(57)【要約】【課題】セルフピン止め型の固定磁性層を有する磁気抵抗効果素子を備える磁気センサにおいて、固定磁性層の磁化を容易にする手法を提供する。【解決手段】特定の向きに感度軸を持つ磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，ＧＭＲ２を備えた磁気センサ１０であって、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，ＧＭＲ２は、固定磁性層２１とフリー磁性層２３とが非磁性材料層２２を介して積層された積層構造体が基板上に配置された構成を有し、固定磁性層２１は、第１磁性層２１ａと非磁性材料層２２に接する第２磁性層２１ｃとが非磁性中間層２１ｂを介して積層され、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃとが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型であり、第２磁性層２１ｃは、非磁性中間層２１ｂに接する第１強磁性材料層２１ｃ１と、第１強磁性材料層２１ｃ１の上に設けられた介在層２１ｃ２と、介在層２１ｃ２の上に設けられ第１強磁性材料層２１ｃ１に磁気的に結合する第２強磁性材料層２１ｃ３とを備える磁気センサ１０。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の向きに感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造体が基板上に配置された構成を有し、
前記固定磁性層は、第１磁性層と前記非磁性材料層に接する第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第１磁性層と前記第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型であり、
前記第２磁性層は、前記非磁性中間層に接する第１強磁性材料層と、前記第１強磁性材料層の上に設けられた介在層と、前記介在層の上に設けられ前記第１強磁性材料層に磁気的に結合する第２強磁性材料層とを備えること
を特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記介在層は、ＰｔおよびＰｄからなる群から選ばれる１種または２種を含有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気センサは前記磁気抵抗効果素子を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの前記磁気抵抗効果素子は、前記感度軸の向きが互いに異なる第１磁気抵抗効果素子および第２磁気抵抗効果素子を含み、前記第１磁気抵抗効果素子の前記積層構造体である第１積層構造体の少なくとも１つが配置される基板は、前記第２磁気抵抗効果素子の前記積層構造体である第２積層構造体の少なくとも１つが配置される基板と同一である、請求項１または２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
２つの前記第１磁気抵抗効果素子と２つ前記第２磁気抵抗効果素子とが互いに電気的に接続されてなる磁界検出ブリッジ回路を備え、前記磁界検出ブリッジ回路は、前記第１磁気抵抗効果素子の１つと当該第１磁気抵抗効果素子に直列に接続される１つの前記第２磁気抵抗効果素子との間の出力を２つ有する、請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
請求項３または４に記載される磁気センサの製造方法であって、
真空チャンバ内で、前記基板上に前記第１積層構造体を製造した後、前記第１積層構造体が配置されている前記基板上に前記第２積層構造体を製造することにより前記磁気センサは製造され、
前記第１積層構造体および前記第２積層構造体のいずれについても、
前記真空チャンバ内にて、前記第１磁性層、前記非磁性中間層、前記第１強磁性材料層および前記介在層を備える積層構造部を前記基板上に形成し、
前記介在層が最表層に位置する状態で前記積層構造部を前記真空チャンバから取り出して、前記積層構造部が備える前記第１磁性層および前記第１強磁性材料層を磁化し、
前記第１磁性層および前記第１強磁性材料層が磁化された前記積層構造部を前記真空チャンバ内に入れて、前記第２強磁性材料層以降の形成を行うこと
を特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項６】
前記第１磁性層および前記第２磁性層は、前記第１磁性層の磁化量と前記第２磁性層の磁化量とが等しくなるように設定され、
前記第１磁性層および前記第１強磁性材料層の磁化は、前記第１磁性層の磁化量と前記第１強磁性材料層の磁化量とに相違がある状態で行われる、請求項５に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項７】
前記第２積層構造体における前記第１磁性層および前記第１磁性材料層を磁化させるために印加される磁界強度は、前記基板上に配置されている前記１積層構造体における前記固定磁性層の磁化分散の程度に基づき設定される、請求項５または６に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項８】
前記第２強磁性材料層は前記第１強磁性材料層と強磁性的に結合することにより磁化される、請求項５から７のいずれか一項に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか一項に記載される磁気センサを備え、被測定電流により生じた誘導磁界を測定して被測定電流を計測する、電流センサ。
【請求項１０】
請求項５から８のいずれか一項に記載される磁気センサおよびフィードバックコイルを備え、被測定電流により生じた誘導磁界を打ち消す磁界が前記フィードバックコイルから発生するように、前記磁気センサによって測定された磁界強度に応じて前記フィードバックコイルに電流を流し、当該フィードバックコイルの電流値に基づいて前記被測定電流を計測する、電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサおよび当該磁気センサの製造方法、ならびに当該磁気センサを備えた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとしては、被測定電流からの誘導磁界を検出する磁気センサを用いたものが知られている。磁気センサ用の磁気検出素子として、例えば、ＧＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子が挙げられる。
【０００３】
ＧＭＲ素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造体を基本構造とする。固定磁性層は、反強磁性層と強磁性層との積層構造体による交換結合バイアスや、２つの強磁性層が非磁性中間層を介して積層されるセルフピン止め構造によるＲＫＫＹ相互作用（間接交換相互作用）により、磁化方向が一方向に固定されている。フリー磁性層は外部磁界に応じて磁化方向が変化可能とされている。
【０００４】
ＧＭＲ素子を備えた磁気センサを用いてなる電流センサでは、被測定電流からの誘導磁界がＧＭＲ素子に印加されることにより、フリー磁性層の磁化方向が変化する。このフリー磁性層の磁化方向と、固定磁性層の磁化方向との相対角度に応じてＧＭＲ素子の電気抵抗値が変動するため、この電気抵抗値を測定することにより、フリー磁性層の磁化方向を検出することができる。そして、磁気センサにより検出された磁化方向に基づいて、誘導磁界を与えた被測定電流の大きさおよびその向きを求めることが可能である。
【０００５】
ところで、電気自動車やハイブリッドカーにおいては、モータの駆動を電流値に基づいて制御する場合があり、また、バッテリーに流れ込む電流値に応じてバッテリーの制御方法を調整する場合がある。したがって、磁気センサを用いてなる電流センサには、電流値をより正確に検出できるように、磁気センサの測定精度を高めることが求められている。
【０００６】
磁気センサの測定精度を向上させるための一手法として、特許文献１に記載されるように、磁気センサが、複数の磁気検知素子（特許文献１では磁気抵抗効果素子）からなる磁界検出ブリッジ回路を備えることが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−８１３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されるような磁気センサでは、磁界検出ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗効果素子は、異なる向きに感度軸を有する２種類の磁気抵抗効果素子から構成される。これらの異なる種類の磁気抵抗効果素子がいずれもセルフピン止め型の固定磁性層を有する場合には、磁気センサが備える磁気抵抗効果素子の種類ごとに、異なった向きに固定磁性層は磁化されている必要がある。この固定磁性層の磁化が適切に行われることは、個々の磁気抵抗効果素子の特性を高めることにとって重要であり、結果的には磁気センサの測定精度を向上させる観点からも重要である。
【０００９】
本発明は、セルフピン止め型の固定磁性層を有する磁気抵抗効果素子を備える磁気センサにおいて、固定磁性層の磁化を容易にする手法を提供することを目的とする。具体的には、磁気検出機能に優れる磁気センサ、およびかかる磁気センサの製造方法、ならびに上記の磁気センサを備える電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために完成された本発明は、一態様において、特定の向きに感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造体が基板上に配置された構成を有し、前記固定磁性層は、第１磁性層と前記非磁性材料層に接する第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第１磁性層と前記第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型であり、前記第２磁性層は、前記非磁性中間層に接する第１強磁性材料層と、前記第１強磁性材料層の上に設けられた介在層と、前記介在層の上に設けられ前記第１強磁性材料層に磁気的に結合する第２強磁性材料層とを備えることを特徴とする磁気センサである。
【００１１】
セルフピン止め型の固定磁性層における非磁性材料層に近位な側の強磁性層を、介在層を備える積層構造とすることにより、この介在層を最表層とした状態であれば外部環境に寄らず安定的に固定磁性層の磁化が可能であり、ＭＲ比（［磁化が反平行な場合の抵抗値−磁化が平行な場合の抵抗値］／磁化が平行な場合の抵抗値）が高い磁気抵抗効果素子を得ることが可能である。
【００１２】
セルフピン止め型の固定磁性層における非磁性材料層に近位な側の強磁性層である第２磁性層は、第１強磁性材料層、介在層および第２強磁性材料層を備える積層構造を有し、第１強磁性材料層と第２強磁性材料層とは強磁性的に結合しているため、介在層があっても、一体として機能することができる。また、介在層は酸素や窒素など大気中のガスと反応し難い材料から構成される。したがって、磁気抵抗効果素子を構成する積層構造体の一部である積層構造部は、介在層が最表層に位置する状態であれば、外気が大気中となっても酸素の影響などに起因する品質の低下は生じにくい。
【００１３】
前記介在層は、ＰｔおよびＰｄからなる群から選ばれる１種または２種を含有することが好ましい。介在層がこれらの元素を含有すること、好ましくはこれらの元素からなることにより、介在層より下層に位置する層の酸化などを効果的に抑制することが可能である。また、介在層を挟むように位置する第１強磁性材料層と第２強磁性材料層との強磁性結合が介在層によって阻害されにくく、結果的に第１磁性層と第２磁性層との間のＲＫＫＹ相互作用が適切に生じやすい。
【００１４】
上記の磁気センサの具体的な構成例として、前記磁気センサは前記磁気抵抗効果素子を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの前記磁気抵抗効果素子は、前記感度軸の向きが互いに異なる第１磁気抵抗効果素子および第２磁気抵抗効果素子を含み、前記第１磁気抵抗効果素子の前記積層構造体である第１積層構造体の少なくとも１つが配置される基板は、前記第２磁気抵抗効果素子の前記積層構造体である第２積層構造体の少なくとも１つが配置される基板と同一である磁気センサが挙げられる。同一の基板上に感度軸の向きが互いに異なる複数種類の磁気抵抗効果素子を設ける場合には、成膜過程において、特に真空成膜中に、これらの感度軸への向きの磁化を固定磁性層に対して強く行うことは容易でない。しかしながら、上記のように固定磁性層が介在層を備える場合には、介在層が最表層に位置する状態であれば、外部環境の影響（具体的には酸化が例示される。）を少なくして、固定磁性層の磁化を行うことができる。したがって、同一基板上に感度軸の向きが互いに異なる複数種類の磁気抵抗効果素子を磁化固定層の磁化分散を小さくした状態で設けることを容易に行うことが可能となる。このような方法で形成された感度軸の向きが互いに異なる複数種類の磁気抵抗効果素子が同一基板上に設けられた磁気センサは、個々の磁気抵抗効果素子のＭＲ比が高く、優れた磁気検出機能を有する。
【００１５】
上記の構成の磁気センサのさらに具体的な構成として、２つの前記第１磁気抵抗効果素子と２つの前記第２磁気抵抗効果素子とが互いに電気的に接続されてなる磁界検出ブリッジ回路を備えるものが例示される。前記磁界検出ブリッジ回路は、前記第１磁気抵抗効果素子の１つと当該第１磁気抵抗効果素子に直列に接続される１つの前記第２磁気抵抗効果素子との間の出力を２つ有することが好ましく、これらの出力の電位差（電圧）によって外部磁界に関する情報を得ることが可能である。
【００１６】
本発明は、他の一態様として、上記の磁化固定層の磁化分散が小さい、且つ、感度軸の向きが互いに異なる複数種類の磁気抵抗効果素子を同一の基板上に備える構成の磁気センサの製造方法を提供する。かかる製造方法は、真空チャンバ内で、前記基板上に前記第１積層構造体を製造した後、前記第１積層構造体が配置されている前記基板上に前記第２積層構造体を製造することにより前記磁気センサは製造され、前記第１積層構造体および前記第２積層構造体のいずれについても、前記真空チャンバ内にて、前記第１磁性層、前記非磁性中間層、前記第１強磁性材料層および前記介在層を備える積層構造部を前記基板上に形成し、前記介在層が最表層に位置する状態で前記積層構造部を前記真空チャンバから取り出して、前記積層構造部が備える前記第１磁性層および前記第１強磁性材料層を十分に大きな磁場印加によって磁化し、前記第１磁性層および前記第１強磁性材料層が磁化された前記積層構造部を前記真空チャンバ内に入れて、前記第２強磁性材料層以降の形成を行う。
【００１７】
積層構造部を真空チャンバから取り出して着磁装置を用いて十分に大きな磁場を印加することにより、第１磁性層および第１強磁性材料層の磁化を行うことが容易となる。この場合に大気中で磁化が行われることになっても、積層構造部は大気中のガスと反応し難い介在層が最表層に位置するため、磁性材料からなる層が酸化する現象が生じにくい。このため、固定磁性層を構成する材料の物性変化などが生じにくい。また、磁化作業後に積層構造部を再度真空チャンバ内に配置して第２強磁性材料層を形成する際に、第２強磁性材料層が積層構造部に対して密着性が低下するといった不具合も生じにくい。それゆえ、かかる製造方法により製造された磁気センサは、複数種類の磁気抵抗効果素子を同一基板上に備えるというコンパクトな構成でありながら、磁化固定層の磁化分散が小さく、その結果、磁気抵抗効果素子のＭＲ比が高くなって、磁気検出機能に優れる。
【００１８】
前記第１磁性層および前記第２磁性層は、前記第１磁性層の磁化量と前記第２磁性層の磁化量とが等しくなるように設定され、前記第１磁性層および前記第１強磁性材料層の磁化は、前記第１磁性層の磁化量と前記第１強磁性材料層の磁化量とに相違がある状態で行われてもよい。
【００１９】
前記第２積層構造体における前記第１磁性層および前記第１磁性材料層を磁化させるために印加される磁界強度は、前記基板上に配置されている前記１積層構造体における前記固定磁性層の磁化分散を大きくしない範囲で設定されればよい。
【００２０】
前記第２強磁性材料層は前記第１強磁性材料層と磁気的に結合することにより磁化されることが好ましい。この磁気的結合を適切に生じさせる観点から、介在層の組成や厚さは設定されることが好ましい。
【００２１】
本発明は、別の一態様において、上記の感度軸の向きが互いに異なる複数種類の磁気抵抗効果素子を同一の基板上に備える構成の磁気センサを備え、被測定電流により生じた誘導磁界を測定して被測定電流を計測する、電流センサである。
【００２２】
本発明は、また別の一態様において、上記の感度軸の向きが互いに異なる複数種類の磁気抵抗効果素子を同一の基板上に備える構成の磁気センサおよびフィードバックコイルを備え、被測定電流により生じた誘導磁界を打ち消す磁界が前記フィードバックコイルから発生するように、前記磁気センサによって測定された磁界強度に応じて前記フィードバックコイルに電流を流し、当該フィードバックコイルの電流値に基づいて前記被測定電流を計測する、電流センサである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、セルフピン止め型の固定磁性層を有する磁気抵抗効果素子を備える磁気センサにおいて、固定磁性層の磁化分散を低減でき、磁気検出機能に優れる磁気センサ手法が提供される。また、本発明によれば、上記の磁気センサの製造方法、ならびに上記の磁気センサを備える電流センサも提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を概念的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る磁気センサの磁気抵抗効果素子の構造を概念的に示す平面図である。
【図３】図２に示すＩ−Ｉ線における矢視断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える複数種類の磁気抵抗効果素子の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える複数種類の磁気抵抗効果素子の製造方法における積層構造部の成膜が行われた状態を概念的に示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える複数種類の磁気抵抗効果素子の製造方法において、積層構造部に対して着磁が行われている状態を概念的に示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える複数種類の磁気抵抗効果素子の製造方法において、着磁された積層構造部上に第２強磁性材料層が形成された状態を概念的に示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る磁気平衡式電流センサの構成を概念的に示す図である。
【図９】比較例１に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子のＭＲ比と実施例１に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子のＭＲ比とを対比したグラフである。
【図１０】介在層の厚さと磁気抵抗効果素子のＭＲ比（単位：％）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を概念的に示す平面図である。
【００２７】
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０は、外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気検出部、具体的には、磁気抵抗効果素子からなる磁気測定素子を備え磁気を検出する部分、で構成される。２つの磁気検出部間の出力を２つ備える磁界検出ブリッジ回路１０Ｃを有する。具体的には、４つの磁気検出部はいずれも抵抗変化率特性が等しく、２種類の磁気検出部（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）から構成される。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２とは磁気抵抗効果素子を構成する積層構造体が共通であり、その積層構造体における固定磁性層の磁化の向きが互いに反対である。
【００２８】
磁気センサ１０における４つの磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）は、同一基板上に形成されている、いわゆるワンチップ構成である。このため、磁気センサ１０を小型化することが可能である。
【００２９】
磁界検出ブリッジ回路１０Ｃは、電源給電点である電源端子Ｖｄｄに、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２とが直列に接続された部分の第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１側端部と、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１とが直列に接続された部分の第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２側端部とが並列で接続され、それぞれの部分における反対側の端部は、グランド（Ｇｎｄ）に接続されている。
【００３０】
直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２との間には一つの出力（Ｏｕｔ１）が設けられ、直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１との間には一つの出力（Ｏｕｔ２）が設けられる。これらの２つの出力における電位差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２、中点電位差）を増幅器Ａｍｐに入力し、増幅器Ａｍｐからの出力（差動出力）により、外部から印加された磁場（外部磁場）の大きさを定量的に測定することができる。
【００３１】
図２は、第１実施形態に係る磁気センサ１０が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の構造を概念的に示す平面図である。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、図２に示すように、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の長尺パターン（ストライプ）１が折り返し部２により接続された形状（ミアンダ形状）を有する。長尺パターン１は感磁体からなり、本実施形態において感磁体を構成する磁気測定素子は磁気抵抗効果素子である。長尺パターン１が折り返し部２で接続されることにより、長尺パターン１は全体が電気的に直列に接続され、両端部のそれぞれには電極２Ａが設けられている。このミアンダ形状において、感度軸方向（Ｐｉｎ方向）は、長尺パターン１の長手方向（ストライプ長手方向）に対して直交する幅方向（ストライプ幅方向）である。このミアンダ形状においては、被測定磁界となる外部磁場が長尺パターン１の幅方向（ストライプ幅方向）に沿うように印加される。
【００３２】
図３は、図２に示すＩ−Ｉ線における矢視断面図である。
【００３３】
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターン１は感磁体が磁気抵抗効果素子からなり、ＲＫＫＹ相互作用に基づくセルフピン止め型の固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層とを備える第１積層構造体が基板上に配置された構成を有する。具体的には、図４に示されるように、長尺パターン１は、シード層２０、第１磁性層２１ａと非磁性中間層２１ｂと第２磁性層２１ｃとからなるセルフピン止め型の固定磁性層２１、非磁性材料層２２、フリー磁性層２３および保護層２５を含む第１積層構造体が基板２９上に形成された構成を備える。磁気センサ１０が備える第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の長尺パターンも、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と同様に、セルフピン止め型の固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層とを備える第２積層構造体が基板２９上に形成された構成を備える。
【００３４】
シード層２０は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒなどで構成される。なお、上記積層構造において、基板２９とシード層２０との間に、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１つの元素などの非磁性材料で構成される下地層を設けてもよい。保護層２５は、Ｔａなどで構成される。
【００３５】
固定磁性層２１は、非磁性中間層２１ｂを介して配置される第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃとの間のＲＫＫＹ相互作用により、一方の向きに磁化が固定されている。
【００３６】
第１磁性層２１ａおよび第２磁性層２１ｃを構成する材料として、いずれもＣｏＦｅ合金が例示される。第１磁性層２１ａおよび第２磁性層２１ｃがＣｏＦｅ合金から構成される場合において、第１磁性層２１ａを構成するＣｏＦｅ合金におけるＦｅの含有量を、第２磁性層２１ｃを構成するＣｏＦｅ合金におけるＦｅの含有量よりも高くすることが好ましい。このようにすることで、第１磁性層２１ａの保磁力が第２磁性層２１ｃの保磁力よりも高くなり、成膜中に磁化された第１磁性層２１ａによって第２磁性層２１ｃが磁化されやすくなる。第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃと間に位置する非磁性中間層２１ｂはＲｕなどにより構成される。
【００３７】
本実施形態に係る磁気センサ１０が備える磁気抵抗効果素子は、第２磁性層２１ｃが、非磁性中間層２１ｂに接する第１強磁性材料層２１ｃ１と、第１強磁性材料層２１ｃ１の上に設けられた介在層２１ｃ２と、介在層２１ｃ２の上に設けられ第１強磁性材料層２１ｃ１に磁気的に結合する第２強磁性材料層２１ｃ３とを備える。
【００３８】
第１強磁性材料層２１ｃ１を構成する材料および第２強磁性材料層２１ｃ３を構成する材料の具体例としてＣｏＦｅ合金が例示される。介在層２１ｃ２の具体的な構成（組成、厚さなど）は、大気開放など外部環境が変化しても介在層２１ｃ２と基板２９との間に位置する層の変質を抑制することができるとともに、第１強磁性材料層２１ｃ１と第２強磁性材料層２１ｃ３とが介在層２１ｃ２を介して磁気的に結合することができる限り、限定されない。介在層２１ｃ２は、ＰｔおよびＰｄからなる群から選ばれる１種または２種を含有することが好ましく、ＰｔおよびＰｄからなる群から選ばれる１種または２種からなることがより好ましい。
【００３９】
セルフピン止め型の固定磁性層２１の磁化は、図３に示されるとおりである。すなわち、第１磁性層２１ａの磁化の向きＳ１が右向きとなっており、非磁性中間層２１ｂを介して第１磁性層２１ａとＲＫＫＹ相互作用が生じている第２磁性層２１ｃを構成する第１強磁性材料層２１ｃ１の磁化の向きＳ２１および第２強磁性材料層２１ｃ３の磁化の向きＳ２２はいずれも左向きとなっている。なお、固定磁性層２１の磁化固定力をできるだけ強くする観点から、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃとの磁化量（飽和磁化Ｍｓ・層厚ｔ）の差が実質的にゼロとなるように調整されている。フリー磁性層２３の磁化の向きＦは、形状異方性に基づく磁気異方性により、紙面奥向きである。
【００４０】
非磁性材料層２２は、Ｃｕなどにより構成される。フリー磁性層２３は、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などの磁性材料で構成される。フリー磁性層２３は複数の膜からなる積層構造を有していてもよい。
【００４１】
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０の製造方法は限定されない。次に説明する方法により製造すれば、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０を効率的に製造することができる。
【００４２】
図４は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０の製造方法の一例のフロー図である。このフロー図にしたがって、以下説明する。本実施形態に係る製造方法では、真空チャンバ内で、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１を構成する第１積層構造体を基板２９上に製造した後、第１積層構造体が配置されている基板２９上に、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２を構成する第２積層構造体を製造することにより、磁気センサ１０は製造される。
【００４３】
まず、真空チャンバ中で基板２９上にシード層２０を製造する（ステップＳ１０１）。この際、下地層の形成を行ってもよい。次に、シード層２０上に、第１磁性層２１ａ、非磁性中間層２１ｂ、第１強磁性材料層２１ｃ１および介在層２１ｃ２からなる積層構造部１１を真空チャンバ中で形成する（ステップＳ１０２、図５）。
【００４４】
続いて、介在層２１ｃ２は外部環境の影響を受けにくい材料から構成されているため、この段階で大気開放を行う（ステップＳ１０３）。すなわち、上記の積層構造部１１が基板２９上に形成された状態で、これを真空チャンバから取り出す。
【００４５】
そして、この積層構造部１１が備える第１磁性層２１ａおよび第１強磁性材料層２１ｃ１を磁化する作業（着磁）を行う（ステップＳ１０４）。その結果、図６に示されるように、相対的に磁化量(Ｍｓ・ｔ)が大きく磁化しやすい第１磁性層２１ａが着磁の向きに沿った向きにまず磁化され、第１磁性層２１ａと第１強磁性材料層２１ｃ１との間のＲＫＫＹ相互作用によって、第１強磁性材料層２１ｃ１は第１磁性層２１ａとは反平行な向きに磁化される。この着磁のために印加される磁場の強度は限定されない。通常、真空チャンバ内に配置可能な着磁装置が発生させうる磁場は１０ｍＴ程度が上限となるため、着磁のために印加される磁場強度を例えば８０ｍＴ程度以上とすることにより、本製造方法による効果（固定磁化層２１の着磁のために印加される磁場強度が大きいため磁化分散が少なく、ＭＲ比の大きな磁気抵抗効果素子が得られること）を安定的に享受することが可能である。
【００４６】
こうして着磁が完了したら、第１磁性層２１ａおよび第１強磁性材料層２１ｃ１が磁化された状態にある積層構造部を真空チャンバ内に入れて、第２強磁性材料層２１ｃ３以降の形成（具体的には、第２強磁性材料層２１ｃ３、非磁性材料層２２、フリー磁性層２３および保護層２５の形成を含む。）を行う（ステップＳ１０５）。図７は、第２強磁性材料層２１ｃ３が形成された状態を概念的に示す断面図である。第２強磁性材料層２１ｃ３は介在層２１ｃ２を介して第１強磁性材料層２１ｃ１と磁気的に結合するため、第２強磁性材料層２１ｃ３の磁化の向きＳ２２は、第１強磁性材料層２１ｃ１の磁化の向きＳ２１に沿った向き（平行）となる。
【００４７】
ここで、固定磁性層２１の磁化固定力をできるだけ強くする観点から、第１磁性層２１ａおよび第２磁性層２１ｃは、第１磁性層２１ａの磁化量と第２磁性層２１ｃの磁化量とが等しくなるように設定されることが好ましい。この場合には、大気中で行われる第１磁性層２１ａおよび第１強磁性材料層２１ｃ１の磁化（ステップＳ１０４）は、第１強磁性材料層２１ａの磁化量と前記第１強磁性材料層２１ｃ１の磁化量とに相違がある状態で行われる。
【００４８】
以上のようにして、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の製造が完了した後、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１に係る第１積層構造体が形成されている基板２９上に、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２に係る第２積層構造体の製造を行う。
【００４９】
具体的には、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１に係る第１積層構造体と同様に、第１強磁性材料層２１ｃ１および介在層２１ｃ２からなる積層構造部を真空チャンバ中で形成する（ステップＳ１０６）。続いて、大気開放を行う（ステップＳ１０７）。すなわち、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１に係る第１積層構造体および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２に係る上記の積層構造部が基板２９上に形成された状態で、これを真空チャンバから取り出す。
【００５０】
そして、この積層構造部が備える第１磁性層２１ａおよび第１強磁性材料層２１ｃ１を磁化する作業（着磁）を行う（ステップＳ１０８）。その結果、相対的に磁化しやすい第１磁性層２１ａが着磁の向きに沿った向きにまず磁化され、第１磁性層２１ａと第１強磁性材料層２１ｃ１との間のＲＫＫＹ相互作用によって、第１強磁性材料層２１ｃ１は第１磁性層２１ａとは反平行な向きに磁化される。ここの着磁のために印加される磁場の強度は、基板２９上に配置されている第１積層構造体における固定磁性層２１の磁化ができるだけ分散しない範囲で設定してもよい。第１積層構造体の固定磁性層２１の磁化分散の程度を低く抑えることを実現する観点から、２００ｍＴ程度を上限とすることが好ましい場合がある。
【００５１】
こうして着磁が完了したら、第１磁性層２１ａおよび第１強磁性材料層２１ｃ１が磁化された状態にある積層構造部を真空チャンバ内に入れて、第２強磁性材料層２１ｃ３以降の形成（具体的には、第２強磁性材料層２１ｃ３、非磁性材料層２２、フリー磁性層２３および保護層２５の形成を含む。）を行う（ステップＳ１０８）。
【００５２】
第１強磁性材料層２１ｃ１の磁化量は、第１強磁性材料層２１ｃ１に磁気的に結合する第２強磁性材料層２１ｃ３および第１強磁性材料層２１ｃ１を備える第２磁性層２１ｃの磁化量が、第１磁性層２１ａの磁化量と等しくなるように設定されることが好ましい。
【００５３】
以上のステップにより、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１に係る第１積層構造体および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２に係る第１積層構造体を同一の基板２９上に製造することができる。
【００５４】
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、電流センサとして好適に使用されうる。
【００５５】
本発明の一実施形態に係る電流センサの具体例として、磁気比例式電流センサおよび磁気平衡式電流センサが挙げられる。磁気比例式電流センサは、被測定電流により生じた誘導磁界を磁気センサ１０により測定して被測定電流を計測する方式の電流センサである。
【００５６】
本発明の一実施形態に係る電流センサの他の具体例として磁気平衡式電流センサが挙げられる。図８は、本発明の一実施形態に係る磁気平衡式電流センサの構成を概念的に示す図である。図８に示されるように、磁気平衡式電流センサ３０は、磁界検出ブリッジ回路１０Ｃおよび磁界検出ブリッジ回路１０Ｃからの出力信号（中点電位差）を入力とする増幅器（図示せず）を備える磁気センサ１０、フィードバックコイル４０ならびに増幅器から出力される増幅信号を入力としてフィードバックコイル４０への電流量を制御するための出力信号を生成可能な制御装置（図示せず）を備える。なお、図８に示される磁界検出ブリッジ回路１０Ｃでは、グランドが複数（Ｇｎｄ１，Ｇｎｄ２）設けられている。
【００５７】
磁気平衡式電流センサ３０における被測定電流の測定原理は次のとおりである。被測定電流により誘導磁界が生じると、これを磁気センサ１０にて測定し、制御装置は、測定された磁界強度に応じてフィードバックコイル４０に電流を流すための信号を生成して、このフィードバックコイル４０からの誘導磁界によって、被測定電流により誘導磁界を打ち消す。こうして磁気センサによって測定される外部磁場の強度がゼロとなったとき（平衡状態となったとき）のフィードバックコイル４０に流れる電流値に基づいて、被測定電流を測定する。
【００５８】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。
【００６０】
（実施例１）
絶縁層を有する基板を真空チャンバ内に配置し、基板の絶縁層上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層の一部［第１磁性層；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層の一部〔第１磁性材料層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／介在層；Ｐｔ（１０）〕］の順に積層して、第１積層構造体の一部である第１積層構造部を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
【００６１】
第１積層構造部が形成された基板を真空チャンバから取り出して、大気中にて、第１磁性層および第１磁性材料層を着磁した。着磁のために印加された磁場の強度は２００ｍＴであった。
【００６２】
着磁後に、第１積層構造部が形成された基板を真空チャンバ内に配置し、介在層上に、固定磁性層の残部［第２磁性層の残部〔第２磁性材料層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１４）〕］／非磁性材料層；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層［Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（７０）］／保護層；Ｔａ（１００）の順に積層して第１積層構造体を基板上に形成した。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
【００６３】
こうして第１の磁気抵抗効果素子を基板上に形成した。この第１の磁気抵抗効果素子が形成された基板における絶縁層上に、次のようにして第２の磁気抵抗効果素子を形成した。
【００６４】
まず、第１の磁気抵抗効果素子が形成された基板が真空チャンバ内に配置された状態で、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層の一部［第１磁性層；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層の一部〔第１磁性材料層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／介在層；Ｐｔ（１０）〕］の順に積層して、第２積層構造体の一部である第２積層構造部を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
【００６５】
第１積層構造体および第２積層構造部が形成された基板を真空チャンバから取り出して、大気中にて、第２積層構造部の第１磁性層および第１磁性材料層を着磁した。着磁のために印加された磁場の向きは、第１積層構造部を着磁するために印加された磁場の向きと反対向き（反平行）であり、着磁のために印加された磁場の強度は１００ｍＴであった。
【００６６】
着磁後に、第１積層構造体および第２積層構造部が形成された基板を真空チャンバ内に配置し、介在層上に、固定磁性層の残部［第２磁性層の残部〔第２磁性材料層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１４）〕］／非磁性材料層；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層［Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（７０）］／保護層；Ｔａ（１００）の順に積層して第２積層構造体を基板上に形成した。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
【００６７】
こうして、同一基板上に、感度軸の向きが互いに異なる（具体的には反平行の関係にある）第１積層構造体および第２積層構造体を形成し、第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子を得た。
【００６８】
（比較例１）
絶縁層を有する基板を真空チャンバ内に配置し、基板の絶縁層上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層［第１磁性層；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層［Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（７０）］／保護層；Ｔａ（１００）の順に積層して、第１比較積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。ここで、第１磁性層を成膜する際に磁場（強度：１０ｍＴ）を印加して、第１磁性層の磁化を行った。こうして、比較用の磁気抵抗効果素子を得た。
【００６９】
（ＭＲ比の測定）
実施例１および比較例１により製造した磁気抵抗効果素子に対して外部磁場を印加してＭＲ比（単位：％）を測定した。
その結果、図９に示されるように、比較例１に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は８．４％であったのに対し、実施例１に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は９．１％であった。
【００７０】
（実施例２）
以下のようにして、介在層の厚さが磁気抵抗効果素子のＭＲ比に与える影響を評価した。
【００７１】
絶縁層を有する基板を真空チャンバ内に配置し、基板の絶縁層上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層の一部［第１磁性層；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層の一部〔第１磁性材料層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／介在層；Ｐｔ（ｘ）〕］の順に積層して、第１積層構造体の一部である第１積層構造部を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。Ｐｔについては、厚さｘを０Å〜２０Åの範囲で変化させた。
【００７２】
第１積層構造部が形成された基板を真空チャンバから取り出して、大気中にて、第１磁性層および第１磁性材料層を着磁した。着磁のために印加された磁場の強度は２００ｍＴであった。
【００７３】
着磁後に、第１積層構造部が形成された基板を真空チャンバ内に配置し、介在層上に、固定磁性層の残部［第２磁性層の残部〔第２磁性材料層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１４）〕］／非磁性材料層；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層［Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（７０）］／保護層；Ｔａ（１００）の順に積層して第１積層構造体を基板上に形成した。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
【００７４】
こうして得られた磁気抵抗効果素子に対して外部磁場を印加してＭＲ比（単位：％）を測定し、ＭＲ比と介在層の厚さ（Å）との関係を図１０に示した。
【００７５】
図１０に示されるように、介在層が設けられていない場合には、大気開放したことに起因して第１積層構造部を構成する材料の変質が生じ、磁気抵抗効果素子の製造が適切に行われず、ＭＲ比は０％となった。介在層を設けることにより磁気抵抗効果素子のＭＲ比を高めることが可能となる。ただし、介在層の厚さが過度に大きい場合には、ＭＲ比の低下が認められた。これは、第１磁性材料層と第２磁性材料層との磁気的な結合の程度が低下したためと推測される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る磁気センサを備える電流センサは、電気自動車はハイブリッドカーなどの電流センサとして好適に使用されうる。
【符号の説明】
【００７７】
１０  磁気センサ
１０Ｃ  磁界検出ブリッジ回路
ＧＭＲ１  第１の磁気抵抗効果素子
ＧＭＲ２  第２の磁気抵抗効果素子
Ｖｄｄ  電源端子
Ｇｎｄ  グランド
Ｏｕｔ１  直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２との間における出力
Ｏｕｔ２  直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１との間における出力
Ａｍｐ  増幅器
１  長尺パターン
２  折り返し部
２Ａ  電極
２０  シード層
２１  固定磁性層
２１ａ  第１磁性層
２１ｂ  非磁性中間層
２１ｃ  第２磁性層
２１ｃ１  第１強磁性材料層
２１ｃ２  介在層
２１ｃ３  第２強磁性材料層
２２  非磁性材料層
２３  フリー磁性層
２５  保護層
２９  基板
Ｓ１  第１磁性層２１ａの磁化の向き
Ｓ２１  第１強磁性材料層２１ｃ１の磁化の向き
Ｓ２２  第２強磁性材料層２１ｃ３の磁化の向き
Ｆ  フリー磁性層２３の磁化の向き
１１  積層構造部
３０  磁気平衡式電流センサ
４０  フィードバックコイル
Ｇｎｄ１  グランド
Ｇｎｄ２  グランド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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