残留応力Ｆ１を表す。
【０１６０】
平均残留応力Ｆ１（第１電極の残留応力および第２電極の残留応力の平均値）の絶対値が１００ＭＰａ以下の場合に、圧力に対する異方歪の変化量Ｒεは最大となった。図１７に示すように、１００ＭＰａ以下の場合に、圧力に対する異方性歪の変化量Ｒεが高い値となることがわかった。
【０１６１】
実施形態においては、第１電極の残留応力の絶対値を１００ＭＰａ以下とする。また、第２電極の残留応力の絶対値を１００ＭＰａ以下とする。このように、本実施形態の圧力センサでは、第１電極および第２電極の残留応力を小さい値とすることによって、圧力ゼロ付近で高い感度を示す圧力センサを提供することができる。また、このような圧力センサは、陽圧および陰圧の両方が加わるマイクロフォンのみでなく、陽圧のみ又は陰圧のみを測定する圧力センサにおいても、印加圧力がゼロの状態と所望の圧力が加えられた状態と間の歪変化を大きくすることができ、線形とすることができるため、好ましい。
【０１６２】
また、第１電極の厚さおよび第２電極の厚さが、厚ければ厚いほど、膜部１２０の初期変形に与える影響が大きくなる。このためため、第１電極の厚さおよび第２電極の厚さは、薄いほうが好ましく、それぞれ２００ｎｍ以下が好ましく、さらには１００ｎｍ以下が好ましい。
【０１６３】
本実施形態において、膜部１２０上に配置される歪検出素子２００の下部電極２０４（第１電極）にＴａ−Ｍｏ合金層を設けることで高い感度の圧力センサを提供することができる。また、本実施形態において、膜部１２０上に配置される歪検出素子２００の上部電極２１２（第２電極）にＴａ−Ｍｏ合金層を設けることで高い感度の圧力センサを提供することができる。
【０１６４】
前述したように、本実施形態の圧力センサでは、下部電極２０４と上部電極２１２のそれぞれの残留応力を低い値とすることによって、印加圧力がゼロの付近で、感度が最大となる圧力センサを提供することができる。
【０１６５】
一方で、下部電極２０４および上部電極２１２には、残留応力以外の観点で、用いることができる材料に制約がある。まず、電極材料は、電極として形成後にそれよりも上の層が設けられる前の大気暴露時において、酸化に対する耐性を有することが好ましい。さらに、電極材料は、素子形成プロセスにおけるレジスト除去に用いられる酸素アッシャー工程などにおいて、酸化に対する耐性を有することが好ましい。
【０１６６】
また、下部電極２０４の上に形成される積層体ＳＢは、複数の材料を含む金属膜または酸化膜の積層体である。積層体ＳＢの加工は、物理ミリング加工で行うのが一般的である。このため、積層体ＳＢよりも下に設けられる下部電極２０４の最表面には、物理ミリングレートが遅く、ストッパ層の機能を有する材料を配置することが好ましい。
【０１６７】
図１８は、発明者らが実施した実験によって確認された、電極の材料の特性を例示する表である。図１８は、残留応力、比抵抗、Ａｒミリングレートおよび酸化耐性の有無を示す。  
これらの結果は、各種材料の膜を形成後に、３６０℃、６Ｈの熱処理を行った後の結果である。図１８に示すように、Ｔａ層は、表面に不導体被膜を形成するため酸化耐性も高く、かつ物理ミリングレートも十分に遅い。このため、これらの観点からは、Ｔａ層を、下部電極２０４の最表面（第１電極キャップ層）や上部電極２１２の最表面（第２電極キャップ層）に用いることが好ましい。
【０１６８】
ここで、Ｔａは図１８に示すように比抵抗が高いため、配線抵抗を十分に低くする観点では、Ｔａの単層で下部電極２０４および上部電極２１２を形成するのは好ましくない。このような観点で、Ｃｕ層やＣｕ９５Ａｇ５層など比抵抗が十分に低い材料と、Ｔａ層と、を積層して電極を形成するのが好ましい。例えば、Ｔａ／Ｃｕ９５Ａｇ５／Ｔａなどの３層構造とするのが好ましい。ここで、電極中の下地層としてのＴａ層は３〜１０ｎｍが好ましい。また、電極中のキャップ層としてのＴａ層は酸化防止機能を十分に発揮する観点と、物理ミリングストッパ機能を果たす観点と、から２５ｎｍ以上とすることが好ましい。電極中のキャップ層としてのＴａ層は２５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１６９】
ここで、残留応力の観点で図１８のＴａの結果をみると、Ｔａは、−２６５６ＭＰａと非常に大きい圧縮の残留応力を有していることがわかる。一方で、ＣｕやＣｕ９５Ａｇ５は、＋６００ＭＰａ程度の引張の残留応力を有しており、前述したＴａとＣｕＡｇとの積層構造の電極では、圧縮応力と引張応力とが、弱め合う（例えば相殺される）ことになる。しかし、Ｔａの圧縮応力の絶対値は、ＣｕやＣｕＡｇの引張応力の絶対値に比べて非常に大きい。このため、前述した高感度な圧力センサを提供する観点で好ましい、残留応力の絶対値が１００ＭＰａ以下である電極を提供することが難しい。
【０１７０】
一方、本発明者らが鋭意検討した結果、図１８に示すように、ＴａとＭｏとを含むＴａ−Ｍｏ合金を用いた場合、その残留応力はＴａの５５％程度に低減する。さらに、電極の最表面材料として必要な酸化耐性および低物理ミリングレートも、Ｔａと同等であることがわかった。このようなＴａとＭｏとを含むＴａ−Ｍｏ合金を第１電極または第２電極に用いることで、電極の残留応力を低減でき、高い感度の圧力センサを提供することができる。
【０１７１】
図１９は、歪検出素子の電極の特性を例示するグラフ図である。  
図１９は、歪検出素子の電極における残留応力Ｆ２（ＭＰａ）の、電極のキャップ層の厚さＴｃ（ｎｍ）に対する依存性を示している。この実験では、キャップ層の材料として、Ｔａ−ＭｏおよびＴａが用いられる。  
実施例１として、
Ｔａ８１Ｍｏ１９（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（６０ｎｍ）／Ｔａ８１Ｍｏ１９（Ｔｃ  ｎｍ）
を作製して残留応力を調べた。  
比較例１として、
Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（６０ｎｍ）／Ｔａ（Ｔｃ  ｎｍ）
を作製して残留応力を調べた。
【０１７２】
これらの結果も各種材料の膜を形成後に３６０℃、６時間の熱処理を行った後の結果である。図１９において、黒丸および実線は、実施例１のデータを示しており、白丸及び破線は、比較例１のデータを示している。実線および破線は、図１８のＴａ，ＣｕＡｇ、ＴａＭｏの各種単層の残留応力の結果を元に、膜の厚さの比を考慮してフィッティングした結果である。
【０１７３】
図１９より、比較例１のＴａを用いた場合では、電極の厚さ（各膜の厚さの合計）を１００ｎｍ程度として設計した場合、最表面のＴａキャップ層の厚さを２５ｎｍ以上に保とうとすると、絶対値１００ＭＰａ以下の残留応力を実現できないことがわかる。一方で、実施例１のＴａ−Ｍｏを用いた場合では、電極の厚さを１００ｎｍ程度として設計した場合、最表面のＴａＭｏキャップ層の膜厚を２５ｎｍ以上に保った上で、ＴａＭｏ膜厚を最適な値とすることで１００ＭＰａ以下の残留応力を実現できることがわかる。
【０１７４】
ここで、本実施形態で用いることができるＴａ−Ｍｏ合金のＭｏ組成として、Ｔａ−Ｍｏ合金として、Ｔａ１００−ｘＭｏｘ（１３ａｔ．％≦ｘ≦７０ａｔ．％）を用いることができる。Ｔａ−Ｍｏ合金がＴａに比べて低い残留応力が実現できるメカニズムは完全には明らかとなっていないが、本発明者らが確認した結果、Ｔａ−Ｍｏ合金の結晶構造は、体心立方晶構造（α−Ｔａ構造）となっている。これは、スパッタで形成したＴａ薄膜がとり易い正方晶構造（β−Ｔａ構造）とは異なる構造である。このようなＭｏ添加による結晶構造の変化が残留応力を低減した一因と考えられる。ここで、結晶構造が体心立方晶構造（α−Ｔａ構造）となる観点で、Ｔａ−Ｍｏ合金のＭｏ組成を１３ａｔ．％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｏ組成が高すぎると、物理ミリングレートが速くなる傾向があるため、低物理ミリングレートを維持する観点で、Ｔａ−Ｍｏ合金のＭｏ組成を７０ａｔ．％以下とすることが好ましい。
【０１７５】
（第２の実施形態）  
第１の実施形態において説明したように、下部電極２０４にＴａ−Ｍｏ合金を用いることにより、高い感度の圧力センサを提供することができる。この場合には、積層体ＳＢの下地層２０５に結晶成長を分断する機能を有する層を含ませることが好ましい。
【０１７６】
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第２の実施形態に係る歪検出素子の一部を例示する模式的斜視図である。  
図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示すように、本実施形態に係る歪検出素子において、下地層２０５は、結晶成長分断層２０５ｃを含む。これ以外について、本実施形態に係る歪検出素子の構成は、第１の実施形態に係る歪検出素子と同様なので、説明を省略する。
【０１７７】
好ましい下地層２０５の構成を図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示す。例えば、図２０（ａ）に示すとおり、前述したバッファ層２０５ａと、その上に形成される結晶成長分断層２０５ｃと、その上に形成される前述したシード層２０５ｂと、を用いることができる。
【０１７８】
ここで、結晶成長分断層２０５ｃとして、アモルファス層（アモルファスの材料を含む層）を用いることができる。アモルファス材料として、例えば、ＢやＮなどの軽元素を含む金属層を用いることができる。例えば、Ｃｕ８０Ｂ２０などを用いることができる。結晶成長分断層２０５ｃに用いるアモルファス材料として、非磁性材料を用いることが好ましい。磁性材料を用いた場合、下地層２０５に含まれる磁性材料からの漏洩磁界が積層体ＳＢの磁化自由層の動作に影響を与えて、磁化の回転を阻害する可能性がある。このため、非磁性材料を用いることが好ましい。例えば、図２０（ａ）に示す下地層２０５として、Ｔａ  １ｎｍ（バッファ層２０５ａ）／Ｃｕ８０Ｂ２０  ３ｎｍ（結晶成長分断層２０５ｃ）／Ｒｕ  ２ｎｍ（シード層２０５ｂ）を用いることができる。
【０１７９】
その他には、例えば、図２０（ｂ）に示すように、結晶成長分断層２０５ｃの構造は、Ｃｕ層２０５ｅとＴａ層２０５ｄとの積層構造であってもよい。また、結晶成長分断層２０５ｃの構造は、Ｃｕを含む層２０５ｅとＴａを含む層２０５ｄとの積層構造であってもよい。Ｔａを含む層２０５ｄは、Ｃｕを含む層２０５ｅの上に形成される。このような構成を用いた場合、Ｃｕ層２０５ｅ上のＴａ層２０５ｄはアモルファスとなりやすいので、結晶成長分断層２０５ｃとして機能させることができる。例えば、図２０（ｂ）に示す下地層２０５として、Ｔａ  １ｎｍ（バッファ層２０５ａ）／Ｃｕ  ３ｎｍ／Ｔａ  ２ｎｍ（結晶成長分断層２０５ｃ）／Ｒｕ  ２ｎｍ（シード層２０５ｂ）を用いることができる。
【０１８０】
本発明者が検討した結果、下部電極２０４にＴａ−Ｍｏ合金を用いる場合において、積層体ＳＢの下地層２０５が、結晶成長を分断する機能を有する層を含むと、高い歪感度が得られることがわかった。
【０１８１】
下部電極２０４にＴａ−Ｍｏ合金を用いる場合において、下記の積層体ＳＢ（積層体ＳＢＡおよび積層体ＳＢＢ）をそれぞれ作成して、特性の評価を行った。積層体ＳＢＡは、結晶成長分断層２０５ｃを含む下地層２０５Ａを含む。積層体ＳＢＢは、下地層２０５Ｂを含む。積層体ＳＢＡおよび積層体ＳＢＢのそれぞれの素子構造の詳細は下記の通りである。
【０１８２】
積層体ＳＢＡに接続される電極の構成と、積層体ＳＢＢに接続される電極の構成とは、共通であり、以下の通りである。  
下部電極２０４  ：  Ｔａ１９Ｍｏ８１（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（６０ｎｍ）／Ｔａ１９Ｍｏ８１（３５ｎｍ）  
上部電極２１２  ：  Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２００ｎｍ）／Ｔａ（３５ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）
ここで、本実施例では、下部電極２０４から積層体への結晶成長が歪感度に与える影響を検証する目的の素子となっているため、上部電極２１２は簡易的な評価が可能となる厚い膜厚の構成を用いている。
【０１８３】
積層体ＳＢＡの構成は以下の通りである。  
下地層２０５Ａ  ：  Ｔａ（１ｎｍ）／Ｃｕ（３ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ピニング層２０６  ：  Ｉｒ２２Ｍｎ７８（７ｎｍ）
第２磁化固定層２０７  ：  Ｆｅ５０Ｃｏ５０（２．５ｎｍ）
磁気結合層２０８  ：  Ｒｕ（０．９ｎｍ）
第１磁化固定層２０９  ：  Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）
中間層２０３  ：  Ｍｇ−Ｏ（１．５ｎｍ）
歪検知層（磁化自由層２１０）  ：  Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）
拡散防止層  ：  Ｍｇ−Ｏ  （１．５ｎｍ）
キャップ層２１１  ：  Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１５ｎｍ）
積層体ＳＢＢの構成は以下の通りである。
【０１８４】
下地層２０５Ｂ  ：  Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ピニング層２０６  ：  Ｉｒ２２Ｍｎ７８（７ｎｍ）
第２磁化固定層２０７  ：  Ｆｅ５０Ｃｏ５０（２．５ｎｍ）
磁気結合層２０８  ：  Ｒｕ（０．９ｎｍ）
第１磁化固定層２０９  ：  Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）
中間層２０３  ：  Ｍｇ−Ｏ  （１．５ｎｍ）
歪検知層（磁化自由層２１０）  ：  Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（４ｎｍ）
拡散防止層  ：  Ｍｇ−Ｏ  （１．５ｎｍ）
キャップ層２１１  ：  Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１５ｎｍ）
積層体ＳＢＡの構成および積層体ＳＢＢの構成は、下地層以外については、互いに同じである。
【０１８５】
図２１は、歪検出素子の特性を例示するグラフ図である。  
図２１には、積層体ＳＢＡと積層体ＳＢＢのＭＲ変化率ＭＲ（％）の結果を示している。積層体ＳＢＢは積層体ＳＢＡに比べてＭＲ変化率が８割程度に低減していることがわかる。一方で、積層体ＳＢＡと積層体ＳＢＢの歪検知層の保磁力と磁歪を調べたところ、積層体ＳＢＡ、積層体ＳＢＢともに保磁力は３Ｏｅ、磁歪は２０ｐｐｍであることがわかった。積層体ＳＢＡと積層体ＳＢＢの歪感度（ＧＦ）を評価した結果、積層体ＳＢＡのＧＦは４１００であったのに対して、積層体ＳＢＢのＧＦは３２００であった。  
積層体ＳＢＡの保磁力と積層体ＳＢＢの保磁力とは同等であり、積層体ＳＢＡの磁歪と積層体ＳＢＢの磁歪とは同等である。これに対して、積層体ＳＢＢのＭＲ変化率が積層体ＳＢＡのＭＲ変化率の８割程度となっている。このため、その影響で積層体ＳＢＢのＧＦも積層体ＳＢＡのＧＦの８割程度の値となっている。
【０１８６】
積層体ＳＢＢのＭＲ変化率が積層体ＳＢＡのＭＲ変化率に比べて低減した原因を調べるために、積層体ＳＢＡと積層体ＳＢＢの磁化曲線のメジャーループを評価した。その結果、積層体ＳＢＢでは、第１磁化固着層と第２磁化固着層の磁化の固着（ピン固着）が、積層体ＳＢＡに比べて弱いことがわかった。このため、ゼロ磁界付近で第１磁化固着層の磁化方向と歪検知層の磁化方向とが完全な平行でないため、ＭＲ変化率が低減していることがわかった。
【０１８７】
積層体ＳＢＢのピン固着が不十分である原因を調べるために、積層体ＳＢＡと積層体ＳＢＢの結晶構造をＸ線回折により調べた。  
図２２は、歪検出素子に用いられる積層体のＸ線回折結果を例示するグラフ図である。下地層２０５Ａに結晶成長分断層２０５ｃを設けた積層体ＳＢＡでは、ピニング層２０６のＩｒＭｎの結晶配向が良好なｆｃｃ（１１１）の優先配向となっている。これに対して、積層体ＳＢＢではピニング層２０６のＩｒＭｎのｆｃｃ（１１１）の回折ピークが弱く、結晶配向性が悪いことがわかった。これは、体心立方晶構造のＴａ−Ｍｏ合金上の特有な結晶成長に起因するものである。本実施形態のような結晶成長分断層２０５ｃを用いることによって、積層体ＳＢの結晶配向を積層体ＳＢのシード層から新たに成長させることができ、上述したピン固着を向上させることができる。また、図２２のＸ線回折結果より、下部電極２０４に含まれるＴａ−Ｍｏ合金起因の回折ピークがα−Ｔａ（１１０）のみとなっており、体心立方晶構造となっていることがわかる。
【０１８８】
このようなＴａ−Ｍｏ合金上のピン固着を向上させる目的で、本実施形態の結晶成長分断層２０５ｃを用いる以外に、例えば、磁化自由層２１０にアモルファス磁性層を用いる方法も考えられる。この場合には、磁化固定層２０９が磁化自由層２１０よりも上側に形成されるトップ型の構造を用いる。これにより、磁化自由層に結晶成長分断の役割を担わせ、磁化固定層の配向を良好なものにすることができる。なお、トップ型の構造については、後述する（例えば図６５）。
【０１８９】
（第３の実施形態）  
第３の実施形態において、磁化自由層２１０は、アモルファス磁性層を含む。磁化自由層２１０がアモルファス磁性層を含む場合の構成及び材料の例について説明する。  
図２３は、第３の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的斜視図である。  
本実施形態に係る歪検出素子２００Ａの磁化自由層２１０には、アモルファス部分を含む強磁性材料が用いられている。さらに、本実施形態に係る歪検出素子２００Ａにおいて、積層体ＳＢは、磁化自由層２１０とキャップ層２１１との間に設けられた拡散防止層２１６を含む。これ以外について、本実施形態に係る歪検出素子は、第１及び第２の実施形態に係る歪検出素子と同様である。
【０１９０】
例えば、磁化自由層２１０には、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素と、アモルファス化促進元素（例えばホウ素（Ｂ））と、を含む合金を用いることができる。磁化自由層２１０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｂ合金などを用いることができる。磁化自由層２１０には、例えば、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％よりも大きく４０ａｔ．％以下）を用いることができる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いることができる。
【０１９１】
磁化自由層２１０に、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群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、大きい磁歪定数λを促進する元素として、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷの少なくともいずれかを添加しても良い。磁化自由層２１０として、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金を用いても良い。
【０１９２】
磁化自由層２１０の少なくとも一部に、Ｆｅ１−ｙＢｙ（０＜ｙ≦０．３）、または、（ＦｅａＸ１−ａ）１−ｙＢｙ（Ｘは、ＣｏまたはＮｉ、０．８≦ａ＜１、０＜ｙ≦０．３）を用いる場合は、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、特に好ましい。例えば、４ｎｍの厚さのＦｅ８０Ｂ２０層を用いることができる。
【０１９３】
磁化自由層２１０は、上述した通り、アモルファス部分を含む。磁化自由層２１０のうちの一部は、結晶化していてもよい。磁化自由層２１０は、結晶化した部分を含みつつ、アモルファス部分を含んでも良い。
【０１９４】
磁化自由層２１０における磁歪定数λ及び保磁力Ｈｃは、磁化自由層２１０に含まれる強磁性材料の体積比に応じた加算可能な特性である。磁化自由層２１０中に結晶化している部分が存在している場合も、アモルファス部分の磁気特性が得られることで、小さい保磁力Ｈｃを得ることができる。例えば、中間層２０３に絶縁体を用い、トンネル磁気抵抗効果を利用する場合、磁化自由層２１０の中間層２０３との界面を含む部分は、結晶化していることが好ましい。これにより、例えば、高いＭＲ変化率が得られる。
【０１９５】
磁化自由層２１０におけるホウ素濃度（例えば、ホウ素の組成比）は、５ａｔ．％（原子パーセント）以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得易くなる。磁化自由層２１０におけるホウ素濃度は、３５ａｔ．％以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。磁化自由層におけるホウ素濃度は、例えば、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。
【０１９６】
例えば、磁化自由層２１０は、中間層２０３に接する、又は近接する第１の部分と、第１の部分に接する、又は近接する第２の部分と、を含む。第１の部分は、例えば、磁化自由層２１０のうちの中間層２０３に接する部分を含む。この第１の部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が用いられる。そして、第２の部分には、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金を用いる。すなわち、磁化自由層２１０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば、２ｎｍである。このＦｅ−Ｇａ−Ｂ層の厚さは、例えば、６ｎｍである。また、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金を用いることができる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。このＦｅ−Ｂ厚さは、例えば、４ｎｍである。既に説明したように、磁化自由層２１０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金を用いても良い。この場合、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。
【０１９７】
このＦｅ−Ｂ層の厚さは、例えば、４ｎｍである。このように、中間層２０３側の第１の部分に、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いることで高いＭＲ変化率を得ることができる。
【０１９８】
磁化自由層２１０のうちの中間層２０３との界面を含む第１の部分には、結晶化した、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）を用いても良い。磁化自由層２１０のうちの中間層２０３との界面を含む第１の部分には、結晶化した、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さ２ｎｍ）のような２層構造を用いても良い。
【０１９９】
磁化自由層２１０として、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さ４ｎｍ）の積層膜を用いても良い。第２磁性層２０２として、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さ２ｎｍ）／Ｃｏ３５Ｆｅ３５Ｂ３０（厚さ４ｎｍ）の積層膜を用いても良い。この積層膜においては、中間層２０３から離れるに従って、ホウ素濃度が上昇する。
【０２００】
磁化自由層２１０にアモルファス化促進元素（例えばホウ素）を含有する磁性材料を用いる場合、拡散防止層２１６は、アモルファス化促進元素の拡散を抑制し、磁化自由層２１０のアモルファス構造を保つ。拡散防止層２１６は、酸化物や窒化物等を含む。拡散防止層２１６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２１６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２１６の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層２０３の面積抵抗よりも低く設定されることが好ましい。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、１．５ｎｍのＭｇＯを用いることができる。また、酸窒化物は酸化物か窒化物のいずれかと見なすことができる。
【０２０１】
拡散防止層２１６に酸化物材料、窒化物材料を用いる場合、拡散防止層２１６の厚さは、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２１６の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。
【０２０２】
拡散防止層２１６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２１６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２１６と磁化自由層２１０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。
【０２０３】
拡散防止層２１６と磁化自由層２１０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２１６と磁化自由層２１０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２１０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２１０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。
【０２０４】
本実施形態においては、拡散防止層２１６と磁化自由層２１０との間に図示しない磁性層を更に設けても良い。この図示しない磁性層は、磁化方向が可変である。この図示しない磁性層には、磁化自由層２１０に適用可能な材料と同様の材料を適用することが可能である。また、この図示しない磁性層は、磁化自由層２１０と磁気的に結合し、磁化自由層２１０と一体として機能しても良い。
【０２０５】
拡散防止層２１６は、磁化自由層２１０中に設けても良い。この場合、磁化自由層２１０のうちの拡散防止層２１６と中間層２０３との間に位置する部分におけるホウ素の拡散（例えば、上述した第１の部分と第２の部分との間におけるホウ素の拡散）が抑制できる。これにより、小さい保磁力Ｈｃが得られる。すなわち、磁化自由層２１０全体の保磁力Ｈｃを小さく保つことができる。拡散防止層２１６を磁化自由層２１０中に設ける場合においては、複数の拡散防止層２１６を設けても良い。
【０２０６】
次に、図２４及び図２５を参照して、下部電極２０４の凹凸と、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃとの関係について説明する。  
図２４および図２５は、第３の実施形態に係る歪検出素子の一部を例示する模式的断面図である。図２４は下部電極２０４上面の凹凸が小さい場合を、図２５には下部電極２０４上面の凹凸が大きい場合を例示している。
【０２０７】
図２４に示す例においては、磁化自由層２１０がアモルファス化促進元素（図２４においてはホウ素（Ｂ））を含有しており、アモルファス状態となっている。ここで、発明者らの鋭意検討の結果、磁化自由層２１０がアモルファス状態である場合、磁化自由層２１０が結晶状態である場合と比較して、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃが小さくなることが分かった。従って、磁化自由層２１０にアモルファス化促進元素を含有させて、磁化自由層２１０をアモルファス状態とする。これにより、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃを低減させ、ゲージファクタを大きくすることが出来る。
【０２０８】
一方、図２５に示すとおり、磁化自由層２１０にアモルファス化促進元素を含有させても、アニール処理時にこのアモルファス化促進元素が隣接層に拡散してしまい、これに伴って磁化自由層２１０の結晶化が進行し、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃが増大してしまう事があった。発明者らの鋭意検討の結果、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化は、下部電極２０４上面の凹凸が大きい場合に生じやすい傾向があることが分かった。これは、以下の様な理由によるものと考えられる。
【０２０９】
即ち、図２４に示す通り、下部電極２０４上面の凹凸が小さい場合には、その上面に成膜される下地層２０５から第１磁化固定層２０９までの各層の凹凸と、中間層２０３の凹凸と、磁化自由層２１０の凹凸と、拡散防止層２１６の凹凸と、が小さくなる。従って、アモルファス化促進元素の拡散を防止する中間層２０３や拡散防止層２１６の厚さも比較的均一であり、アニール時におけるアモルファス化促進元素の拡散を好適に抑制することが可能であると考えられる。
【０２１０】
一方、図２４に示す通り、下部電極２０４上面の凹凸が大きい場合には、その上面に成膜される下地層２０５から第１磁化固定層２０９までの各層の凹凸と、中間層２０３の凹凸と、磁化自由層２１０の凹凸と、拡散防止層２１６の凹凸と、が大きくなる。従って、中間層２０３や拡散防止層２１６には、薄い部分が生じてしまう。従って、アモルファス化促進元素は、アニール時にこの薄い部分を介して拡散してしまうものと考えられる。
【０２１１】
また、発明者らの検討の結果、このようなアモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化の進行は、下部電極２０４の材料の結晶粒径が小さい場合には比較的発生しづらく、下部電極２０４の材料の結晶粒径が大きい場合には比較的発生しやすいことが分かった。
【０２１２】
次に、図２６を参照して、本実施形態に係る歪検出素子２００の態様について説明する。  
図２６は、第３の実施形態に係る歪検出素子を例示する模式的断面図である。  
図２６に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ２が、所定の値Ｒａｃ２以下である。この値Ｒａｃ２は、例えば０．３ｎｍである。Ｒａ値は、所定の表面の凹凸の大きさを示す数値であり、平均粗さとも呼ばれる。Ｒａ値の算出方法については、後で図２７（ａ）及び図２７（ｂ）を参照して説明する。尚、平均粗さＲａ２は、例えば、図２７（ａ）及び図２７（ｂ）を参照して説明するＲａ値によって算出される。
【０２１３】
また、図２６に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の最大粗さＲｍａｘ２が、所定の値Ｒｍａｘｃ２以下である。この値Ｒｍａｘｃ２は、例えば２．５ｎｍである。Ｒｍａｘ値は、所定の表面の凹凸の大きさを示す数値であり、最大粗さとも呼ばれる。Ｒｍａｘ値の算出方法については、後で図２７（ｃ）を参照して説明する。尚、最大粗さＲｍａｘ２は、例えば、図２７（ｃ）を参照して説明するＲｍａｘ値によって算出される。
【０２１４】
図２６に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、下部電極２０４に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）およびコバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率の金属層（下部電極中間金属層２０４ｂ）を有し、この金属層の上面のＲａ値Ｒａ１が、所定の値Ｒａｃ１以下である。所定の値Ｒａｃ１は、例えば２ｎｍである。
【０２１５】
図２６に示す通り、下部電極中間金属層２０４ｂの上面のＲｍａｘ値Ｒｍａｘ１は、所定の値Ｒｍａｘｃ１以下である。所定の値Ｒｍａｘｃ１は、例えば１０ｎｍである。
【０２１６】
図２６に示す通り、下部電極中間金属層２０４ｂの結晶粒径ＧＳ１は、所定の値ＧＳｃ１以下である。この値ＧＳｃ１は、例えば５０ｎｍである。
【０２１７】
また、上述した通り、下部電極２０４は、低抵抗率の金属層として、Ｃｕ−Ａｇ合金を含んでいても良い。これにより、下部電極２０４に含まれる低抵抗率の金属層(下部電極中間金属層２０４ｂ)の結晶粒径ＧＳ１を小さくする事が出来る。Ｃｕ−Ａｇ合金として、例えば、Ｃｕ１００−ｘＡｇｘ（１ａｔ．％≦ｘ≦２０ａｔ．％）を用いることができる。
【０２１８】
このような構成によれば、下部電極２０４上面の凹凸に起因する、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の凹凸及び拡散防止層２１６と第１磁性層２０１との界面の凹凸を低減することができる。そして、中間層２０３及び拡散防止層２１６に薄い部分が出来ることを抑制することが可能である。従って、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う第１磁性層２０１の結晶化を抑制することができる。これにより、第１磁性層２０１を、低い保磁力を有するアモルファス状態に維持することができる。アニールによる高ＭＲを実現し、圧力センサのゲージファクタを大きくして、高感度な歪検出素子２００及びこれを搭載した圧力センサを提供することが可能となる。
【０２１９】
次に、図２７を参照して、凹凸の計算方法を説明する。図２７は、本明細書における凹凸の計算方法を説明するための模式的な図である。
【０２２０】
まず、図２７（ａ）を参照して、所定の面ＳＦ中、高さ方向（この例ではＺ方向）における位置の平均値Ｚｃの算出方法を説明する。図２７（ａ）中の曲線は、歪検出素子２００を側面から見た場合の、所定の面ＳＦのＺ方向における位置を模式的に示したものである。また、図中の「ｉ」は、Ｚ方向に直交する方向（ＸＹ平面に平行な所定の方向）における所定の位置を、「Ｚ（ｉ）」は、位置ｉにおける所定の面ＳＦのＺ方向における位置（基準Ｒｅｆからの距離）を示している。更に、図中のＺｃは、全てのｉにおけるＺ（ｉ）の平均値である。Ｚｃは、図２７（ａ）に示す通り、下記式（１）によって表される。
【０２２１】
【数１】
2016161410.tif 000003
尚、例えば実際の歪検出素子２００を切断し、ＴＥＭ等によって断面を観察した場合には、取得した画像中の、例えば中間層２０３又は拡散防止層２１６と、第１磁性層２０１又は第２磁性層２０２との界面に対してフィッティング処理を行い、これによってＺcを取得することも可能である。また、例えばこのような手段によってＺｃを取得した場合には、この線を図２７（ａ）中の「基準Ｒｅｆ」として用いても良く、更にこの線と垂直な方向を高さ方向として規定しても良い。
【０２２２】
次に、図２７（ｂ）を参照して、凹凸（Ｒａ値、平均粗さ）の計算方法を説明する。図２７（ｂ）には、面ＳＦのＺ方向における位置Ｚ（ｉ）及びＺ（ｉ）の平均値Ｚｃが点線で示されており、更にＺ（ｉ）及びＺｃの差の絶対値が実線で示されている。Ｒａ値は、全ての位置ｉにおけるＺ（ｉ）及びＺｃの差の絶対値の平均値である。Ｚ（ｉ）は、図２７（ｂ）に示す通り、下記式（２）によって表される。  
【数２】
2016161410.tif 000004
【０２２３】
次に、図２７（ｃ）を参照して、他の凹凸（最大高低差Ｒｚ（＝Ｒｍａｘ））の計算方法を説明する。図２７（ｃ）中の曲線は、歪検出素子２００を側面から見た場合の、面ＳＦのＺ方向における位置を模式的に示したものである。最大高低差Ｒｚ（＝Ｒｍａｘ）は、図２７（ｃ）に示す通り、Ｚ（ｉ）の最大値ｍａｘ（Ｚ（ｉ））と、Ｚ（ｉ）の最小値ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））との差分である。Ｒｚは、図２７（ｃ）に示す通り、下記式（３）によって表される。  
【数３】
2016161410.tif 000005
【０２２４】
（磁化自由層の結晶構造と磁気的特性との関係の検討）
次に、発明者らが行った実験の結果について説明する。まずは、図２８〜図４２を参照して、磁化自由層２１０の結晶構造と磁気的特性の関係について説明する。
【０２２５】
まず、図２８及び図２９を参照して、本実験の方法について説明する。図２８及び図２９は、実験の方法を例示する模式図である。本実験においては、基板６１０を湾曲させる基板ベンディング法によって、歪検出素子２００と同様の構成を有する第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に歪を与え、この状態で第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に外部磁場Ｈを印加し、これら試料の抵抗値を測定した。
【０２２６】
本実験に際しては、まず、図２８に示す通り、基板６１０上に第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２を作製し、次に基板６１０を短冊状にカットした。第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２は、基板６１０上にドット状に形成した。第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２のＸＹ平面内におけるサイズは、２０μｍ×２０μｍである。
【０２２７】
次に、図２９に示す通り、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２が作製された基板６１０を、第２磁性層２０２の磁化方向（例えば、−Ｙ方向）と直交する方向（例えば、Ｘ方向）に湾曲させる。これによって第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に歪を与えた。基板６１０の湾曲は、ナイフエッジ６５０及び６６０による４点ベンディング法（基板ベンディング法）によって行った。ナイフエッジ６５０及び６６０にはロードセル６７０が組み込まれており、このロードセル６７０によってナイフエッジ６５０及び６６０の荷重を計測することにより、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に与えられた歪εを算出した。歪εの算出には、２辺支持梁に関する下記式（４）を用いた。  
【数４】
2016161410.tif 000006
【０２２８】
上記式（４）において、「ｅｓ」は、基板６１０のヤング率である。「Ｌ１」は、外側ナイフエッジ６５０のエッジ間長である。「Ｌ２」は、内側ナイフエッジ６６０のエッジ間長である。「Ｗ」は、基板６１０の幅である。「ｔ」は、基板６１０の厚さである。「Ｇ」は、ナイフエッジ６５０及び６６０に加えられる荷重である。ナイフエッジ６５０及び６６０に加わる荷重は、図示しないモータにより、連続的に変更できる。なお、本明細書における実験では、Ｓｉ基板（基板厚みは０．６ｍｍ）を用い、Ｓｉ基板の（１１０）方向に基板曲げを行った。基板６１０のヤング率ｅｓを１６９ＧＰａとした。
【０２２９】
尚、図２９においては、基板６１０を凸状に湾曲させている例について説明しているが、本実験においては、基板６１０を凹状にも湾曲させた。例えば図２９に示す通り、基板６１０を凸状に湾曲させた場合には、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２には引張方向（正方向）の歪が発生する。一方、基板６１０を凹状に湾曲させた場合には、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に圧縮方向（負方向）の歪が発生する。
【０２３０】
また、図２９に示す通り、外部磁場Ｈを、基板６１０を湾曲させる方向（第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に与えられる歪の方向）と直交する方向に印加した。この状態で、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２の垂直通電特性を評価した。尚、外部磁場Ｈの方向は、第２磁性層２０２の磁化方向と反対の方向（例えば、Ｙ方向）を正方向と、第２磁性層２０２の磁化方向と同じ方向（例えば、−Ｙ方向）を負方向とした。
【０２３１】
次に、図３０及び図３１を参照して、本実験に使用した試料の説明を行う。  
図３０及び図３１は、実験に用いる試料を例示する模式的斜視図である。  
図３０は、第１の試料Ｓ０１の構成を示す。第１の試料Ｓ０１は、図２３に示した歪検出素子２００Ａと同様に構成されており、拡散防止層２１６を有している。
【０２３２】
第１の試料Ｓ０１においては、下部電極２０４としてＴａ（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）層が、下地層２０５としてＴａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）が、ピニング層２０６として７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層が、第２磁化固定層２０７として２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が、磁気結合層２０８として０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が、第１磁化固定層２０９として３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が、中間層２０３として１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が、磁化自由層２１０として４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が、拡散防止層２１６として１．５ｎｍの厚さのＭｇＯ層が、キャップ層２１１としてＣｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（１５ｎｍ）が、上部電極２１２としてＴａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２００ｎｍ）／Ｔａ（３５ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）が用いられる。ここで、本実施例では、磁化自由層２１０の保磁力が歪感度に与える影響を検証する目的の素子となっているため、上部電極２１２は簡易的な評価が可能となる厚い膜厚の構成を用いている。また、本実施例では、下部電極２０４の下地層と木キャップ層にＴａ層を用いているが、Ｔａ層をＴａ−Ｍｏ合金層とした場合でも同様の結果が得られる。
【０２３３】
中間層２０３及び拡散防止層２１６に用いられているＭｇ−Ｏ層は、１．６ｎｍの厚さのＭｇ層を形成した後に、ＩＡＯ（Ion beam-assisted Oxidation）処理による表面酸化を行う事により形成されている。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の作製時の酸化条件は、例えば、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の作製時の酸化条件よりも弱い。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗は、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも低い。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗が、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも高い場合は、その拡散防止層２１６により寄生抵抗が増え、ＭＲ変化率が低減し、ゲージファクタが低下する。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗は、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも低くすることで、寄生抵抗は小さくでき、高いＭＲ変化率が得られ、高いゲージファクタが得られる。
【０２３４】
図３１は、第２の試料Ｓ０２の構成を示す。第２の試料Ｓ０２は、図４に示した歪検出素子２００Ａと同様に構成されており、拡散防止層２１６を有していない。また、第２の試料Ｓ０２は、それ以外の層については、第１の試料Ｓ０１と同様に構成されている。
【０２３５】
図３２〜図３７は、実験の試料の特性を例示するグラフ図である。まず、図３２〜図３５を参照して、本実験の結果について説明する。  
図３２及び図３３は、基板６１０上に第１の試料Ｓ０１を設けた場合の結果を示す。図３２は、基板６１０を凸状に湾曲させて第１の試料Ｓ０１に正方向（引張方向）の歪を与えた場合の結果を示す。図３３は、基板６１０を凹状に湾曲させて第１の試料Ｓ０１に負方向（圧縮方向）の歪を与えた場合の結果を示す。
【０２３６】
一方、図３４及び図３５は、基板６１０上に第２の試料Ｓ０２を設けた場合の結果を示す。図３４は、基板６１０を凸状に湾曲させて第２の試料Ｓ０２に正方向（引張方向）の歪を与えた場合の結果を示す。図３５は、基板６１０を凹状に湾曲させて第２の試料Ｓ０２に負方向（圧縮方向）の歪を与えた場合の結果を示す。
【０２３７】
また、図３２〜図３５の横軸は、外部磁場Ｈの大きさ（エルステッド：Ｏｅ）を表す。図３２〜図３５の縦軸は、下部電極２０４と上部電極２１２との間の電気抵抗値Ｒ（オーム：Ω）を表す。更に、図３２〜図３５においては、外部磁場Ｈと電気抵抗値Ｒとの関係を、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に与えられた歪ε毎に示している。また、第１の試料Ｓ０１および第２の試料Ｓ０２の磁歪λおよび保磁力Ｈｃの値は、素子加工を行われていない連続膜の状態におけるＭ（磁化）−Ｈ（磁場）測定によって調べた。基板に歪を加えて磁化自由層の磁化困難軸方向の異方性磁界Ｈｋの変化を調べることにより、磁歪λを算出した。なお、図３１〜３４に示す結果では、Ｍ−Ｈ測定は５０Ｈｚの磁場掃印を用いたループトレーサーにより行った。
【０２３８】
図３２及び図３４は、歪εが、０．８×１０−３、０．６×１０−３、０．４×１０−３、０．２×１０−３、及び、０．０×１０−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性を示している。また、図３３及び図３５は、歪εが、−０．２×１０−３、−０．４×１０−３、−０．６×１０−３、及び、−０．８×１０−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性を示している。図３２〜３４に示す通り、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２においては、歪εの値により、Ｒ−Ｈループ形状が変化している。これは、逆磁歪効果によって、第１磁性層２０１（磁化自由層）の面内磁気異方性が変化していることを示している。
【０２３９】
図３２及び図３３に示すグラフ、および図示しないＭ−Ｈ測定の結果から第１の試料Ｓ０１の特性を算出した所、ＭＲ比が１４９％、保磁力が３．２Ｏｅとなった。一方、第２の試料Ｓ０２の特性を算出した所、ＭＲ比が１８８％、保磁力が２７Ｏｅとなった。以上より、Ｍｇ−Ｏからなる拡散防止層２１６を有する第１の試料Ｓ０１は、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２よりも保磁力Ｈｃが大幅に低減されることが確認された。
【０２４０】
次に、図２８及び図２９に示した様な環境下において、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２における歪εと電気抵抗値Ｒとの関係を検討した。本検討においては、外部磁場Ｈの大きさを固定し、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２における歪εを、−０．８×１０−３から０．８×１０−３まで連続的に変化させ、続いて、歪εを、０．８×１０−３から−０．８×１０−３まで連続的に変化させた。
【０２４１】
次に、図３６及び図３７を参照して、本実験の他の結果について説明する。図３６及び図３７は、それぞれ第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２に与えられた歪と電気抵抗値Ｒとの関係を示している。横軸は歪εを、縦軸は下部電極２０４と上部電極２１２との間の電気抵抗値Ｒを表す。また、これらの結果から第１の試料Ｓ０１の特性を算出した所、磁歪定数λが２０ｐｐｍ、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が４０２７となった。同様に、第２の試料Ｓ０２の特性を算出した所、磁歪定数λが３０ｐｐｍ、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が８９５となった。
【０２４２】
以上より、第１磁性層２０１として同じ材料（４ｎｍの厚さＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の磁化自由層）を用いる場合であっても、Ｍｇ−Ｏからなる拡散防止層２１６を有する第１の試料Ｓ０１は、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２よりも大きなゲージファクタを得られることが確認された。このような拡散防止層２１６の有無によるゲージファクタの違いは、第１磁性層（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）の保磁力Ｈｃの違いに起因すると考えられる。
【０２４３】
即ち、図３（ｄ）及び図３（ｅ）を参照して説明した通り、第１磁性層２０１の磁歪定数がより大きく、保磁力がより小さい場合には、第１磁性層２０１においてより顕著に逆磁歪効果が発現し、ゲージファクタが増大する。ここで、第１の試料Ｓ０１は、第２の試料Ｓ０２と比較して、ＭＲ変化率および磁歪定数λの値は低いが、保磁力Ｈｃが約１／１０である。従って、第１の試料Ｓ０１においては、保磁力Ｈｃの低減によるゲージファクタ増大への寄与が、ＭＲ変化率および磁歪定数λの低減によるゲージファクタ減少への寄与と比較して顕著に発現し、ゲージファクタを増大させているものと考えられる。
【０２４４】
次に、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２に対し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察を行った。  
図３８（ａ）〜図３８（ｄ）、および図３９（ａ）〜図３９（ｄ）は、試料の透過型電子顕微鏡像である。
【０２４５】
まず、図３８（ａ）〜図３８（ｄ）、及び図３９（ａ）〜図３９（ｄ）を参照して、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の結晶構造について説明する。図３８（ａ）及び図３９（ａ）は、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の断面透過型電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）写真像である。図３８（ａ）及び図３９（ａ）に示す通り、図中には、ピニング層２０６からキャップ層２１１までの積層構造が撮影されている。
【０２４６】
図３８（ｂ）〜図３９（ｄ）は、それぞれ図３８（ａ）中の点Ｐ１（第１の試料Ｓ０１の第１磁化固定層２０９中の１点）、点Ｐ２（第１の試料Ｓ０１の中間層２０３中の１点）及び点Ｐ３（第１の試料Ｓ０１の磁化自由層２１０中の１点）における電子線のナノディフラクションによる結晶格子回折像である。図に示す通り、図３８（ｂ）及び図３８（ｃ）には、規則的な原子配列が観察されている。これは、点Ｐ１及び点Ｐ２における部分が結晶状態であることを示している。これに対し、図３８（ｄ）には、規則的な原子配列が観察されておらず、リング状の回折像が観察されている。これは、点Ｐ３における部分がアモルファス状態であることを示している。
【０２４７】
図３９（ｂ）〜図３９（ｄ）は、図３９（ａ）中の点Ｐ４（第２の試料Ｓ０２の第１磁化固定層２０９中の１点）、点Ｐ５（第２の試料Ｓ０２の中間層２０３中の１点）及び点Ｐ６（第２の試料Ｓ０２の磁化自由層２１０中の１点）における電子線のナノディフラクションによる結晶格子回折像である。図に示す通り、図３９（ｂ）〜図３９（ｄ）には、規則的な原子配列が観察されている。これは、点Ｐ４、点Ｐ５及び点Ｐ６における部分が結晶状態であることを示している。
【０２４８】
以上より、拡散防止層２１６を有し、高いゲージファクタを示す第１の試料Ｓ０１の磁化自由層２１０はアモルファス構造を含んでおり、拡散防止層２１６を有さず、低いゲージファクタを示す第２の試料Ｓ０２の磁化自由層２１０は結晶構造を有していることが分かった。
【０２４９】
次に、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の組成について説明する。  
図４０（ａ）、図４０（ｂ）、図４１（ａ）及び図４１（ｂ）は、試料の組成を例示する模式図である。
【０２５０】
図４０（ａ）及び図４１（ａ）は、電子エネルギー損失分光法（Electron Energy-Loss Spectroscopy：ＥＥＬＳ）による、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の元素のデプスプロファイルの評価結果である。また、図４０（ｂ）及び図４１（ｂ）は、それぞれ図４０（ａ）及び図４１（ａ）の一部を切り出したものであり、上記デプスプロファイルの評価を行った部分Ｌ１及びＬ２を図示するものである。
【０２５１】
図４０（ａ）及び図４１（ａ）中においては、縦軸が深さＤｐを、横軸が元素の検出の強度Ｉｎｔ（任意単位）を表している。深さＤｐは、例えば、Ｚ軸方向における距離に対応する。また、図４０（ａ）及び図４０（ａ）中には、ホウ素（Ｂ）が実線で、酸素（Ｏ）が一点鎖線で、鉄（Ｆｅ）が点線で示されている。
【０２５２】
図４１（ａ）に示すように、第２の試料Ｓ０２においては、キャップ層２１１におけるホウ素の強度Ｉｎｔが、磁化自由層２１０（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）におけるホウ素の強度Ｉｎｔよりも高い。また、磁化自由層２１０において、キャップ層２１１側の部分におけるホウ素の強度Ｉｎｔは、磁化自由層２１０の中央部分におけるホウ素の強度Ｉｎｔよりも高い。従って、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２においては、ホウ素が、磁化自由層２１０からキャップ層２１１に拡散し、磁化自由層２１０におけるホウ素の濃度が低下していると考えられる。
【０２５３】
一方、図４０（ａ）に示す通り、第１の試料Ｓ０１においては、磁化自由層２１０（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）の中央部分において、ホウ素のピークが生じている。そして、キャップ層２１１のホウ素含有量は少ない。即ち、磁化自由層２１０（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）のホウ素濃度は、他の層にほとんど拡散せずに成膜時の初期状態を維持している。これは、第１の試料Ｓ０１は拡散防止層２１６を有しており、この拡散防止層２１６が磁化自由層２１０からのホウ素の拡散を抑制する拡散バリアとなっているためと考えられる。
【０２５４】
ここで、図３８（ａ）〜図３８（ｄ）及び図３９（ａ）〜図３９（ｄ）を参照して説明した通り、拡散防止層２１６を有する第１の試料Ｓ０１においては、磁化自由層２１０がアモルファス状態の部分を含んでいた。これは、第１の試料Ｓ０１においては、拡散防止層２１６によってアモルファス化促進元素であるホウ素の拡散を防止したためと考えられる。一方、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２においては、磁化自由層２１０の結晶化が進行していた。これは、第２の試料Ｓ０２が拡散防止層２１６を有しておらず、アモルファス化促進元素であるホウ素が比較的容易に拡散してしまう事に起因するものと考えられる。
次に、図４２に示す通り、磁化自由層２１０や拡散防止層２１６の構成を変えることにより、異なる保磁力Ｈｃを有する複数の試料を作製し、これら試料における保磁力ＨｃとゲージファクタＧＦの関係を調べた。  
図４２は、保磁力Ｈｃとゲージファクタとの関係を例示するグラフ図である。図４２において、横軸は保磁力Ｈｃを、縦軸は、ゲージファクタＧＦを表している。この実験では、５０Ｈｚの磁場掃印を用いたループトレーサーによってＭ−Ｈ測定を行い、保磁力の評価を行った。
【０２５５】
図４２に示す通り、保磁力Ｈｃが低いほど高いゲージファクタＧＦが得られることが分かる。また、保磁力Ｈｃが５Ｏｅ以下になると、ゲージファクタＧＦが急峻に増大していることが分かる。従って、高いゲージファクタＧＦを有する歪検出素子を製造するためには、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃを５Ｏｅ以下とすることが好ましい。なお、磁化自由層２１０の保磁力は、Ｍ−Ｈ測定の磁場掃印速度によって異なる値となる。例えば、保磁力は、磁場掃印速度が遅いほど低い値となる。例えば、Vibrating Sample Magnetometer（ＶＳＭ）などで、磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した場合に求められる保磁力の場合、保磁力Ｈｃが４Ｏｅ以下になると、ゲージファクタＧＦが急峻に増大する。磁場掃印速度１０〜１００（Ｏｅ／ｍｉｎ）の範囲でＭ−Ｈ測定をする場合、特に高いゲージファクタＧＦとするには、保磁力を４Ｏｅ以下とすることが好ましい。
【０２５６】
（下部電極上面の凹凸と磁化自由層の磁気的特性の関係の検討）
ここまでは、図２８〜図４２を参照して、磁化自由層２１０の結晶構造と磁気的特性の関係を示す実験の結果を説明した。ここからは、図４３〜図５５を参照して、下部電極２０４上面の凹凸と、磁化自由層２１０の磁気的特性の関係を示す実験の結果を説明する。
【０２５７】
図４３〜図４５は、実験に用いる試料を例示する模式的断面図である。  
まず、図４３〜図４５を参照して、本実験に使用した試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７の説明を行う。図４３は、試料Ｓ０５の構成を示す模式的な断面図である。図４４は、試料Ｓ０６の構成を示す模式的な断面図である。図４５は、試料Ｓ０７の構成を示す模式的な断面図である。
【０２５８】
試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７は、図３０に示した第１の試料Ｓ０１と同様に構成されているが、お互いに下部電極２０４に含まれる材料及び作製プロセスが異なっており、上面の凹凸が異なる。その結果、その上に形成される積層体の第１磁性層２０１と中間層２０３の界面の凹凸も異なる。
【０２５９】
即ち、試料Ｓ０５の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。また、試料Ｓ０５においては、下部電極２０４の形成後に、ＣＭＰ処理を行った。一方、試料Ｓ０６の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。また、試料Ｓ０６においては、下部電極２０４の形成後に、ＣＭＰ処理を行った。また、試料Ｓ０７の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。また、試料Ｓ０７においては、下部電極２０４の形成後に、ＣＭＰ処理は行わずに、Ａｒイオン照射による表面平滑化処理を行った。ここで、本実施例では、下部電極２０４の凹凸が歪感度に与える影響を検証する目的の素子となっているため、上部電極２１２は簡易的な評価が可能となる厚い膜厚の構成を用いている。また、本実施例では、下部電極２０４の下地層と木キャップ層にＴａ層を用いているが、Ｔａ層をＴａ−Ｍｏ合金層とした場合でも同様の結果が得られる。
【０２６０】
試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７は、積層体を形成後、６５００Ｏｅの磁界中で３２０℃、１時間の熱処理を行い、その後、素子加工を行った。また、試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７について、素子加工をしない連続膜の状態における磁気特性・ＭＲ評価（ＣＩＰＴによる）を行った。連続膜の試料では、３２０℃、１時間に加えて、膜の形成の直後、低温アニール、高温アニールを行った場合の磁気特性・ＭＲ評価も行った。ここで、磁気特性の評価においては、ＶＳＭを用いて磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した。
【０２６１】
次に、図４６に示す通り、試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７の下部電極２０４の表面凹凸を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により評価した。図４６は、試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７における下部電極２０４上面の、平滑化処理前後における高さを示すグラフである。尚、図４６（ａ）〜図４６（ｆ）において、横軸は下部電極２０４上面における位置を、縦軸は下部電極２０４上面の高さを表している。
【０２６２】
図４６（ａ）〜図４６（ｆ）は、試料の特性を例示するグラフ図である。  
図４６（ａ）は、試料Ｓ０５の下部電極２０４の形成直後における高さを示すグラフである。形成直後において、試料Ｓ０５の下部電極２０４上面のＲａ値は１．０９ｎｍ、Ｒｍａｘ値は６．８９ｎｍであった。また、図４６（ｂ）は、試料Ｓ０５の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、試料Ｓ０５の下部電極２０４上面のＲａ値は０．１４ｎｍ、Ｒｍａｘ値は０．８４ｎｍであった。従って、試料Ｓ０５の下部電極２０４のＲａ値及びＲｍａｘ値は、ＣＭＰ処理によって好適に低減されたことが分かる。
【０２６３】
図４６（ｃ）は、試料Ｓ０６の下部電極２０４の形成直後における高さを示すグラフである。形成直後において、試料Ｓ０６の下部電極２０４上面のＲａ値は１．８７ｎｍ、Ｒｍａｘ値は１２．８９ｎｍであった。従って、下部電極２０４にＣｕ−Ａｇ合金を用いた場合、下部電極２０４にＣｕを用いた場合と比較して、Ｒａ値及びＲｍａｘ値を低減することが出来ることが分かった。また、図４６（ｄ）は、試料Ｓ０６の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、試料Ｓ０６の下部電極２０４上面のＲａ値は０．２６ｎｍ、Ｒｍａｘ値は１．７８ｎｍであった。従って、試料Ｓ０６の下部電極２０４のＲａ値及びＲｍａｘ値は、ＣＭＰ処理によって低減されたことが分かる。
【０２６４】
図４６（ｅ）は、試料Ｓ０７の下部電極２０４の形成直後における高さを示すグラフである。形成直後において、試料Ｓ０７の下部電極２０４上面のＲａ値は２．０３ｎｍ、Ｒｍａｘ値は１２．１６ｎｍであった。従って、下部電極２０４にＣｕ−Ａｇ合金を用いた場合、下部電極２０４にＣｕを用いた場合と比較して、Ｒａ値を低減することが出来ることが分かった。また、図４６（ｆ）は、試料Ｓ０７の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、試料Ｓ０７の下部電極２０４上面のＲａ値は０．６１ｎｍ、Ｒｍａｘ値は４．７６ｎｍであった。従って、試料Ｓ０７の下部電極２０４のＲａ値及びＲｍａｘ値は、Ａｒイオン照射による表面平滑化処理によって低減されたことが分かる。
【０２６５】
次に、図４７、図４８及び図４９に示す通り、試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７の下部電極２０４と積層体の表面凹凸を透過型電子顕微鏡により撮影した。
【０２６６】
図４７に示す通り、試料Ｓ０５の第１磁性層２０１と中間層２０３の界面の凹凸において、Ｒａ値は０．２０ｎｍであり、Ｒｍａｘ値は１．８９ｎｍであった。また、図４７に示す通り、試料Ｓ０５の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層（下部電極中間金属層２０４ｂ）として形成されたＣｕ−Ａｇ層の界面の凹凸において、Ｒａ値は１．４２ｎｍであり、Ｒｍａｘ値は６．０３ｎｍであった。また、図４７に示す通り、試料Ｓ０５の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層として形成されたＣｕ−Ａｇ層の結晶粒径Ｇｓは４０ｎｍであった。
【０２６７】
図４８に示す通り、試料Ｓ０６の第１磁性層２０１と中間層２０３の界面の凹凸においては、Ｒａ値は０．３６ｎｍであり、Ｒｍａｘ値は２．９０ｎｍであった。また、図４８に示す通り、試料Ｓ０６の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層（下部電極中間金属層２０４ｂ）として形成されたＣｕ層の界面の凹凸において、Ｒａ値は３．１９ｎｍであり、Ｒｍａｘ値は１２．８ｎｍであった。また、図４７に示す通り、試料Ｓ０６の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層として形成されたＣｕ層の結晶粒径Ｇｓは５７ｎｍであった。
【０２６８】
図４９に示す通り、試料Ｓ０７の第１磁性層２０１と中間層２０３の界面の凹凸においては、Ｒａ値は０．８３ｎｍであり、Ｒｍａｘ値は４．０６ｎｍであった。また、図４９に示す通り、試料Ｓ０７の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層（下部電極中間金属層２０４ｂ）として形成されたＣｕ層の界面の凹凸においては、Ｒａ値は２．６５ｎｍであり、Ｒｍａｘ値は１４．８ｎｍであった。また、図４９に示す通り、試料Ｓ０７の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層として形成されたＣｕ層の結晶粒径Ｇｓは６９ｎｍであった。
【０２６９】
次に、試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７に対して、素子加工をしていない連続膜の状態で、磁気的特性の評価を行った。ここで、磁気特性の評価はＶＳＭを用いて磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した。その結果、試料Ｓ０５の保磁力は、３．２Ｏｅ、試料Ｓ０６の保磁力は、４．５Ｏｅ、試料Ｓ０７の保磁力は、５．０Ｏｅであった。試料Ｓ０５、試料Ｓ０６及び試料Ｓ０７について、それぞれ複数の試料に断面ＴＥＭ分析を行い、凹凸と保磁力の関係を解析した。
【０２７０】
まず、図５０（ａ）および図５０（ｂ）は、第１磁性層２０１と中間層２０３との界面の凹凸と、第１磁性層２０１の保磁力Ｈｃと、の関係についての結果を示す。図５０（ａ）は平均粗さＲａと保磁力Ｈｃとの関係を、図５０（ｂ）は最大粗さＲｍａｘと保磁力Ｈｃの関係を示すグラフである。図５０（ａ）に示す通り、第１磁性層２０１と中間層２０３との界面の平均粗さＲａが０．３ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現できることがわかった。また、図５０（ｂ）に示す通り、第１磁性層２０１と中間層２０３との界面の最大粗さＲｍａｘが２．５ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現できることがわかった。４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現することによって後述するように高いゲージファクタＧＦを実現することができる。
【０２７１】
次に、図５１は、下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層（下部電極中間金属層２０４ｂ）の上面の凹凸と、第１磁性層２０１の保磁力Ｈｃと、の関係についての結果を示す。図５１（ａ）は平均粗さＲａと保磁力Ｈｃの関係を、図５１（ｂ）は最大粗さＲｍａｘと保磁力Ｈｃとの関係を示すグラフである。図５１（ａ）に示す通り、低抵抗率金属層の上面の平均粗さＲａが２ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現できることがわかった。また、図５１（ｂ）に示す通り、低抵抗率金属層の上面の最大粗さＲｍａｘが１０ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力を実現できることがわかった。４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現することによって後述するように高いゲージファクタＧＦを実現することができる。
【０２７２】
次に、図５２を参照して、下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の結晶粒径と保磁力Ｈｃとの関係についての結果を示す。図５２に示す通り、低抵抗率金属層の結晶粒径Ｇｓが５０ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力を実現できることがわかった。４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現することによって後述するように高いゲージファクタＧＦを実現することができる。
【０２７３】
次に、下部電極の構成の違いによって確認された保磁力の違いの原因を調べた。具体的には、図５３及び図５４に示す通り、試料Ｓ０５と試料Ｓ０７に対して、素子加工をしていない連続膜の状態で、保磁力およびＭＲ変化率の熱処理温度依存性を調べた。本実験に際しては、複数の試料Ｓ０５、及び、複数の試料Ｓ０７を作製し、これら複数の試料に対して、異なる温度（２２０℃、２６０℃、２８０℃、３００℃、３２０℃、３４０℃）でアニール処理を行った。次に、これら試料の保磁力Ｈｃ及びＭＲ比を測定した。ここで、保磁力の評価においては、ＶＳＭを用い、磁場掃印速度を４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）とした。
【０２７４】
図５３において、横軸はアニール処理の温度を表し、縦軸は磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃを表す。図５３に示す通り、熱処理前（ａｓ−ｄｅｐｏ）の状態における試料Ｓ０５および試料Ｓ０７の保磁力Ｈｃは同等で３．３Ｏｅである。また、図５３に示す通り、磁化自由層２１０の表面の凹凸が小さく、下部電極中間金属層２０４ｂの表面の凹凸が小さい試料Ｓ０５においては、アニール処理の温度が２２０℃から３２０℃まで上昇する間に、保磁力Ｈｃが２Ｏｅ〜３Ｏｅの範囲で徐々に増大する。試料Ｓ０５においては、アニール処理の温度が３４０℃に到達した時に、保磁力Ｈｃが６．５Ｏｅ程度にまで急峻に増大している。一方、図５３に示す通り、磁化自由層２１０の表面の凹凸が大きく、下部電極中間金属層２０４ｂの表面の凹凸が大きい試料Ｓ０７においては、アニール処理の温度が２２０℃から３２０℃まで上昇する間に、保磁力Ｈｃが３Ｏｅ〜５．５Ｏｅの範囲で徐々に増大している。試料Ｓ０７においては、アニール処理の温度が２８０℃以上の場合、保磁力Ｈｃが４Ｏｅを超えてしまっている。
【０２７５】
図５４においては、横軸はアニール処理の温度を示し、縦軸はＭＲ比の大きさを示している。図５４に示す通り、試料Ｓ０５および試料Ｓ０７のＭＲ比は、アニール処理の温度に対して、互いにほぼ同じ割合で増大している。
【０２７６】
図５３に示す通り、熱処理前の状態においては、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃが小さく、磁化自由層２１０はアモルファス状態を維持しているものと考えられる。しかしながら、図５４に示す通り、熱処理前の状態においては、ＭＲ変化率は１０％以下と極めて小さく、高いゲージファクタを得ることが出来ない。
【０２７７】
また、図５４に示す通り、アニール処理の温度が上がるにつれて、ＭＲ比が大きくなる。これは、ＭｇＯからなる中間層２０３の結晶化と、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂからなる第１磁化固定層２０９の結晶化と、に起因するものと考えられる。
【０２７８】
また、図５４に示す通り、試料Ｓ０５のアニール温度に対するＭＲ変化率と、試料Ｓ０７のアニール温度に対するＭＲ変化率とは、同等である。磁化自由層２１０の表面の凹凸と、下部電極中間金属層２０４ｂの表面の凹凸と、違いがＭＲ変化率に与える影響が小さいことが分かる。
【０２７９】
一方で、図５３に示したように、熱処理後において、試料Ｓ０５の保磁力Ｈｃと試料Ｓ０７の保磁力Ｈｃとは、明確に異なる。
【０２８０】
磁化自由層２１０および下部電極中間金属層２０４ｂの表面の凹凸が大きい試料Ｓ０７においては、磁化自由層２１０および下部電極中間金属層２０４ｂの表面の凹凸が小さい試料Ｓ０５と比較して、アニール処理によるＨｃの増大が顕著である事が分かる。
【０２８１】
図５３に示したように、試料Ｓ０５では、熱処理温度３２０℃まで、保磁力Ｈｃは３．２Ｏｅ以下を維持している。試料Ｓ０５においては、試料Ｓ０７に比べて、より高温まで小さい保磁力Ｈｃを維持している。換言すると、試料Ｓ０５は、試料Ｓ０７に比べて、より高温まで磁化自由層２１０がアモルファス構造を維持している。
【０２８２】
図５４に示すように、２８０℃以上の熱処理温度で、試料Ｓ０５および試料Ｓ０７は、ともに、１００％以上の高いＭＲ変化率を得ることができる。試料Ｓ０５は、この高いＭＲ変化率を得ることができる２８０℃以上の熱処理温度においても、４Ｏｅ以下の小さい保磁力Ｈｃを維持することができる。このため、高いゲージファクタを得ることができる。
【０２８３】
図２４を参照して説明したとおり、表面の凹凸によって、磁化自由層２１０中に含まれるホウ素（アモルファス化元素）が隣接層に拡散せずに磁化自由層２１０中に留まりやすくなる。これにより、磁化自由層２１０のアモルファス構造が維持されやすくなる。このため、試料Ｓ０５と試料Ｓ０７との比較で確認されたように、磁化自由層２１０および下部電極中間金属層２０４ｂの表面の凹凸に起因した特性の違いが生じると考えられる。
【０２８４】
図５５及び図５６は、それぞれ試料Ｓ０５及び試料Ｓ０７に与えられた歪εと電気抵抗値Ｒとの関係を示す。横軸は歪εを表し、縦軸は下部電極２０４と上部電極２１２との間の電気抵抗値Ｒを表す。  
図４７に断面ＴＥＭ像を示した試料と同様の試料に対して３２０℃、１時間のアニール処理を行った。図５５は、この試料の測定結果を示す。  
図４９に断面ＴＥＭ像を示した試料と同様の試料に対して３２０℃、１時間のアニール処理を行った。図５６は、この試料の測定結果を示す。
【０２８５】
これらの結果から試料Ｓ０５の特性を算出した所、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が３７２４となった。同様に、試料Ｓ０７の特性を算出した所、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が１４８０となった。このようなゲージファクタの違いは、図５０に示した通り、保磁力Ｈｃの大きさの違いに起因するものと考えられる。
【０２８６】
次に、図５７および図５８に示すような、試料Ｓ０８及び試料Ｓ０９を作製し、これらの磁気的特性の評価を行った。試料Ｓ０８と試料Ｓ０９とは、磁化自由層２１０の凹凸において互いに異なる。また、試料Ｓ０８と試料Ｓ０９とは、下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層（２０４ｂ）の凹凸において、互いに異なる。
【０２８７】
図５７は、試料Ｓ０８の構成を示す模式的な断面図である。図５８は、試料Ｓ０９の構成を示す模式的な断面図である。試料Ｓ０８は、試料Ｓ０５とほぼ同様に構成されているが、拡散防止層２１６を有していない。また、試料Ｓ０９は、試料Ｓ０７とほぼ同様に構成されているが、拡散防止層２１６を有していない。
【０２８８】
次に、図５８及び図６０に示す通り、素子加工をしていない連続膜の状態で、試料Ｓ０８と試料Ｓ０９の磁気的特性の評価を行った。本実験に際しては、複数の試料Ｓ０８及び複数の試料Ｓ０９を作製した。これら複数の試料に対して、異なる温度（２２０℃、２６０℃、２８０℃、３００℃、３２０℃、３４０℃）でアニール処理を行った。次に、これら試料の保磁力Ｈｃ及びＭＲ比を測定した。ここで、保磁力Ｈｃの評価においては、ＶＳＭを用い、磁場掃印速度を４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）とした。
【０２８９】
図５９において、横軸はアニール処理の温度を表し、縦軸は磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃを表す。図５９に示す通り、熱処理前（ａｓ−ｄｅｐｏ）の状態において、試料Ｓ０８の保磁力Ｈｃと、試料Ｓ０９の保磁力Ｈｃとは、ほぼ同等であり、それぞれ３．３Ｏｅである。また、図５９に示す通り、試料Ｓ０８及び試料Ｓ０９においては、アニール処理の温度が２２０℃から２６０℃まで上昇する間に、保磁力Ｈｃが徐々に増大する。アニール処理の温度が２８０℃に到達した時点で、保磁力Ｈｃが急峻に増大している。
【０２９０】
図６０において、横軸はアニール処理の温度を表し、縦軸はＭＲ比の大きさを表している。図６０に示す通り、試料Ｓ０８および試料Ｓ０９のＭＲ比は、アニール処理の温度に対して、互いにほぼ同じ割合で増大している。
【０２９１】
図５９に示す通り、熱処理前の状態においては、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃが小さく、磁化自由層２１０がアモルファス状態を維持しているものと考えられる。しかしながら、図６０に示す通り、熱処理前の状態においては、ＭＲ変化率が１０％以下と極めて小さい値を取っており、高いゲージファクタを得ることが出来ない。
【０２９２】
また、図６０に示す通り、アニール処理の温度が上がるにつれて、ＭＲ比が大きくなっていることが分かる。これは、ＭｇＯからなる中間層２０３及びＣｏ−Ｆｅ−Ｂからなる第１磁化固定層２０９の結晶化に起因するものと考えられる。
【０２９３】
また、図６０に示す通り、試料Ｓ０８のアニール温度に対するＭＲ変化率と、試料Ｓ０９のアニール温度に対するＭＲ変化率と、は、同等である。磁化自由層２１０の表面の凹凸と、下部電極中間金属層２０４ｂの表面の凹凸と、違いがＭＲ変化率に与える影響が小さいことが分かる。
【０２９４】
一方で、図５９に示したように、熱処理後において、試料Ｓ０８の保磁力Ｈｃと、試料Ｓ０９の保磁力Ｈｃとは、明確に異なる。試料Ｓ０９の保磁力Ｈｃは、試料Ｓ０８に比べて、増大しやすいことがわかる。
【０２９５】
図５９より、試料Ｓ０８では、熱処理温度２６０℃まで、Ｈｃが３Ｏｅ以下を維持しており、試料Ｓ０９に比べて、より高温まで小さい保磁力Ｈｃを維持できる。換言すると、試料Ｓ０８は、試料Ｓ０９に比べて、より高温まで磁化自由層２１０のアモルファス構造を維持することができる。
【０２９６】
図６０に示すように、２６０℃以上の熱処理によって、試料Ｓ０８および試料Ｓ０９ともに１００％以上の高いＭＲ変化率を得ることができる。試料Ｓ０８は、この高いＭＲ変化率を得ることができる２６０℃以上の熱処理温度においても、４Ｏｅ以下の小さい保磁力Ｈｃを維持することができるため、高いゲージファクタを得ることができる。
【０２９７】
このような試料Ｓ０８と試料Ｓ０９の比較で確認された、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸に起因した特性の違いは、図２４を参照して説明したとおり、磁化自由層２１０中に含まれるホウ素（アモルファス化元素）が隣接層に拡散せずに、磁化自由層２１０中に留まりやすくなるため、磁化自由層２１０のアモルファス構造が維持されやすくなることに起因する。
【０２９８】
図２４を参照して説明したとおり、表面の凹凸によって、磁化自由層２１０中に含まれるホウ素（アモルファス化元素）が隣接層に拡散せずに磁化自由層２１０中に留まりやすくなる。これにより、磁化自由層２１０のアモルファス構造が維持されやすくなる。このため、試料Ｓ０５と試料Ｓ０７との比較で確認されたように、磁化自由層２１０および下部電極中間金属層の表面の凹凸に起因した特性の違いが生じると考えられる。
【０２９９】
以上より、拡散防止層２１６を設けない場合においても、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸を小さくすることによって、ＭＲ変化率と低い保磁力Ｈｃを両立することができ、高いゲージファクタを実現することができることが分かった。
【０３００】
図６１は、第３の実施形態に係る別の歪検出素子の一部を例示する模式的断面図である。  
図６１に示す歪検出素子２００は、図２３において説明した歪検出素子２００とほぼ同様に構成されているが、図６１に示す検出素子２００においては、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ３又は最大粗さＲｍａｘ３を、中間層２０３の厚さＴｈ２０３以下とすることができる。また、平均粗さＲａ３は、例えば、図２７（ａ）及び図２７（ｂ）を参照して説明したＲａ値によって算出される。また、最大粗さＲｍａｘ３は、例えば、図２７（ｃ）を参照して説明したＲｍａｘ値によって算出される。
【０３０１】
図６１に示した歪検出素子２００においては、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ３又は最大粗さＲｍａｘ３を低減することにより、磁化自由層２１０の結晶化を抑制する。
【０３０２】
図２４及び図２５を参照して説明した通り、アモルファス化促進元素の拡散は、中間層２０３や拡散防止層２１６に薄い部分が発生してしまう事に起因するものと考えられる。従って、例えば中間層２０３や拡散防止層が厚い場合には、許容される凹凸の大きさが大きくなるものと考えられる。従って、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の凹凸を中間層２０３や拡散防止層の膜厚との関係から規定することは、アモルファス化促進元素の拡散防止に好適であると考えられる。
【０３０３】
尚、図６１には図示していないが、本実施形態に係る歪検出素子２００においては、例えば中間層２０３上に拡散防止層を設けることも可能である。この場合には、拡散防止層と第１磁性層２０１との界面の平均粗さ又は最大粗さを、拡散防止層の膜厚より小さくしても良い。また、この平均粗さは、例えば、図２７（ａ）及び図２７（ｂ）を参照して説明したＲａ値によって算出される。また、この最大粗さは、例えば、図２７（ｃ）を参照して説明したＲｍａｘ値によって算出される。
【０３０４】
図６２は、第３の実施形態に係る別の歪検出素子の一部を例示する模式的断面図である。  
図６２に表した歪検出素子２００は、図２３において説明した歪検出素子とほぼ同様に構成されているが、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の凹凸が、膜部１２０上面の凹凸よりも小さい。例えば、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ４が、膜部１２０上面の平均粗さＲａ１２０よりも小さい。例えば、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の最大粗さＲｍａｘ４が、膜部１２０上面の最大粗さＲｍａｘ１２０よりも小さい。
【０３０５】
また、図６２に表した歪検出素子２００においては、下部電極中間金属層２０４ｂ上面の凹凸を、膜部１２０上面の凹凸よりも小さくしても良い。例えば、下部電極中間金属層２０４ｂ上面の平均粗さＲａ５は、膜部１２０上面の平均粗さＲａ１２０よりも小さい。例えば、下部電極中間金属層２０４ｂ上面の最大粗さＲｍａｘ５は、膜部１２０上面の最大粗さＲｍａｘ１２０よりも小さい。
【０３０６】
また、図６２に表した歪検出素子２００においては、下部電極２０４上面の凹凸を、膜部１２０上面の凹凸よりも小さくしても良い。例えば、下部電極２０４上面の平均粗さＲａ６は、膜部１２０上面の平均粗さＲａ１２０よりも小さい。例えば、下部電極２０４上面の最大粗さＲｍａｘ６は、膜部１２０上面の最大粗さＲｍａｘ１２０よりも小さい。
【０３０７】
これら平均粗さＲａ４、Ｒａ５、Ｒａ６及びＲａ１２０は、例えば、図２７（ａ）及び図２７（ｂ）を参照して説明したＲａ値によって算出される。また、最大粗さＲｍａｘ４、Ｒｍａｘ５及びＲｍａｘ１２０は、例えば、図２７（ｃ）を参照して説明したＲｍａｘ値によって算出される。
【０３０８】
図６２に表した歪検出素子２００において、中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の凹凸や、拡散防止層２１６と第１磁性層２０１との界面の凹凸は、膜部１２０上面の凹凸に影響されることもある。そこで、膜部１２０上面の凹凸に起因する中間層２０３と第１磁性層２０１との界面の凹凸及び拡散防止層２１６と第１磁性層２０１との界面の凹凸を抑制する。これにより、中間層２０３や拡散防止層２１６等に薄い部分が発生することを抑制し、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化を抑制することができる。
【０３０９】
（実施形態に係る歪検出素子の他の構成例）
次に、実施形態に係る歪検出素子２００の他の構成例について説明する。図６３は、歪検出素子２００Ａの一の構成例を示す模式的な斜視図である。図６３に例示したように、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と上部電極２１２との間に充填された絶縁層（絶縁部分）２１３を備えていても良い。
【０３１０】
絶縁層２１３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２１３により、歪検出素子２００Ａのリーク電流を抑制することができる。
【０３１１】
図６４は、歪検出素子２００Ａの他の構成例を示す模式的な斜視図である。図６４に例示したように、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と上部電極２１２との間に、互いに離間して設けられた２つのハードバイアス層（ハードバイアス部分）２１４と、下部電極２０４とハードバイアス層２１４の間に充填された絶縁層２１３を備えていても良い。
【０３１２】
ハードバイアス層２１４は、ハードバイアス層２１４の磁化により、磁化自由層２１０（第１磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定する。ハードバイアス層２１４により、外部からの圧力が膜部に印加されていない状態において、磁化自由層２１０（第１磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定できる。
【０３１３】
ハードバイアス層２１４には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。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、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などが用いられてもよい。このような材料を用いる場合、ハードバイアス層２１４の磁化の方向は、ハードバイアス層２１４の保磁力よりも大きい外部磁界を加えることで、外部磁界を加えた方向に設定（固定）することができる。ハードバイアス層２１４の厚さ（例えば、下部電極２０４から上部電極２１２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。
【０３１４】
下部電極２０４と上部電極２１２の間に絶縁層２１３を配置する場合、絶縁層２１３の材料として、ＳｉＯｘやＡｌＯｘを用いることができる。さらに、絶縁層２１３とハードバイアス層２１４の間に、図示しない下地層を設けてもよい。ハードバイアス層２１４にＣｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料を用いる場合には、ハードバイアス層２１４用の下地層の材料として、ＣｒやＦｅ−Ｃｏなどを用いることができる。上記のハードバイアス層２１４は、後述するいずれの歪検出素子にも適用できる。
【０３１５】
ハードバイアス層２１４は、図示しないハードバイアス層用ピニング層に積層された構造を有していてもよい。この場合、ハードバイアス層２１４とハードバイアス層用ピニング層の交換結合により、ハードバイアス層２１４の磁化の方向を設定（固定）できる。この場合、ハードバイアス層２１４には、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金からなる強磁性材料を用いることができる。この場合、ハードバイアス層２１４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ることができる。ハードバイアス層２１４として、前述した第１磁化固定層２０９と同様の材料を用いることができる。また、ハードバイアス層用ピニング層には、前述した歪検出素子２００Ａ中のピニング層２０６と同様の材料を用いることができる。また、ハードバイアス層用ピニング層を設ける場合、下地層２０５に用いる材料と同様の下地層をハードバイアス層用ピニング層の下に設けても良い。また、ハードバイアス層用ピニング層は、ハードバイアス層の下部に設けても良いし、上部に設けても良い。この場合のハードバイアス層２１４の磁化方向は、ピニング層２０６と同様に、磁界中熱処理により決定することができる。
【０３１６】
上記のハードバイアス層２１４及び絶縁層２１３は、実施形態に記載する歪検出素子２００のいずれにも適用できる。また、上述したようなハードバイアス層２１４とハードバイアス層用ピニング層の積層構造を用いた場合、瞬間的に大きい外部磁界がハードバイアス層２１４に加わった場合においても、ハードバイアス層２１４の磁化の向きを容易に保持することが出来る。
【０３１７】
図６５は、歪検出素子２００の他の構成例（歪検出素子２００Ｂ）を示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｂは、歪検出素子２００Ａと異なり、トップスピンバルブ型の構造となっている。即ち、図６５に示す通り、歪検出素子２００Ｂは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１磁性層２０１）と、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１磁性層２０１に相当する。尚、下地層２０５と磁化自由層２１０の間には、図示しない拡散防止層を設けても良い。
【０３１８】
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｃｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＣｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第１磁化固定層２０９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２０８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２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１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。
【０３１９】
前述したボトムスピンバルブ型の歪検出素子２００Ａにおいては、第１磁化固定層２０９（第２磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１磁性層２０１）よりも下（−Ｚ軸方向）に形成されている。これに対し、トップスピンバルブ型の歪検出素子２００Ｂにおいては、第１磁化固定層２０９（第２磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１磁性層２０１）よりも上（＋Ｚ軸方向）に形成されている。従って、歪検出素子２００Ｂに含まれる各層の材料は、歪検出素子２００Ａに含まれる各層の材料を上下反転させて用いることができる。また、上述した拡散防止層を、歪検出素子２００Ｂの下地層２０５と磁化自由層２１０の間に設けることができる。
【０３２０】
図６６は、歪検出素子２００の他の構成例（歪検出素子２００Ｃ）を示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｃ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。即ち、図６６に示す通り、歪検出素子２００Ｃは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第１磁化固定層２０９（第２磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１磁性層２０１に相当する。尚、磁化自由層２１０とキャップ層２１１の間には、図示しない拡散防止層を設けても良い。
【０３２１】
下地層２０５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、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第１磁化固定層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１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。
【０３２２】
歪検出素子２００Ｃの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
【０３２３】
図６７は、歪検出素子２００の他の構成例（歪検出素子２００Ｄ）を示す模式的な斜視図である。図６７に示す通り、歪検出素子２００Ｄは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、下部ピニング層２２１と、下部第２磁化固定層２２２と、下部磁気結合層２２３と、下部第１磁化固定層２２４と、下部中間層２２５と、磁化自由層２２６と、上部中間層２２７と、上部第１磁化固定層２２８と、上部磁気結合層２２９と、上部第２磁化固定層２３０と、上部ピニング層２３１と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。下部第１磁化固定層２２４及び上部第１磁化固定層２２８は、第２磁性層２０２に相当する。磁化自由層２２６は、第１磁性層２０１に相当する。
【０３２４】
下地層２０５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。下部ピニング層２２１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。下部第２磁化固定層２２２には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。下部磁気結合層２２３には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。下部第１磁化固定層２２４には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。下部中間層２２５には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２２６には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。上部中間層２２７には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。上部第１磁化固定層２２８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。上部磁気結合層２２９には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。上部第２磁化固定層２３０には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。上部ピニング層２３１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１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。
【０３２５】
歪検出素子２００Ｄの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
【０３２６】
次に、図６８を参照し、実施形態に係る歪検出素子２００の他の態様について説明する。ここまでの説明においては、第２磁性層２０２が磁化固定層である態様について説明したが、上述の通り、第２磁性層２０２は磁化自由層であっても良い。以下、第２磁性層２０２が磁化自由層であり、歪検出素子２００がいわゆる２層フリー構造を有する場合について説明する。
【０３２７】
図６８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ歪検出素子２００に引張歪が生じている状態、歪が生じていない状態及び圧縮歪が生じている状態の様子を表す模式的な斜視図である。また、図６３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す例においては、第２磁性層２０２が磁化自由層であるものとし、歪検出素子２００に生じる歪の方向はＸ方向であるものとする。
【０３２８】
図６８（ｂ）に示す通り、実施形態に係る歪検出素子２００に歪が生じていない場合、第１磁性層２０１の磁化方向と第２磁性層２０２の磁化方向との相対的な角度は、０°よりも大きく１８０°よりも小さい。図６８（ｂ）に示す例においては、第１磁性層２０１の初期磁化方向は、第２磁性層２０２の初期磁化方向に対して９０°である。また、これらの初期磁化方向は、歪が生じる方向に対してはそれぞれ４５°（１３５°）である。
【０３２９】
図６８（ａ）に示す通り、歪検出素子２００にＸ方向に引張歪が生じた場合、第１磁性層２０１及び第２磁性層２０２に、逆磁歪効果が生じ、これら磁性層の磁化方向は相対的に変化する。歪検出素子２００の第１磁性層２０１及び第２磁性層２０２には、正の磁歪定数を有する強磁性体が用いられている。従って、図６８（ａ）に示す通り、第１磁性層２０１及び第２磁性層２０２の磁化方向は、それぞれ引張歪の方向に対して平行に近づく。尚、第１磁性層２０１の磁歪定数は、負であっても良い。図６８（ａ）に示す例においては、これら磁化方向は、お互いの間での角度差が小さくなるように変化する。
【０３３０】
一方、図６８（ｃ）に示す通り、歪検出素子２００にＸ方向に圧縮歪が生じた場合、第１磁性層２０１及び第２磁性層２０２に逆磁歪効果が生じ、第１磁性層２０１及び第２磁性層２０２の磁化方向は、それぞれ圧縮歪の方向に対して垂直に近づく。図６８（ｃ）に示す例においては、これら磁化方向は、お互いの間での角度差が大きくなるように変化する。
【０３３１】
図６８（ｄ）は、歪検出素子２００の電気抵抗と、歪検出素子２００に生じた歪との関係を示す概略的なグラフである。尚、図６８（ｄ）においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪とする。
【０３３２】
図６８（ｄ）に示す通り、実施形態に係る歪検出素子２００の電気抵抗値は、正方向の歪（引張歪）が生じた場合には減少し、負方向の歪（圧縮歪）が生じた場合には増加する。従って、歪検出素子２００は、例えば、マイクロフォンなど正負の圧力に感応するデバイスに直接用いることが出来る。
【０３３３】
また、歪検出素子２００の歪が０近傍であった場合、正方向（引張方向）に微小歪Δε１を加えた場合にも、負方向（圧縮方向）に微小歪Δε１を加えた場合にも、比較的大きい抵抗変化Δｒ２を得ることが出来る。即ち、実施形態に係る歪検出素子２００は、歪が極めて微小である場合のゲージファクタが大きく、高感度な圧力センサの製造に適している。
【０３３４】
次に、図６９を参照して、第２磁性層２０２を磁化自由層として使用する歪検出素子２００の構成例について説明する。図６９は、歪検出素子２００の一の構成例（歪検出素子２００Ｅ）を示す模式的な斜視図である。図６９に示す通り、歪検出素子２００Ｅは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、第１磁化自由層２４１（第２磁性層２０２）と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４２（第１磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化自由層２４１は、第２磁性層２０２に相当する。第２磁化自由層２４２は、第１磁性層２０１に相当する。尚、下地層２０５と第１磁化自由層２４１の間及び第２磁化自由層２４２とキャップ層２１１の間の少なくとも一方には、図示しない拡散防止層を設けても良い。
【０３３５】
下地層２０５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、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。第１磁化自由層２４１には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第２磁化自由層２４２には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１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。また、下地層２０５と第１磁化自由層２４１の間及び第２磁化自由層２４２とキャップ層２１１の間の少なくとも一方に拡散防止層を設ける場合、拡散防止層には、例えば、１．５ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。
【０３３６】
歪検出素子２００Ｅの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。また、第１磁化自由層２４１及び第２磁化自由層２４２の材料としては、例えば歪検出素子２００Ａの磁化自由層２１０と同様のものを用いても良い。
【０３３７】
（第４の実施形態）  
次に、図７０〜図７２を参照して、第４の実施形態に係る圧力センサの構成例（圧力センサ４４０）について説明する。  
図７０は、第４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７１及び図７２は、第４の実施形態に係る圧力センサを例示するブロック図である。
【０３３８】
図７０及び図７１に示すように、圧力センサ４４０には、基部４７１、検知部４５０、半導体回路部４３０、アンテナ４１５、電気配線４１６、送信回路４１７、及び、受信回路４１７ｒが設けられている。尚、本実施形態に係る検知部４５０は、例えば第１〜第３の実施形態に係る歪検出素子２００である。
【０３３９】
アンテナ４１５は、電気配線４１６を介して、半導体回路部４３０と電気的に接続されている。
【０３４０】
送信回路４１７は、検知部４５０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４１７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。
【０３４１】
受信回路４１７ｒは、電子機器４１８ｄからの制御信号を受信する。受信回路４１７ｒ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４１７ｒを設けるようにすれば、例えば、電子機器４１８ｄを操作することで、圧力センサ４４０の動作を制御することができる。
【０３４２】
図７１に示すように、送信回路４１７には、例えば、検知部４５０に接続されたＡＤコンバータ４１７ａと、マンチェスター符号化部４１７ｂと、を設けることができる。切替部４１７ｃ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４１７ｄを設け、タイミングコントローラ４１７ｄにより切替部４１７ｃ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４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ（ＶＣＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を設けることができる。
【０３４３】
図７２に示すように、圧力センサ４４０と組み合わせて用いられる電子機器４１８ｄには、受信部４１８が設けられる。電子機器４１８ｄ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。
【０３４４】
この場合、送信回路４１７を有する圧力センサ４４０と、受信部４１８を有する電子機器４１８ｄと、を組み合わせて用いることができる。
【０３４５】
電子機器４１８ｄには、マンチェスター符号化部４１７ｂ、切替部４１７ｃ、タイミングコントローラ４１７ｄ、データ訂正部４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ、記憶部４１８ａ、中央演算部４１８ｂ（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を設けることができる。
【０３４６】
この例では、圧力センサ４４０は、固定部４６７をさらに含んでいる。固定部４６７は、膜部４６４（７０ｄ）を基部４７１に固定する。固定部４６７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４６４よりも厚み寸法を厚くすることができる。
【０３４７】
固定部４６７は、例えば、膜部４６４の周縁に等間隔に設けることができる。膜部４６４（７０ｄ）の周囲をすべて連続的に取り囲むように固定部４６７を設けることもできる。固定部４６７は、例えば、基部４７１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４６７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４６７は、例えば、膜部４６４（７０ｄ）の材料と同じ材料から形成することもできる。
【０３４８】
次に、図７３〜図８４を参照して、圧力センサ４４０の製造方法を例示する。図７３〜図８４は、第４の実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示する模式的平面図および模式的断面図である。
【０３４９】
図７３（ａ）及び図７３（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。
【０３５０】
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。
【０３５１】
図７４（ａ）及び図７４（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。
【０３５２】
図７５（ａ）及び図７５（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。
【０３５３】
図７６（ａ）及び図７６（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（７０ｄ）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。
【０３５４】
図７７（ａ）及び図７７（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。
【０３５５】
図７８（ａ）及び図７８（ｂ）に示すように、導電層５６１ｆの上に、積層膜５５０ｆを形成する。
【０３５６】
図７９（ａ）及び図７９（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。
【０３５７】
図８０（ａ）及び図８０（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。
【０３５８】
図８１（ａ）及び図８１（ｂ）に示すように、絶縁膜５６５ｆ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。
【０３５９】
図８２（ａ）及び図８２（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。
【０３６０】
図８３（ａ）及び図８３（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。
【０３６１】
図８４（ａ）及び図８４（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。
【０３６２】
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。
【０３６３】
以上の様にして圧力センサ４４０が形成される。
【０３６４】
（第５の実施形態）  
次に、図８５を参照して、第５の実施形態について説明する。図８５は、本実施形態に係るマイクロフォン１５０のを例示する模式的断面図である。第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は、例えば、マイクロフォンに搭載する事が出来る。
【０３６５】
本実施形態に係るマイクロフォン１５０は、圧力センサ１００を搭載したプリント基板１５１と、プリント基板１５１を搭載した電子回路１５２と、プリント基板１５１と共に圧力センサ１００と電子回路１５２とを覆うカバー１５３とを備える。圧力センサ１００は、第１〜第３の実施形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサである。
【０３６６】
カバー１５３には、アコースティックホール１５４が設けられており、ここから音波１５５が入射する。音波１５５がカバー１５３内に入射すると、圧力センサ１００によって音波１５５が検知される。電子回路１５２は、例えば、圧力センサ１００に搭載された歪検出素子に電流を流し、圧力センサ１００の抵抗値の変化を検出する。また、電子回路１５２は、増幅回路等によってこの電流値を増幅しても良い。
【０３６７】
第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサは高感度であるため、これを搭載したマイクロフォン１５０は感度良く音波１５５の検出を行う事が可能である。
【０３６８】
（第６の実施形態）  
次に、図８６及び図８７を参照して、第６の実施形態について説明する。図８６は、第６の実施形態に係る血圧センサ１６０を例示する模式図である。図８７は、同血圧センサ１６０のＨ１−Ｈ２から見た模式的断面図である。第１〜第３の実施形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は、例えば、血圧センサ１６０に搭載する事が出来る。
【０３６９】
図８６に示す通り、血圧センサ１６０は、例えばヒトの腕１６５の動脈１６６上に貼り付けられる。また、図８７に示す通り、血圧センサ１６０は第１〜第３の実施形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００を搭載しており、これによって血圧を測定する事が可能である。
【０３７０】
第１〜第３の実施形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は高感度であるため、これを搭載した血圧センサ１６０は感度良く連続的に血圧の検出を行う事が可能である。
【０３７１】
（第７の実施形態）  
次に、図８８を参照して、第７の実施形態について説明する。図８８は、第７の実施形態に係るタッチパネル１７０を例示する模式的な回路図である。タッチパネル１７０は、図示しない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。
【０３７２】
タッチパネル１７０は、マトリクス状に配置された複数の圧力センサ１００と、Ｙ方向に複数配置され、Ｘ方向に配置された複数の圧力センサ１００の一端にそれぞれ接続された複数の第１の配線１７１と、Ｘ方向に複数配置され、Ｙ方向に配置された複数の圧力センサ１００の他端にそれぞれ接続された複数の第２の配線１７２と、複数の第１の配線１７１及び複数の第２の配線１７２を制御する制御部１７３とを備える。圧力センサ１００は、第１〜第３の実施形態に係る圧力センサである。
【０３７３】
また、制御部１７３は、第１の配線１７１を制御する第１の制御回路１７４と、第２の配線１７２を制御する第２の制御回路１７５と、第１の制御回路１７４及び第２の制御回路１７５を制御する第３の制御回路１７６とを備える。
【０３７４】
例えば、制御部１７３は、複数の第１の配線１７１及び複数の第２の配線１７２を介して圧力センサ１００に電流を流す。ここで、図示しないタッチ面が押圧された場合、圧力センサ１００はその圧力に応じて歪検出素子の抵抗値を変化させる。制御部１７３は、この抵抗値の変化を検出することにより、押圧による圧力を検出した圧力センサ１００の位置を特定する。
【０３７５】
第１〜第３の実施形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は高感度であるため、これを搭載したタッチパネル１７０は感度良く押圧による圧力を検出する事が可能である。また、圧力センサ１００は小型であり、解像度の高いタッチパネル１７０を製造する事が可能である。
【０３７６】
尚、タッチパネル１７０は、圧力センサ１００の他にタッチを検出するための検出要素を備えていても良い。
【０３７７】
圧力センサ１００は、第４〜第７に示す実施形態の他に、気圧センサやタイヤの空気圧センサ等、様々な圧力センサデバイスに応用することができる。
【０３７８】
実施形態によれば、高感度な歪検出素子、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が提供できる。
【０３７９】
本願明細書において、「電気的に接続」には、直接接触して接続される場合の他に、他の導電性部材などを介して接続される場合も含む。
【０３８０】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０３８１】
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、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、膜部、第１電極、第２電極および積層体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。  
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。
【０３８２】
その他、本発明の実施の形態として上述した歪検出素子、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出素子、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。
【０３８３】
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。
【０３８４】
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】
【０３８５】
Δε…異方歪、  Δε１…微小歪、  ΔεＸ−Ｙ…異方歪、  Δｒ１、Δｒ２…抵抗変化、  ε、εθ、εｒ、εｘ、εｙ…歪、  １００…圧力センサ、  １１０…基板、  １１１…空洞部、  １１２、１１３…面、  １２０…膜部、  １２１…振動部、  １２２…被支持部、  １３１…配線、  １３２…パッド、  １３３…配線、  １３４…パッド、  １５０…マイクロフォン、  １５１…プリント基板、  １５２…電子回路、  １５３…カバー、  １５４…アコースティックホール、  １５５…音波、  １６０…血圧センサ、  １６５…腕、  １６６…動脈、  １７０…タッチパネル、  １７１、１７２…配線、  １７３…制御部、  １７４、１７５、１７６…第１〜第３の制御回路、  ２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ…歪検出素子、  ２０１…第１磁性層、  ２０２…第２磁性層、  ２０３…中間層、  ２０４…下部電極、  ２０４ａ…下部電極キャップ層、  ２０４ｂ…下部電極中間金属層、  ２０４ｃ…下部電極下地層、  ２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ…下地層、  ２０５ａ…バッファ層、  ２０５ｂ…シード層、  ２０５ｃ…結晶成長分断層、  ２０５ｄ…Ｔａ層、  ２０５ｅ…Ｃｕ層、  ２０６…ピニング層、  ２０７…磁化固定層、  ２０８…磁気結合層、  ２０９…磁化固定層、  ２１０…磁化自由層、  ２１１…キャップ層、  ２１２…上部電極、  ２１２ａ…上部電極キャップ層、  ２１２ｂ…上部電極中間金属層、  ２１２ｃ…上部電極下地層、  ２１３…絶縁層、  ２１４…ハードバイアス層、  ２１６…拡散防止層、  ２２１…下部ピニング層、  ２２２…下部第２磁化固定層、  ２２３…下部磁気結合層、  ２２４…下部第１磁化固定層、  ２２５…下部中間層、  ２２６…磁化自由層、  ２２７…上部中間層、  ２２８…上部第１磁化固定層、  ２２９…上部磁気結合層、  ２３０…上部第２磁化固定層、  ２３１…上部ピニング層、  ２４１…第１磁化自由層、  ２４２…第２磁化自由層、  ２５８、２５８ａ、２５８ｂ…絶縁層、  ３１０、３２０、３３０、３４０…歪検出素子群、  ４１５…アンテナ、  ４１６…電気配線、  ４１７…送信回路、  ４１７ａ…コンバータ、  ４１７ｂ…マンチェスター符号化部、  ４１７ｃ…切替部、  ４１７ｄ…タイミングコントローラ、  ４１７ｅ…データ訂正部、  ４１７ｆ…同期部、  ４１７ｇ…判定部、  ４１７ｈ…電圧制御発振器、  ４１７ｒ…受信回路、  ４１８…受信部、  ４１８ａ…記憶部、  ４１８ｂ…中央演算部、  ４１８ｄ…電子機器、  ４３０…半導体回路部、  ４４０…圧力センサ、  ４５０…検知部、  ４６４…膜部、  ４６７…固定部、  ４７１…基部、  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、５６２ｆ…導電層、  ５６１ｆａ、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…開口部、  ５６６ｐ…開口部、  ５６７…固定部、  ５７０…空洞部、  ６１０…基板、  ６５０…外側ナイフエッジ、  ６６０…内側ナイフエッジ、  ６７０…ロードセル、  Ｄｐ…深さ、  Ｅ１…外縁、  Ｆ１…平均残留応力、  Ｆ２…残留応力、  Ｇ…重心、  ＧＦ、ＧＦ１、ＧＦ２…ゲージファクタ、  ＧＳ１、Ｇｓ…結晶粒径、  Ｈ…外部磁場、  Ｈｃ、Ｈｃ１、Ｈｃ２…保磁力、  Ｈｋ…異方性磁界、  Ｉｎｔ…強度、  Ｌｖ…変位、  Ｌ…直線、  Ｌａ、Ｌｂ…直径、  Ｌ１、Ｌ２…部分、  Ｌｎ１…長辺、  Ｌｎ２…短辺、  Ｌｔ…厚さ、  Ｐ…印加圧力、  Ｐ１〜Ｐ６…点、  Ｐｎ１…位置、  Ｒ…電気抵抗値、  Ｒε…変化量、  Ｒ１…領域、  Ｒａ、…Ｒａ１、…Ｒａ２、Ｒａ３、Ｒａ４、Ｒａ５、Ｒａ６、…Ｒａ１２０…平均粗さ、  Ｒｍａｘ、Ｒｍａｘ２、Ｒｍａｘ３、Ｒｍａｘ５、Ｒｍａｘ６、Ｒｍａｘ１２０…最大粗さ、  Ｒｚ…最大高低差、  Ｓ０１〜Ｓ０９…試料、  ＳＢ、ＳＢＡ、ＳＢＢ…積層体、  ＳＦ…面、  Ｔｃ…厚さ、  Ｔｈ２０３…厚さ、  Ｚｃ…平均値、  ｅｓ…ヤング率、  ｉ…位置、  ｒ…半径、  ｒｘ…距離、  ｔ…厚さ
【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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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図１】
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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２１】
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【図２７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５９】
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【図６０】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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