JP7777159B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加できるように構成された磁気センサに関する。

近年、種々の用途で、磁気センサが利用されている。磁気センサとしては、基板上に設けられたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いたものが知られている。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。

磁気センサには、磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する手段を備えたものがある。バイアス磁界は、例えば、対象磁界の強度の変化に対して磁気抵抗効果素子が線形に応答するようにするために用いられる。また、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサでは、バイアス磁界は、対象磁界がないときに、自由層を単磁区化し、且つ自由層の磁化の方向を一定の方向に向かせるためにも用いられる。

バイアス磁界を発生する手段としては、反強磁性層と強磁性層を積層した磁界発生体が知られている。特許文献１，２には、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子を挟むように配置された２つの磁界発生体とを備えた磁気センサが開示されている。

特開２０１５－１２５０２０号公報 特開２０１６－１７６９１１号公報

磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界の強度を大きくするためには、磁気抵抗効果素子と磁界発生体との間隔を小さくし且つ磁界発生体を大きくすることが好ましい。例えば、磁気抵抗効果素子の周囲全体に絶縁層を形成し、磁気抵抗効果素子および絶縁層の上に、磁気抵抗効果素子の全体を覆うように磁界発生体を形成することによって、磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界の強度を大きくすることが考えられる。しかし、そうすると、磁界発生体に含まれる磁性層がシールドとして機能し、磁気抵抗効果素子の感度が低下するという問題が発生する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子の感度の低下を抑制できるようにした磁気センサを提供することにある。

本発明の磁気センサは、積層された複数の磁性膜を含む少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、強磁性材料よりなり、複数の磁性膜の積層方向に直交する第１の方向から見たときに少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と重なるように配置された第１の強磁性層と、絶縁材料よりなり、積層方向および第１の方向の各々に直交する第２の方向において少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の両側に配置された絶縁層と、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、第１の強磁性層および絶縁層の上に配置された反強磁性層とを備えている。反強磁性層は、第１の強磁性層に対向する第１の反強磁性部と、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子および絶縁層には対向するが第１の強磁性層には対向しない非対向部分とを含んでいる。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と反強磁性層との間には、いかなる磁性層も存在しない。

本発明の磁気センサでは、反強磁性層が、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、第１の強磁性層および絶縁層の上に配置されている。反強磁性層は、第１の強磁性層に対向する第１の反強磁性部と、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子および絶縁層には対向するが第１の強磁性層には対向しない非対向部分とを含んでいる。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と反強磁性層との間には、いかなる磁性層も存在しない。これにより、本発明によれば、磁気抵抗効果素子の感度の低下を抑制することが可能になるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサ装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の検出回路の一部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の検出回路の一部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態における第２の検出回路の一部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子、磁界発生体および絶縁層を示す平面図である。 図７において９－９線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。 図７において１０－１０線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。 比較例の磁界発生体の形成方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における磁界発生体の形成方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第１の変形例の要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第２の変形例の要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第３の変形例の要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第４の変形例の要部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第５の変形例の要部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第６の変形例の要部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第７の変形例の要部を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサシステムを示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。 図２５において２６－２６線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。 図２５において２７－２７線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。 図２８において２９－２９線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。 図２８において３０－３０線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサ装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態における磁気センサ装置を示す斜視図である。図２は、本実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す機能ブロック図である。

本実施の形態における磁気センサ装置１００は、本実施の形態に係る磁気センサ１と、プロセッサ２とを備えている。磁気センサ１は、磁気センサ１の検出対象の磁界である対象磁界を検出して少なくとも１つの検出信号を生成するように構成されている。磁気センサ１は、地磁気を検出する地磁気センサであってもよいし、回転磁界を検出する角度センサ用または磁気エンコーダ用の磁気センサであってもよいし、被検出電流が発生する磁界を検出する電流センサ用の磁気センサであってもよい。

プロセッサ２は、少なくとも１つの検出信号に基づいて対象磁界と対応関係を有する少なくとも１つの検出値を生成するように構成されている。プロセッサ２は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって構成されている。

磁気センサ１とプロセッサ２の各々は、直方体形状のチップの形態を有している。磁気センサ１は、互いに反対側に位置する上面１ａおよび下面１ｂと、上面１ａと下面１ｂを接続する４つの側面とを有している。プロセッサ２は、互いに反対側に位置する上面２ａおよび下面２ｂと、上面２ａと下面２ｂを接続する４つの側面とを含んでいる。磁気センサ１は、磁気センサ１の下面１ｂがプロセッサ２の上面２ａに対向する姿勢で、プロセッサ２の上面２ａ上に実装されている。磁気センサ１は、例えば接着剤によってプロセッサ２に接合されている。

ここで、図１に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、磁気センサ１の上面１ａに垂直な方向であって、磁気センサ１の下面１ｂから上面１ａに向かう方向を、Ｚ方向とする。また、Ｘ方向とは反対の方向を－Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を－Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を－Ｚ方向とする。

以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。また、磁気センサ１の構成要素に関して、Ｚ方向の端に位置する面を「上面」と言い、－Ｚ方向の端に位置する面を「下面」と言う。また、「所定の方向（例えばＺ方向）から見たとき」という表現は、所定の方向または所定の方向に平行な一方向に離れた位置から対象物を見ることを意味する。

磁気センサ１は、上面１ａ上に設けられた複数の第１のパッド（電極パッド）を有している。プロセッサ２は、上面２ａ上に設けられた複数の第２のパッド（電極パッド）を有している。磁気センサ１では、複数の第１のパッドと複数の第２のパッドのうち、対応する２つのパッドが、ボンディングワイヤによって互いに接続されている。

磁気センサ１は、第１の検出回路１０と第２の検出回路２０とを含んでいる。第１および第２の検出回路１０，２０とプロセッサ２は、複数の第１のパッド、複数の第２のパッドおよび複数のボンディングワイヤを介して接続されている。

第１および第２の検出回路１０，２０の各々は、複数の磁気検出素子を含んでいる。本実施の形態では特に、複数の磁気検出素子は、複数の磁気抵抗効果素子である。以下、磁気抵抗効果素子を、ＭＲ素子と記す。

第１の検出回路１０は、対象磁界のＸ方向に平行な方向の成分を検出し、この成分と対応関係を有する少なくとも１つの第１の検出信号を生成する。第２の検出回路２０は、対象磁界のＹ方向に平行な方向の成分を検出し、この成分と対応関係を有する少なくとも１つの第２の検出信号を生成する。

次に、図３を参照して、磁気センサ１の回路構成について説明する。図３は、磁気センサ１の回路構成を示す回路図である。

第１の検出回路１０は、４つの抵抗部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４と、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２とを含んでいる。抵抗部Ｒ１１は、電源ポートＶ１と出力ポートＥ１１との間に設けられている。抵抗部Ｒ１２は、出力ポートＥ１１とグランドポートＧ１との間に設けられている。抵抗部Ｒ１３は、出力ポートＥ１２とグランドポートＧ１との間に設けられている。抵抗部Ｒ１４は、電源ポートＶ１と出力ポートＥ１２との間に設けられている。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電圧または電流が印加される。グランドポートＧ１はグランドに接続される。

第２の検出回路２０は、４つの抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４と、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、２つの出力ポートＥ２１，Ｅ２２とを含んでいる。抵抗部Ｒ２１は、電源ポートＶ２と出力ポートＥ２１との間に設けられている。抵抗部Ｒ２２は、出力ポートＥ２１とグランドポートＧ２との間に設けられている。抵抗部Ｒ２３は、出力ポートＥ２２とグランドポートＧ２との間に設けられている。抵抗部Ｒ２４は、電源ポートＶ２と出力ポートＥ２２との間に設けられている。電源ポートＶ２には、所定の大きさの電圧または電流が印加される。グランドポートＧ２はグランドに接続される。

次に、図４ないし図６を参照して、第１および第２の検出回路１０，２０の各々の構成について説明する。図４は、第１の検出回路１０の一部を示す斜視図である。図５は、第１の検出回路１０の一部を示す平面図である。図６は、第２の検出回路２０の一部を示す平面図である。

磁気センサ１は、更に、基板３０を備えている。磁気センサ１は、基板３０の上に基板３０以外の複数の構成要素が形成されることによって構成されている。第１の検出回路１０と第２の検出回路２０は、基板３０の上に設けられている。抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々は、複数のＭＲ素子５０Ａを含んでいる。抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々は、複数のＭＲ素子５０Ｂを含んでいる。

抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々は、更に、複数の下部電極６１と、複数の上部電極６２とを含んでいる。図４および図５に示したように、複数のＭＲ素子５０Ａの各々は、Ｙ方向に平行な方向に長い形状を有している。複数の下部電極６１の各々は、Ｘ方向に平行な方向において隣接する２つのＭＲ素子５０Ａを電気的に接続する。複数の上部電極６２の各々は、２つの下部電極６１の上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子５０Ａを電気的に接続する。これにより、Ｘ方向に平行な方向において一列に並んだ複数のＭＲ素子５０Ａが直列に接続される。

抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々は、更に、図示しない複数の接続電極を含んでいる。抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々において、複数の接続電極は、一列に並んだ複数のＭＲ素子５０Ａのグループが直列に接続されるように複数の下部電極６１または複数の上部電極６２を電気的に接続する。このような構成により、抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々は、複数の下部電極６１、複数の上部電極６２および複数の接続電極によって直列に接続された複数のＭＲ素子５０Ａを含んでいる。

上記の複数のＭＲ素子５０Ａの接続関係についての説明は、基本的には、抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々の複数のＭＲ素子５０Ｂにも当てはまる。図６に示したように、抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々では、複数のＭＲ素子５０Ｂの各々は、Ｘ方向に平行な方向に長い形状を有している。上記の複数のＭＲ素子５０Ａの接続関係についての説明中の、複数のＭＲ素子５０Ａ、Ｘ方向およびＹ方向を、それぞれ、複数のＭＲ素子５０Ｂ、Ｙ方向およびＸ方向に置き換えれば、複数のＭＲ素子５０Ｂの接続関係についての説明になる。

抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々は、更に、複数の磁界発生体７０Ａを含んでいる。複数の磁界発生体７０Ａは、それぞれ２つの磁界発生体７０Ａからなる複数の磁界発生体７０Ａの対を含んでいる。上記の２つの磁界発生体７０Ａは、１つのＭＲ素子５０Ａを挟むように、Ｙ方向に平行な方向において所定の間隔を開けて配置されている。２つの磁界発生体７０Ａは、その間に位置する１つのＭＲ素子５０Ａに対してバイアス磁界を印加するように構成されている。このバイアス磁界は、主成分としてＹ方向に平行な方向の成分を含んでいる。

抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々は、更に、複数の磁界発生体７０Ｂを含んでいる。複数の磁界発生体７０Ｂは、それぞれ２つの磁界発生体７０Ｂからなる複数の磁界発生体７０Ｂの対を含んでいる。上記の２つの磁界発生体７０Ｂは、１つのＭＲ素子５０Ｂを挟むように、Ｘ方向に平行な方向において所定の間隔を開けて配置されている。２つの磁界発生体７０Ｂは、その間に位置する１つのＭＲ素子５０Ｂに対してバイアス磁界を印加するように構成されている。このバイアス磁界は、主成分としてＸ方向に平行な方向の成分を含んでいる。

図４に示したように、複数の磁界発生体７０Ａの各々は、下部電極６１と上部電極６２との間に挟まれていてもよい。図示しないが、複数の磁界発生体７０Ｂの各々は、下部電極６１と上部電極６２との間に挟まれていてもよい。

本実施の形態では、複数のＭＲ素子５０Ａおよび複数のＭＲ素子５０Ｂの各々は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを含んでいる。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。各ＭＲ素子において、自由層は、磁化容易軸方向が、磁化固定層の磁化の方向に直交する方向となる形状異方性を有している。

スピンバルブ型のＭＲ素子は、更に、反強磁性層を含んでいてもよい。反強磁性層は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層の磁化の方向を固定する。なお、磁化固定層は、いわゆるセルフピン止め型の固定層（Synthetic Ferri Pinned 層、ＳＦＰ層）であってもよい。セルフピン止め型の固定層は、強磁性層、非磁性中間層および強磁性層を積層させた積層フェリ構造を有し、２つの強磁性層を反強磁性的に結合させてなるものである。磁化固定層がセルフピン止め型の固定層である場合、反強磁性層を省略してもよい。

次に、図３を参照して、磁化固定層の磁化の方向およびバイアス磁界の方向について説明する。図３において、それぞれ抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４に重なるように描かれた複数の塗りつぶした矢印は、抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の各々における磁化固定層の磁化の方向を表している。図３に示した例では、抵抗部Ｒ１１，Ｒ１３の各々における磁化固定層の磁化の主成分の方向は、Ｘ方向である。抵抗部Ｒ１２，Ｒ１４の各々における磁化固定層の磁化の主成分の方向は、－Ｘ方向である。抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々における自由層は、磁化容易軸方向がＹ方向に平行な方向となる形状異方性を有している。

抵抗部Ｒ２１，Ｒ２３の各々における磁化固定層の磁化の主成分の方向は、Ｙ方向である。抵抗部Ｒ２２，Ｒ２４の各々における磁化固定層の磁化の主成分の方向は、－Ｙ方向である。抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々における自由層は、磁化容易軸方向がＸ方向に平行な方向となる形状異方性を有している。

図３において、符号Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ１４を付した矢印は、それぞれ、抵抗部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４において、複数の磁界発生体７０Ａが発生するバイアス磁界の主成分の方向を示している。抵抗部Ｒ１１，Ｒ１２におけるバイアス磁界の主成分の方向は、Ｙ方向である。抵抗部Ｒ１３，Ｒ１４におけるバイアス磁界の主成分の方向は、－Ｙ方向である。

図３において、それぞれ抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４に重なるように描かれた複数の白抜きの矢印は、磁気センサ１に対象磁界が印加されていない場合の、抵抗部Ｒ１１～Ｒ１４の各々における自由層の磁化の方向を表している。抵抗部Ｒ１１，Ｒ１２の各々における自由層の磁化の主成分の方向は、Ｙ方向であり、抵抗部Ｒ１１，Ｒ１２におけるバイアス磁界の主成分の方向と同じである。抵抗部Ｒ１３，Ｒ１４の各々における自由層の磁化の主成分の方向は、－Ｙ方向であり、抵抗部Ｒ１３，Ｒ１４におけるバイアス磁界の主成分の方向と同じである。

図３において、符号Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４を付した矢印は、それぞれ、抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４において、複数の磁界発生体７０Ｂが発生するバイアス磁界の主成分の方向を示している。抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２におけるバイアス磁界の主成分の方向は、Ｘ方向である。抵抗部Ｒ２３，Ｒ２４におけるバイアス磁界の主成分の方向は、－Ｘ方向である。

図３において、それぞれ抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４に重なるように描かれた複数の白抜きの矢印は、磁気センサ１に対象磁界が印加されていない場合の、抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々における自由層の磁化の方向を表している。抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２の各々における自由層の磁化の主成分の方向は、Ｘ方向であり、抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２におけるバイアス磁界の主成分の方向と同じである。抵抗部Ｒ２３，Ｒ２４の各々における自由層の磁化の主成分の方向は、－Ｘ方向であり、抵抗部Ｒ２３，Ｒ２４におけるバイアス磁界の主成分の方向と同じである。

なお、磁化の方向は、上述の磁化の主成分の方向と一致していてもよいし、磁化の主成分の方向からわずかにずれていてもよい。同様に、バイアス磁界の方向は、上述のバイアス磁界の主成分の方向と一致していてもよいし、バイアス磁界の主成分の方向からわずかにずれていてもよい。以下の説明では、磁化の方向は、磁化の主成分の方向と一致しているものとし、バイアス磁界の方向は、バイアス磁界の主成分の方向と一致しているものとする。

次に、図３を参照して、第１および第２の検出回路１０，２０の作用について説明する。第１の検出回路１０では、対象磁界のＸ方向に平行な方向の成分の強度に応じて、抵抗部Ｒ１１，Ｒ１２の接続点の電位すなわち出力ポートＥ１１の電位と、抵抗部Ｒ１３，Ｒ１４の接続点の電位すなわち出力ポートＥ１２の電位が変化する。第１の検出回路１０は、出力ポートＥ１１の電位に対応する信号と出力ポートＥ１２の電位に対応する信号を、それぞれ第１の検出信号として生成してもよい。あるいは、第１の検出回路１０は、出力ポートＥ１１，Ｅ１２間の電位差に対応する信号を、第１の検出信号として生成してもよい。この場合、第１の検出回路１０は、更に、出力ポートＥ１１，Ｅ１２間の電位差に対応する信号を第１の検出信号として出力する差動増幅器（差分検出器）を含んでいてもよい。

第２の検出回路２０では、対象磁界のＹ方向に平行な方向の成分の強度に応じて、抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２の接続点の電位すなわち出力ポートＥ２１の電位と、抵抗部Ｒ２３，Ｒ２４の接続点の電位すなわち出力ポートＥ２２の電位が変化する。第２の検出回路２０は、出力ポートＥ２１の電位に対応する信号と出力ポートＥ２２の電位に対応する信号を、それぞれ第２の検出信号として生成してもよい。あるいは、第２の検出回路２０は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２間の電位差に対応する信号を、第２の検出信号として生成してもよい。この場合、第２の検出回路２０は、更に、出力ポートＥ２１，Ｅ２２間の電位差に対応する信号を第２の検出信号として出力する差動増幅器（差分検出器）を含んでいてもよい。

次に、図７ないし図１０を参照して、複数のＭＲ素子５０Ａ、複数のＭＲ素子５０Ｂ、複数の磁界発生体７０Ａおよび複数の磁界発生体７０Ｂの構成について詳しく説明する。図７は、磁気センサ１の要部を示す平面図である。図８は、ＭＲ素子、磁界発生体および絶縁層を示す平面図である。図９は、図７において９－９線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。図１０は、図７において１０－１０線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。

ここで、図７ないし図１０に示したように、それぞれＺ方向と直交し且つ互いに直交する第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を定義する。第１の検出回路１０では、第１の方向Ｄ１はＹ方向に平行な方向であり、第２の方向Ｄ２はＸ方向に平行な方向である。第２の検出回路２０では、第１の方向Ｄ１はＸ方向に平行な方向であり、第２の方向Ｄ２はＹ方向に平行な方向である。

以下、複数のＭＲ素子５０Ａおよび複数のＭＲ素子５０Ｂのうち任意のＭＲ素子については符号５０を用いて表し、複数の磁界発生体７０Ａおよび複数の磁界発生体７０Ｂのうち任意の磁界発生体については符号７０を用いて表す。磁気センサ１は、少なくとも１つのＭＲ素子５０を備えている。本実施の形態では特に、磁気センサ１は、少なくとも１つのＭＲ素子５０として、複数のＭＲ素子５０を備えている。

ここで、１つのＭＲ素子５０に着目して、ＭＲ素子５０および磁界発生体７０の構成について説明する。ＭＲ素子５０は、複数の磁性膜を含んでいる。複数の磁性膜の積層方向は、Ｚ方向に平行な方向である。複数の磁性膜は、前述の磁化固定層５２および自由層５４を含んでいる。複数のＭＲ素子５０の各々は、更に、前述のギャップ層５３と、バッファ層５１およびキャップ層５５とを含んでいる。図９および図１０に示したように、バッファ層５１、磁化固定層５２、ギャップ層５３、自由層５４およびキャップ層５５は、Ｚ方向にこの順に積層されている。バッファ層５１およびキャップ層５５の各々は、例えば、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｕおよびＣｒ等の非磁性金属材料によって形成されている。

ＭＲ素子５０は、Ｚ方向の端に位置する上面５０ａと、－Ｚ方向の端に位置する下面５０ｂと、第１の方向Ｄ１における両端に位置する２つの側面５０ｃと、第２の方向Ｄ２における両端に位置する２つの側面５０ｄとを有している。ＭＲ素子５０の下面５０ｂは、下部電極６１に接している。２つの側面５０ｃおよび２つの側面５０ｄの各々は、複数の磁性膜の積層方向（Ｚ方向に平行な方向）に対して傾いている。

磁気センサ１は、更に、強磁性材料よりなる少なくとも１つの強磁性層７２と、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料よりなる絶縁層３２とを備えている。少なくとも１つの強磁性層７２は、第１の方向Ｄ１から見たときにＭＲ素子５０と重なるように配置されている。本実施の形態では特に、少なくとも１つの強磁性層７２は、第１の方向Ｄ１から見たときに自由層５４の全体と重なるように配置されている。

また、少なくとも１つの強磁性層７２は、ＭＲ素子５０の側面５０ｃに乗り上げるように配置されている。少なくとも１つの強磁性層７２の一部は、Ｚ方向から見たときに、ＭＲ素子５０の一部と重なっている。絶縁層３２は、第２の方向Ｄ２においてＭＲ素子５０の両側に配置されている。

本実施の形態では特に、ＭＲ素子５０は、第１の方向Ｄ１において所定の間隔を開けて配置された２つの強磁性層７２の間に配置されている。絶縁層３２は、ＭＲ素子５０および２つの強磁性層７２の周囲に配置されている。

強磁性層７２は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうちの１つ以上の元素を含む強磁性材料によって形成されている。このような強磁性材料の例としては、ＣｏＦｅや、ＣｏＦｅＢや、ＣｏＮｉＦｅが挙げられる。強磁性層７２は、複数の層の積層体であって、隣接する２つの層が互いに異なる強磁性材料よりなる積層体によって構成されていてもよい。このような強磁性層７２の例としては、Ｃｏ層とＣｏＦｅ層とＣｏ層の積層体や、Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層とＣｏ_３０Ｆｅ_７０層とＣｏ_７０Ｆｅ_３０層の積層体が挙げられる。なお、Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０は、７０原子％のＣｏと３０原子％のＦｅよりなる合金を表し、Ｃｏ_３０Ｆｅ_７０は、３０原子％のＣｏと７０原子％のＦｅよりなる合金を表している。

磁気センサ１は、更に、それぞれ複数の２つの強磁性層７２の下面側（－Ｚ方向側）に配置された２つのバッファ層７１を含んでいる。２つのバッファ層７１は、例えば、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｕおよびＣｒ等の非磁性金属材料によって形成されている。

磁気センサ１は、更に、ＭＲ素子５０、２つの強磁性層７２および絶縁層３２の上に配置された反強磁性層７４と、反強磁性層７４の上に配置されたキャップ層７５とを備えている。反強磁性層７４は、２つの強磁性層７２に対向する２つの反強磁性部７４ａと、ＭＲ素子５０および絶縁層３２には対向するが２つの強磁性層７２には対向しない非対向部分７４ｂとを含んでいる。２つの反強磁性部７４ａは、非対向部分７４ｂによって互いに接続されている。ＭＲ素子５０と反強磁性層７４との間には、いかなる磁性層も存在しない。キャップ層７５は、２つの反強磁性部７４ａの上に配置された２つの保護部７５ａを含んでいる。

反強磁性層７４は、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。キャップ層７５は、例えば、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｕおよびＣｒ等の非磁性金属材料によって形成されている。

バッファ層７１および強磁性層７２は、第１の積層体７０１を構成する。反強磁性層７４およびキャップ層７５は、第２の積層体７０２を構成する。ＭＲ素子５０は、２つの第１の積層体７０１の間に配置されている。第２の積層体７０２は、ＭＲ素子５０、絶縁層３２および２つの第１の積層体７０１の上に配置されている。

第２の積層体７０２は、２つの第１の積層体７０１の上に配置された２つの積層部分７０２ａを含んでいる。２つの積層部分７０２ａの各々は、反強磁性部７４ａおよび保護部７５ａを含んでいる。

強磁性層７２は、強磁性層７２全体としての磁化を有している。強磁性層７２全体としての磁化とは、強磁性層７２全体における原子、結晶格子等の単位毎の磁気モーメントのベクトル和を体積平均したものである。以下、強磁性層７２全体としての磁化を、単に強磁性層７２の磁化と言う。第１の積層体７０１およびこの第１の積層体７０１の上に配置された積層部分７０２ａからなる積層体では、反強磁性部７４ａは、強磁性層７２の上面に接して強磁性層７２と交換結合する。これにより、強磁性層７２の磁化の方向が規定される。強磁性層７２と反強磁性部７４ａは、強磁性層７２の磁化に基づいてＭＲ素子５０に印加されるバイアス磁界を発生する磁界発生体７０を構成する。このようにして構成された磁界発生体７０は、外乱磁界に対する高い耐性を有する。

強磁性層７２は第１の積層体７０１の一部であり、反強磁性部７４ａは積層部分７０２ａの一部であることから、第１の積層体７０１と積層部分７０２ａが磁界発生体７０を構成しているとも言える。磁界発生体７０は、バッファ層７１、強磁性層７２、反強磁性部７４ａおよび保護部７５ａを含んでいる。ＭＲ素子５０は、２つの磁界発生体７０の間に配置されている。２つの磁界発生体７０は、協働してＭＲ素子５０にバイアス磁界を印加する。２つの磁界発生体７０のうちの一方の強磁性層７２の磁化の方向と、２つの磁界発生体７０のうちの他方の強磁性層７２の磁化の方向は、同じであってもよい。この場合、２つの磁界発生体７０のうちの一方が発生するバイアス磁界の方向と、２つの磁界発生体７０のうちの他方が発生するバイアス磁界の方向は、同じ方向になる。

ＭＲ素子５０の上面５０ａは、反強磁性層７４の非対向部分７４ｂに対向する。非対向部分７４ｂの少なくとも一部とＭＲ素子５０の下面５０ｂとの間隔は、上面５０ａと下面５０ｂの間隔と同じである。反強磁性層７４の反強磁性部７４ａと下部電極６１の上面との間隔は、非対向部分７４ｂと下面５０ｂとの間隔と同じであってもよいし、非対向部分７４ｂと下面５０ｂとの間隔と異なっていてもよい。後者の場合、反強磁性部７４ａと下部電極６１の上面との最大の間隔は、非対向部分７４ｂと下面５０ｂとの間隔よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。

強磁性層７２は、ＭＲ素子５０の側面５０ｃに対向する側面７２ａを有している。側面７２ａは、ＭＲ素子５０の自由層５４に対向し且つ複数の磁性膜の積層方向（Ｚ方向に平行な方向）に対して傾斜する傾斜部分７２ａ１を含んでいる。傾斜部分７２ａ１が積層方向に対してなす角度は、２０°以上９０°以下の範囲内である。

磁気センサ１は、更に、絶縁材料よりなり且つ基板３０（図４ないし図６参照）と下部電極６１との間に介在する絶縁層３１と、絶縁材料よりなり且つＭＲ素子５０と２つの第１の積層体７０１との間に介在する絶縁層３３とを備えている。絶縁層３１，３３は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料によって形成されている。

第２の積層体７０２の上面すなわちキャップ層７５の上面は、上部電極６２に接している。第２の積層体７０２の平面形状（Ｚ方向から見た形状）は、上部電極６２の平面形状と一致していてもよいし、上部電極６２の平面形状よりも小さくてもよいし、上部電極６２の平面形状よりも大きくてもよい。磁気センサ１は、更に、絶縁材料よりなり且つ上部電極６２の上に配置された図示しない絶縁層を備えている。

ここまでは、１つのＭＲ素子５０に着目して、ＭＲ素子５０および磁界発生体７０の構成について説明してきた。本実施の形態では、磁気センサ１は、複数のＭＲ素子５０を備えている。図７に示したように、複数のＭＲ素子５０は、第２の方向Ｄ２に沿って並んだ２つのＭＲ素子５０を含んでいる。２つのＭＲ素子５０と、２つのＭＲ素子５０を電気的に接続する上部電極６２との間には、第２の積層体７０２が介在している。図７に示した例では、第２の積層体７０２は、２つのＭＲ素子５０と４つの第１の積層体７０１の上に配置されている。この例では、第２の積層体７０２は、４つの積層部分７０２ａを含んでいる。

２つのＭＲ素子５０は、第２の積層体７０２の反強磁性層７４によっても電気的に接続されている。また、２つのＭＲ素子５０は、反強磁性層７４によって直列に接続されている。

また、本実施の形態では、磁気センサ１が複数のＭＲ素子５０と複数の磁界発生体７０を備えていることから、磁気センサ１は、複数のバッファ層７１、複数の強磁性層７２、複数の反強磁性層７４および複数のキャップ層７５を備えている。

次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、反強磁性層７４は、ＭＲ素子５０、２つの強磁性層７２および絶縁層３２の上に配置されている。ＭＲ素子５０と反強磁性層７４との間には、いかなる磁性層も存在しない。これにより、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５０の感度が低下することを抑制することができる。

また、本実施の形態では、反強磁性層７４は、強磁性層７２と交換結合して強磁性層７２の磁化の方向を規定する反強磁性部７４ａを含んでいる。後述するように、本実施の形態では、反強磁性層７４が形成される下地部分は、平坦またはほぼ平坦になると共に、下地部分の上に構造物が設けられていない状態で反強磁性層７４を形成することができる。これにより、本実施の形態によれば、反強磁性部７４ａの膜厚が小さくなることを抑制することができる。これにより、本実施の形態によれば、反強磁性部７４ａを効果的に用いることが可能になり、その結果、反強磁性部７４ａの上記の機能および磁界発生体７０の機能を実現することができる。

また、本実施の形態では、反強磁性層７４の上にキャップ層７５が形成されている。キャップ層７５は、反強磁性部７４ａを保護する保護部７５ａを含んでいる。本実施の形態によれば、反強磁性層７４の上にキャップ層７５を形成することによって、保護部７５ａの膜厚が小さくなることを抑制することができる。これにより、本実施の形態によれば、保護部７５ａを効果的に用いることが可能になり、その結果、保護部７５ａの上記の機能を実現することができる。

以下、比較例の磁界発生体を備えた比較例の磁気センサと比較しながら、上記の効果について詳しく説明する。始めに、比較例の磁気センサの構成について説明する。比較例の磁気センサは、本実施の形態における磁界発生体７０の代わりに、比較例の磁界発生体１７０を備えている。

磁界発生体１７０は、バッファ層１７１と、強磁性層１７２と、反強磁性層１７３と、キャップ層１７４とを含んでいる。バッファ層１７１、強磁性層１７２、反強磁性層１７３およびキャップ層１７４は、それぞれ、本実施の形態におけるバッファ層７１、強磁性層７２、反強磁性層７４およびキャップ層７５に対応する。比較例では、反強磁性層１７３が強磁性層１７２の上面に接して強磁性層１７２と交換結合する。これにより、強磁性層１７２の磁化の方向が規定される。

図１１は、比較例の磁界発生体の形成方法を示す断面図である。比較例の磁界発生体１７０は、以下のようにして形成される。まず、後にＭＲ素子５０になる積層膜をパターニングして、この積層膜に２つの側面５０ｄ（図１０参照）を形成する。次に、積層膜の周囲に絶縁層３２（図８および図１０参照）を形成する。

次に、図１１に示したように、積層膜の上にフォトレジストマスク８１を形成する。次に、フォトレジストマスク８１を用いて、積層膜に２つの側面５０ｃが形成されるように、エッチングによって積層膜をパターニングする。これにより、積層膜はＭＲ素子５０になる。

次に、フォトレジストマスク８１を残したまま、絶縁層１３１、バッファ層１７１、強磁性層１７２、反強磁性層１７３およびキャップ層１７４を順に形成する。これにより、磁界発生体１７０が完成する。次に、フォトレジストマスク８１を除去する。なお、ＭＲ素子５０をパターニングした後にフォトレジストマスク８１を形成してもよい。

図１１に示したように、反強磁性層１７３の膜厚は、フォトレジストマスク８１の影の影響で、フォトレジストマスク８１に近づくに従って小さくなる。そのため、ＭＲ素子５０の上面５０ａと側面５０ｃとが交差する位置に存在する角部の近傍では、反強磁性層１７３のブロッキング温度が低下して、反強磁性層１７３の耐熱性が低下する。そのため、一時的または長期間温度が高くなる環境の下では、反強磁性層１７３の機能および磁界発生体１７０の機能を発揮することができなくなる。

同様に、キャップ層１７４の膜厚は、フォトレジストマスク８１の影の影響で、フォトレジストマスク８１に近づくに従って小さくなる。そのため、上記の角部の近傍では、反強磁性層１７３を十分に保護することができなくなり、反強磁性層１７３が腐食するおそれがある。反強磁性層１７３が腐食すると、反強磁性層１７３の機能および磁界発生体１７０の機能を発揮することができなくなる。

これに対し、本実施の形態では、反強磁性部７４ａおよび保護部７５ａの各々の膜厚が小さくなることを抑制することができる。図１２は、本実施の形態における磁界発生体７０の形成方法を示す断面図である。本実施の形態における磁界発生体７０は、以下のようにして形成される。まず、後にＭＲ素子５０になる積層膜をパターニングして、この積層膜に２つの側面５０ｄ（図１０参照）を形成する。次に、積層膜の周囲に絶縁層３２（図８および図１０参照）を形成する。

次に、図１２（ａ）に示したように、積層膜の上にフォトレジストマスク８２を形成する。次に、フォトレジストマスク８２を用いて、積層膜に２つの側面５０ｃが形成されるように、エッチングによって積層膜をパターニングする。これにより、積層膜はＭＲ素子５０になる。次に、フォトレジストマスク８２を残したまま、絶縁層３３、バッファ層７１および強磁性層７２を順に形成する。

次に、図１２（ｂ）に示したように、フォトレジストマスク８２を除去する。次に、ＭＲ素子５０、強磁性層７２および絶縁層３２の上に、反強磁性層７４およびキャップ層７５を順に形成する。次に、強磁性層７２の磁化の方向を固定する工程が実行される。これにより、磁界発生体７０が完成する。強磁性層７２の磁化の方向を固定する工程については、後で詳しく説明する。

図１２（ｂ）に示したように、本実施の形態では、反強磁性層７４およびキャップ層７５は、ＭＲ素子５０、強磁性層７２および絶縁層３２の積層体の上に形成される。この積層体の上面は、平坦またはほぼ平坦になる。また、反強磁性層７４およびキャップ層７５を形成する際には、積層体の上には、フォトレジストマスク等の構造物が存在しない。これらのことから、本実施の形態では、反強磁性層７４およびキャップ層７５の膜厚は、ＭＲ素子５０からの距離によらずに一定またはほぼ一定になる。このように、本実施の形態によれば、反強磁性部７４ａおよび保護部７５ａの各々の膜厚が小さくなることを抑制することができる。その結果、本実施の形態によれば、反強磁性部７４ａおよび保護部７５ａを効果的に用いることが可能になる。

また、本実施の形態では、絶縁層３２は、ＭＲ素子５０の上に形成される各層の膜厚が変動することを抑制する機能を有している。すなわち、もし、絶縁層３２が存在しなければ、反強磁性層７４およびキャップ層７５の各々の一部は、ＭＲ素子５０の２つの側面５０ｄに沿って形成される。この場合、ＭＲ素子５０の２つの側面５０ｄに沿って形成された各層の膜厚は、ＭＲ素子５０の上面５０ａおよび強磁性層７２の上面に沿って形成された各層の膜厚とは異なり得る。これに対し、本実施の形態によれば、反強磁性層７４およびキャップ層７５の各々を、ＭＲ素子５０の上面５０ａ、強磁性層７２の上面および絶縁層３２の上面に沿って形成することにより、各層の膜厚が変化することを抑制することができる。更に、反強磁性層７４およびキャップ層７５の各々をステップカバレッジがよい方法によって形成することにより、各層の膜厚の変化をより効果的に抑制することができる。これによっても、本実施の形態によれば、反強磁性部７４ａおよび保護部７５ａを効果的に用いることが可能になる。

次に、本実施の形態における複数のＭＲ素子５０の形成方法について簡単に説明する。複数のＭＲ素子５０を形成する工程では、まず、後に複数のＭＲ素子５０となる複数の初期ＭＲ素子を形成する。複数の初期ＭＲ素子の各々は、後に磁化固定層５２となる初期磁化固定層と、バッファ層５１と、ギャップ層５３と、自由層５４と、キャップ層５５とを含んでいる。

次に、レーザ光と、所定の方向の成分を含む外部磁界とを用いて、初期磁化固定層の磁化の方向を、上記の所定の方向に固定する。例えば、後に第１の検出回路１０の抵抗部Ｒ１１，Ｒ１３を構成する複数のＭＲ素子５０Ａになる複数の初期ＭＲ素子では、Ｘ方向の外部磁界を印加しながら、複数の初期ＭＲ素子に対してレーザ光を照射する。レーザ光の照射が完了すると、初期磁化固定層の磁化の方向は、Ｘ方向に固定される。これにより、初期磁化固定層は磁化固定層５２になり、初期ＭＲ素子はＭＲ素子５０Ａになる。

また、後に第１の検出回路１０の抵抗部Ｒ１２，Ｒ１４を構成する複数のＭＲ素子５０Ａになる複数の初期ＭＲ素子では、－Ｘ方向の外部磁界を用いることにより、複数の初期ＭＲ素子の各々の初期磁化固定層の磁化の方向を、－Ｘ方向に固定することができる。このようにして、複数のＭＲ素子５０Ａが形成される。第２の検出回路２０の抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々を構成する複数のＭＲ素子５０Ｂも、複数のＭＲ素子５０Ａと同様の方法によって形成される。

次に、強磁性層７２の磁化の方向を固定する工程について説明する。強磁性層７２の磁化の方向は、ＭＲ素子５０の磁化固定層５２と同様の方法によって固定される。すなわち、まず、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照して説明したように、反強磁性層７４およびキャップ層７５を形成した後、レーザ光と、所定の方向の成分を含む外部磁界とを用いて、強磁性層７２の磁化の方向を、上記の所定の方向に固定する。例えば、それぞれ後に第１の検出回路１０の抵抗部Ｒ１１，Ｒ１２を構成する複数のＭＲ素子５０Ａの近傍に配置された複数の強磁性層７２に対しては、Ｙ方向の外部磁界を印加しながら、複数の強磁性層７２に対してレーザ光を照射する。レーザ光の照射が完了すると、強磁性層７２の磁化の方向は、Ｙ方向に固定される。

また、それぞれ後に第１の検出回路１０の抵抗部Ｒ１３，Ｒ１４を構成する複数のＭＲ素子５０Ａの近傍に配置された複数の強磁性層７２に対しては、－Ｙ方向の外部磁界を用いることにより、複数の強磁性層７２の各々の磁化の方向を、－Ｙ方向に固定することができる。それぞれ第２の検出回路２０の抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々を構成する複数のＭＲ素子５０Ｂの近傍に配置された複数の強磁性層７２についても、上述の同様の方法によって磁化の方向が固定される。

なお、強磁性層７２の磁化の方向を固定するために用いられるレーザ光の強度は、磁化固定層５２の磁化の方向を固定するために用いられるレーザ光の強度よりも小さくてもよい。また、強磁性層７２の磁化の方向を固定するために用いられるレーザ光の強度は、ＭＲ素子５０の抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率の変化が抑制されるような強度であることが好ましい。

［変形例］
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の第１ないし第７の変形例について説明する。始めに、図１３を参照して、第１の変形例について説明する。図１３は、磁気センサ１の第１の変形例の要部を示す平面図である。第１の変形例では、複数の下部電極６１の各々は、第１の方向Ｄ１において隣接する２つのＭＲ素子５０を電気的に接続する。複数の上部電極６２の各々は、２つの下部電極６１の上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子５０を電気的に接続する。これにより、第１の方向Ｄ１において一列に並んだ複数のＭＲ素子５０が直列に接続される。第１の変形例では、複数の接続電極は、一列に並んだ複数のＭＲ素子５０のグループが直列に接続されるように複数の下部電極６１または複数の上部電極６２を電気的に接続する。

また、第１の変形例では、第１の方向Ｄ１に並ぶ２つのＭＲ素子５０と、上部電極６２との間には、第２の積層体７０２が介在している。２つのＭＲ素子５０は、第２の積層体７０２の反強磁性層７４（図９および図１０参照）によっても電気的に接続されている。また、２つのＭＲ素子５０は、反強磁性層７４によって直列に接続されている。

次に、図１４を参照して、第２の変形例について説明する。図１４は、磁気センサ１の第２の変形例の要部を示す平面図である。第２の変形例では、２つのＭＲ素子５０と３つの磁界発生体７０が、下部電極６１と上部電極６２との間に配置されている。ここで、３つの磁界発生体７０を互いに区別するために、「第１」、「第２」および「第３」を用いる。第１の磁界発生体７０は、第１の方向Ｄ１に沿って並ぶ２つのＭＲ素子５０の間に配置されている。第２の磁界発生体７０は、第１の磁界発生体７０との間に２つのＭＲ素子５０の一方を挟む位置に配置されている。第３の磁界発生体７０は、第１の磁界発生体７０との間に２つのＭＲ素子５０の他方を挟む位置に配置されている。

図１４に示した２つのＭＲ素子５０は、同じ下部電極６１と同じ上部電極６２に接続されている。この２つのＭＲ素子５０は、回路構成上並列に接続されている。ここで、回路構成上並列に接続された２つのＭＲ素子５０を、素子対と言う。複数の下部電極６１の各々は、第２の方向Ｄ２において隣接する２つの素子対を電気的に接続する。複数の上部電極６２の各々は、２つの下部電極６１の上に配置されて隣接する２つの素子対を電気的に接続する。これにより、第２の方向Ｄ２において一列に並んだ複数の素子対が直列に接続される。

２つの素子対と、２つの素子対を電気的に接続する上部電極６２との間には、第２の積層体７０２が介在している。第２の変形例では、第２の積層体７０２は、４つのＭＲ素子５０と６つの第１の積層体７０１の上に配置されている。第２の変形例では、第２の積層体７０２は、６つの積層部分７０２ａを含んでいる。

次に、図１５を参照して、第３の変形例について説明する。図１５は、磁気センサ１の第３の変形例の要部を示す平面図である。第３の変形例では、第２の方向Ｄ２に沿って並ぶ２つのＭＲ素子５０は、第１の方向Ｄ１に沿って並ぶ２つの磁界発生体７０の間に配置されている。

図１５に示した２つのＭＲ素子５０は、同じ下部電極６１と同じ上部電極６２に接続されている。この２つのＭＲ素子５０は、回路構成上並列に接続された素子対である。複数の下部電極６１の各々は、第２の方向Ｄ２において隣接する２つの素子対を電気的に接続する。複数の上部電極６２の各々は、２つの下部電極６１の上に配置されて隣接する２つの素子対を電気的に接続する。これにより、第２の方向Ｄ２において一列に並んだ複数の素子対が直列に接続される。

２つの素子対と、２つの素子対を電気的に接続する上部電極６２との間には、第２の積層体７０２が介在している。第３の変形例では、第２の積層体７０２は、４つのＭＲ素子５０と４つの第１の積層体７０１の上に配置されている。第３の変形例では、第２の積層体７０２は、４つの積層部分７０２ａを含んでいる。

次に、図１６を参照して、第４の変形例について説明する。図１６は、磁気センサ１の第４の変形例の要部を示す断面図である。第４の変形例では、第１の積層体７０１は、バッファ層７１および強磁性層７２に加えて、バッファ層７１と強磁性層７２との間に配置された反強磁性層７６を含んでいる。反強磁性層７６は、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。

反強磁性層７６は、強磁性層７２の下面に接して強磁性層７２と交換結合する。また、前述のように、反強磁性部７４ａが強磁性層７２と交換結合する。第４の変形例では、反強磁性部７４ａと反強磁性層７６が強磁性層７２と交換結合することにより、強磁性層７２の磁化の方向が規定される。

次に、図１７を参照して、第５の変形例について説明する。図１７は、磁気センサ１の第５の変形例の要部を示す断面図である。第５の変形例では、第１の積層体７０１は、バッファ層７１および強磁性層７２に加えて、バッファ層７１と強磁性層７２との間に配置された強磁性層７７を含んでいる。強磁性層７７は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうちの１つ以上の元素を含む強磁性材料によって形成されている。第５の変形例では、強磁性層７７は、強磁性層７２の磁化と同じ方向の磁化を有している。

第５の変形例では、強磁性層７２を、反強磁性部７４ａとの交換結合エネルギーを大きくすることができる強磁性材料によって形成し、強磁性層７７を、強磁性層７２を構成する強磁性材料よりも飽和磁束密度が大きい強磁性材料によって形成してもよい。この場合、強磁性層７２，７７からなる強磁性体部と反強磁性部７４ａの交換結合エネルギーを大きくしながら、磁界発生体７０が発生するバイアス磁界の強度を大きくし、且つ磁界発生体７０を小型化することができる。強磁性層７２の例としては、Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層が挙げられる。強磁性層７７の例としては、Ｃｏ_３０Ｆｅ_７０層が挙げられる。

次に、図１８を参照して、第６の変形例について説明する。図１８は、磁気センサ１の第６の変形例の要部を示す断面図である。第６の変形例では、第１の積層体７０１は、バッファ層７１および強磁性層７２に加えて、バッファ層７１と強磁性層７２との間に配置された強磁性層７８と、強磁性層７２と強磁性層７８との間に配置された非磁性層７９とを含んでいる。強磁性層７８は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうちの１つ以上の元素を含む強磁性材料によって形成されている。強磁性層７２と強磁性層７８は、同じ強磁性材料によって形成されていてもよいし、異なる強磁性材料によって形成されていてもよい。非磁性層７９は、例えばＲｕ等の非磁性金属材料によって形成されている。

第６の変形例では、強磁性層７２と強磁性層７８は、それらの磁化の方向が同じになるように、非磁性層７９を介して強磁性的に交換結合している。強磁性層７２と強磁性層７８は、同じ方向の磁化を有している。非磁性層７９の厚みは、強磁性層７２と強磁性層７８の交換結合が消失しないような厚みに設定される。

次に、図１９を参照して、第７の変形例について説明する。第７の変形例では、ＭＲ素子５０の２つの側面５０ｃは、図１２（ａ）を参照して説明した積層膜をパターニングする工程において、少なくとも、ギャップ層５３、自由層５４およびキャップ層５５をエッチングすることによって形成される。この工程において、磁化固定層５２は、その一部がエッチングされてもよいし、エッチングされなくてもよい。

第７の変形例では、強磁性層７２は、ＭＲ素子５０の側面５０ｃおよび磁化固定層５２の上に乗り上げるように配置されている。絶縁層３３は、ＭＲ素子５０の側面５０ｃおよび磁化固定層５２の上面に沿って形成されている。

なお、第１ないし第７の変形例は、任意に組み合わせることが可能である。例えば、図１３に示した第１の変形例と、図１４に示した第２の変形例または図１５に示した第３の変形例とを組み合わせてもよい。この場合、第１の方向Ｄ１において隣接する２つのＭＲ素子５０の対が電気的に接続される。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、図２０を参照して、本実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサシステムの構成について説明する。図２０は、本実施の形態における磁気センサシステム２００を示す斜視図である。

磁気センサシステム２００は、本実施の形態に係る磁気センサ２０１と、所定の磁界を発生する磁界発生部２０２とを備えている。本実施の形態では、磁界発生部２０２は、発生する磁界の一部である部分磁界が磁気センサ２０１に印加されるように構成された磁石である。この部分磁界は、Ｚ方向に平行な第１の磁界成分Ｈｚと、Ｙ方向に平行な第２の磁界成分Ｈｙとを含んでいる。

図２０に示したように、本実施の形態では、磁界発生部２０２の磁化の方向はＹ方向であり、第２の磁界成分Ｈｙの方向は－Ｙ方向である。第１の磁界成分Ｈｚの方向は、磁界発生部２０２が所定の位置からＹ方向に移動するとＺ方向になり、磁界発生部２０２が所定の位置から－Ｙ方向に移動すると－Ｚ方向になる。

次に、図２１を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ２０１の概略の構成について説明する。図２１は、磁気センサ２０１の回路構成を示す回路図である。

磁気センサ２０１は、４つの抵抗部Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ３４と、電源ポートＶ３と、グランドポートＧ３と、２つの出力ポートＥ３１，Ｅ３２とを含んでいる。抵抗部Ｒ３１は、電源ポートＶ３と出力ポートＥ３１との間に設けられている。抵抗部Ｒ３２は、出力ポートＥ３１とグランドポートＧ３との間に設けられている。抵抗部Ｒ３３は、出力ポートＥ３２とグランドポートＧ３との間に設けられている。抵抗部Ｒ３４は、電源ポートＶ３と出力ポートＥ３２との間に設けられている。電源ポートＶ３には、所定の大きさの電圧または電流が印加される。グランドポートＧ３はグランドに接続される。

抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々は、複数のＭＲ素子５０を含んでいる。複数のＭＲ素子５０の構成は、第１の実施の形態と同様である。すなわち、複数のＭＲ素子５０の各々は、第１の実施の形態における図９および図１０に示したように、バッファ層５１、磁化固定層５２、ギャップ層５３、自由層５４およびキャップ層５５を含んでいる。

図２１において、それぞれ抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４に重なるように描かれた複数の塗りつぶした矢印は、抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々における磁化固定層５２の磁化の方向を表している。図２１に示した例では、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３４の各々における磁化固定層５２の磁化の主成分の方向は、Ｘ方向である。抵抗部Ｒ３２，Ｒ３３の各々における磁化固定層５２の磁化の主成分の方向は、－Ｘ方向である。抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々における自由層５４は、磁化容易軸方向がＹ方向に平行な方向となる形状異方性を有している。

抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々は、更に、複数の磁界発生体７０を含んでいる。複数の磁界発生体７０の構成は、第１の実施の形態と同様である。複数の磁界発生体７０は、それぞれ２つの磁界発生体７０からなる複数の磁界発生体７０の対を含んでいる。上記の２つの磁界発生体７０は、１つのＭＲ素子５０を挟むように、Ｙ方向に平行な方向において所定の間隔を開けて配置されている。２つの磁界発生体７０は、その間に位置する１つのＭＲ素子５０に対してバイアス磁界を印加するように構成されている。このバイアス磁界は、主成分としてＹ方向に平行な方向の成分を含んでいる。

図２１において、符号Ｍ３１，Ｍ３２，Ｍ３３，Ｍ３４を付した矢印は、それぞれ、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ３４において、複数の磁界発生体７０が発生するバイアス磁界の主成分の方向を示している。抵抗部Ｒ３１，Ｒ３４におけるバイアス磁界の主成分の方向は、Ｙ方向である。抵抗部Ｒ３２，Ｒ３３におけるバイアス磁界の主成分の方向は、－Ｙ方向である。

図２１において、それぞれ抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４に重なるように描かれた複数の白抜きの矢印は、磁気センサ２０１に部分磁界が印加されていない場合の、抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々における自由層の磁化の方向を表している。抵抗部Ｒ３１，Ｒ３４の各々における自由層の磁化の主成分の方向は、Ｙ方向であり、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３４におけるバイアス磁界の主成分の方向と同じである。抵抗部Ｒ３２，Ｒ３３の各々における自由層の磁化の主成分の方向は、－Ｙ方向であり、抵抗部Ｒ３２，Ｒ３３におけるバイアス磁界の主成分の方向と同じである。

次に、図２２ないし図２４を参照して、磁気センサ２０１の構成について具体的に説明する。図２２は、磁気センサ２０１の一部を示す斜視図である。図２３は、磁気センサ２０１の一部を示す平面図である。図２４は、磁気センサ２０１の一部を示す側面図である。

磁気センサ２０１は、更に、基板２３０を備えている。磁気センサ２０１は、基板２３０の上に基板２３０以外の複数の構成要素が形成されることによって構成されている。

磁気センサ２０１は、更に、軟磁性材料よりなる少なくとも１つのヨークを備えている。少なくとも１つのヨークは、Ｚ方向から見たときに、Ｙ方向に長い形状を有している。また、少なくとも１つのヨークは、図２０に示した第１の磁界成分Ｈｚに基づいて、Ｘ方向に平行な方向の磁界成分を発生させる。

図２２ないし図２４に示したように、本実施の形態では特に、磁気センサ２０１は、少なくとも１つのヨークとして、Ｘ方向に並ぶように配置された複数のヨーク２５０を備えている。複数のヨーク２５０の各々は、例えば、Ｙ方向に長い直方体形状を有している。複数のヨーク２５０の形状は同じである。複数のヨーク２５０の各々は、Ｘ方向に平行な方向の両端に位置する第１の端面２５０ａおよび第２の端面２５０ｂを有している。複数のヨーク２５０の各々において、第１の端面２５０ａは、－Ｘ方向の端に位置し、第２の端面２５０ｂは、Ｘ方向の端に位置する。

複数のＭＲ素子５０の各々は、複数のヨーク２５０によって発生される磁界成分が印加される位置に配置されている。本実施の形態では特に、ＭＲ素子５０の各々は、複数のヨーク２５０の各々の－Ｚ方向の端部の近傍に配置されている。また、複数のＭＲ素子５０は、複数のヨーク２５０の各々の第１の端面２５０ａまたは第２の端面２５０ｂに沿って複数個ずつ並ぶように配置されている。以下、複数のＭＲ素子５０のうち、第１の端面２５０ａに沿って並ぶ複数のＭＲ素子を符号５０Ｃで表し、第２の端面２５０ｂに沿って並ぶ複数のＭＲ素子を符号５０Ｄで表す。複数のＭＲ素子５０Ｃが受ける磁界成分の方向と、複数のＭＲ素子５０Ｄが受ける磁界成分の方向は、互いに反対方向である。

複数のＭＲ素子５０Ｃと複数のＭＲ素子５０Ｄは、Ｚ方向から見たときに、複数のヨーク２５０と重なっていてもよいし、複数のヨーク２５０と重なっていなくてもよい。図２２ないし図２４に示した例では、複数のＭＲ素子５０Ｃと複数のＭＲ素子５０Ｄは、Ｚ方向から見たときに、複数のヨーク２５０と重ならないように配置されている。

図２２および図２３に示したように、複数の磁界発生体７０のうち、ＭＲ素子５０Ｃを挟むように配置された複数の磁界発生体を符号７０Ｃで表し、ＭＲ素子５０Ｄを挟むように配置された複数の磁界発生体を符号７０Ｄで表す。磁気センサ２０１は、更に、それぞれ軟磁性材料よりなる磁性層を含む複数のヨーク９０Ｃおよび複数のヨーク９０Ｄを備えている。複数のヨーク９０Ｃは、それぞれ２つのヨーク９０Ｃからなる複数のヨーク９０Ｃの対を含んでいる。上記の２つのヨーク９０Ｃは、Ｘ方向に平行な方向において１つのＭＲ素子５０Ｃの両側に配置されている。複数のヨーク９０Ｄは、それぞれ２つのヨーク９０Ｄからなる複数のヨーク９０Ｄの対を含んでいる。上記の２つのヨーク９０Ｄは、Ｘ方向に平行な方向において１つのＭＲ素子５０Ｄの両側に配置されている。

複数のヨーク９０Ｃは、複数のヨーク２５０によって発生される磁界成分を複数のＭＲ素子５０Ｃに導く機能を有している。複数のヨーク９０Ｄは、複数のヨーク２５０によって発生される磁界成分を複数のＭＲ素子５０Ｄに導く機能を有している。

磁気センサ２０１は、更に、複数のＭＲ素子５０Ｃを電気的に接続する配線部２１１と、複数のＭＲ素子５０Ｄを電気的に接続する配線部２１２とを含んでいる。配線部２１１，２１２の各々は、複数の下部電極６１および複数の上部電極６２ならびに複数の接続電極によって構成されている。なお、下部電極６１と上部電極６２は、後で説明する図２５ないし図２７に示されている。

配線部２１１は、磁化固定層５２の磁化の主成分の方向がＸ方向である複数のＭＲ素子５０Ｃを電気的に接続する第１の配線と、磁化固定層５２の磁化の主成分の方向が－Ｘ方向である複数のＭＲ素子５０Ｃを電気的に接続する第２の配線とを含んでいる。抵抗部Ｒ３１は、第１の配線によって電気的に接続された複数のＭＲ素子５０Ｃによって構成されている。抵抗部Ｒ３２は、第２の配線によって電気的に接続された複数のＭＲ素子５０Ｃによって構成されている。

配線部２１２は、各々の磁化固定層５２の磁化の主成分の方向が－Ｘ方向である複数のＭＲ素子５０Ｄを電気的に接続する第３の配線と、各々の磁化固定層５２の磁化の主成分の方向がＸ方向である複数のＭＲ素子５０Ｄを電気的に接続する第４の配線とを含んでいる。抵抗部Ｒ３３は、第３の配線によって電気的に接続された複数のＭＲ素子５０Ｄによって構成されている。抵抗部Ｒ３４は、第４の配線によって電気的に接続された複数のＭＲ素子５０Ｄによって構成されている。

次に、磁気センサ２０１の作用について説明する。第１の磁界成分Ｈｚが存在せず、その結果、複数のヨーク２５０によって発生される磁界成分も存在しない状態では、複数のＭＲ素子５０Ｃおよび複数のＭＲ素子５０Ｄの各々の自由層５４の磁化の方向は、Ｙ方向に平行な方向になっている。

第１の磁界成分Ｈｚの方向がＺ方向であるときには、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３２を構成する複数のＭＲ素子５０Ｃの各々が受ける磁界成分の方向はＸ方向になり、抵抗部Ｒ３３，Ｒ３４を構成する複数のＭＲ素子５０Ｄの各々が受ける磁界成分の方向は－Ｘ方向になる。この場合、複数のＭＲ素子５０Ｃの各々の自由層５４の磁化の方向は、Ｙ方向に平行な方向からＸ方向に向かって傾き、複数のＭＲ素子５０Ｄの各々の自由層５４の磁化の方向は、Ｙ方向に平行な方向から－Ｘ方向に向かって傾く。その結果、磁界成分が存在しない状態と比べて、抵抗部Ｒ３１を構成する複数のＭＲ素子５０Ｃの各々の抵抗値と抵抗部Ｒ３３を構成する複数のＭＲ素子５０Ｄの各々の抵抗値は減少し、抵抗部Ｒ３２を構成する複数のＭＲ素子５０Ｃの各々の抵抗値と抵抗部Ｒ３４を構成する複数のＭＲ素子５０Ｄの各々の抵抗値は増加する。その結果、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３３の抵抗値は減少し、抵抗部Ｒ３２，Ｒ３４の抵抗値は増加する。

第１の磁界成分Ｈｚの方向が－Ｚ方向の場合は、磁界成分の方向と、抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々の抵抗値の変化は、上述の第１の磁界成分Ｈｚの方向がＺ方向の場合とは逆になる。

抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々の抵抗値の変化量は、複数のＭＲ素子５０Ｃおよび複数のＭＲ素子５０Ｄの各々が受ける磁界成分の強度に依存する。磁界成分の強度が大きくなると、抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々の抵抗値は、その増加量またはその減少量がそれぞれ大きくなる方向に変化する。磁界成分の強度が小さくなると、抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々の抵抗値は、その増加量またはその減少量がそれぞれ小さくなる方向に変化する。磁界成分の強度は、第１の磁界成分Ｈｚの強度に依存する。

このように、第１の磁界成分Ｈｚの方向と強度が変化すると、抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４のそれぞれの抵抗値は、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３３の各々の抵抗値が増加すると共に抵抗部Ｒ３２，Ｒ３４の各々の抵抗値が減少するか、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３３の各々の抵抗値が減少すると共に抵抗部Ｒ３２，Ｒ３４の各々の抵抗値が増加するように変化する。これにより、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３２の接続点の電位すなわち出力ポートＥ３１の電位と、抵抗部Ｒ３３，Ｒ３４の接続点の電位すなわち出力ポートＥ３２の電位が変化する。磁気センサ２０１は、出力ポートＥ３１の電位に対応する信号と出力ポートＥ３２の電位に対応する信号を、それぞれ検出信号として生成してもよい。あるいは、磁気センサ２０１は、出力ポートＥ３１，Ｅ３２間の電位差に対応する信号を、検出信号として生成してもよい。この場合、磁気センサ２０１は、更に、出力ポートＥ３１，Ｅ３２間の電位差に対応する信号を検出信号として出力する差動増幅器（差分検出器）を備えていてもよい。

磁気センサシステム２００は、更に、第１の実施の形態における図１および図２に示したプロセッサ２を備えていてもよい。プロセッサ２は、磁気センサ２０１から出力された１つの検出信号または２つの検出信号を受けて、第１の磁界成分Ｈｚの強度と対応関係を有する検出値または磁界発生部２０２（図２０参照）の位置と対応関係を有する検出値を生成するように構成されていてもよい。

次に、図２５ないし図２７を参照して、複数のヨーク９０Ｃおよび複数のヨーク９０Ｄについて詳しく説明する。図２５は、磁気センサ２０１の要部を示す平面図である。図２６は、図２５において２６－２６線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。図２７は、図２５において２７－２７線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。

以下、複数のヨーク９０Ｃおよび複数のヨーク９０Ｄのうちの任意のヨークについては符号９０を用いて表す。ＭＲ素子５０および磁界発生体７０の各々の構成および形状と、ＭＲ素子５０と磁界発生体７０の位置関係は、第１の実施の形態と同様である。また、第１および第２の積層体７０１，７０２の各々の構成および形状と、ＭＲ素子５０と第１および第２の積層体７０１，７０２の位置関係も、第１の実施の形態と同様である。

ここで、１つのＭＲ素子５０に着目して、ヨーク９０の構成について説明する。２つのヨーク９０は、Ｘ方向に平行な方向においてＭＲ素子５０の両側に配置されている。磁気センサ２０１は、更に、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料よりなる絶縁層２３２を備えている。絶縁層２３２は、Ｘ方向に平行な方向においてＭＲ素子５０の両側に配置されている。本実施の形態では特に、絶縁層２３２は、ＭＲ素子５０および磁界発生体７０の強磁性層７２の周囲に配置されている。

２つのヨーク９０は、絶縁層２３２に埋め込まれている。ＭＲ素子５０と２つのヨーク９０との間、および下部電極６１と２つのヨーク９０との間には、絶縁層２３２が介在している。２つのヨーク９０の各々は、磁性層に加えて、磁性層と絶縁層２３２との間に介在するバッファ層と、磁性層の上に配置されたキャップ層とを含んでいてもよい。バッファ層とキャップ層は、例えば非磁性金属材料によって形成されていてもよい。また、２つのヨーク９０の各々は、ＭＲ素子５０の側面５０ｄに乗り上げるように配置されている。２つのヨーク９０の各々の一部は、Ｚ方向から見たときに、ＭＲ素子５０の一部と重なっている。

２つのヨーク９０は、Ｙ方向に平行な方向において所定の間隔を開けて配置された２つの磁界発生体７０の間に配置されている。磁界発生体７０（第１の積層体７０１）の強磁性層７２は、Ｙ方向または－Ｙ方向から見たときに２つのヨーク９０と重なるように配置されている。

強磁性層７２は、ヨーク９０に乗り上げるように配置されている。強磁性層７２の一部は、Ｚ方向から見たときに、ヨーク９０の一部と重なっている。磁気センサ２０１は、更に、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料よりなり且つ強磁性層７２とヨーク９０との間に介在する絶縁層２３３を備えている。磁界発生体７０（第１の積層体７０１）のバッファ層７１の一部は、強磁性層７２と絶縁層２３３との間に介在している。

本実施の形態では、反強磁性層７４は、ＭＲ素子５０、２つの強磁性層７２、２つのヨーク９０および絶縁層２３２の上に配置されている。２つのヨーク９０の各々の上面は、反強磁性層７４に接していてもよい。磁気センサ２０１は、更に、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料よりなり且つ基板２３０（図２３参照）と下部電極６１との間に介在する絶縁層２３１と、絶縁材料よりなり且つ上部電極６２の上に配置された図示しない絶縁層とを備えている。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
次に、図２８ないし図３０を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図２８は、本実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。図２９は、図２８において２９－２９線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。図３０は、図２８において３０－３０線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。

以下、１つのＭＲ素子５０に着目して、本実施の形態に係る磁気センサ２０１の構成が、第２の実施の形態と異なる点について説明する。本実施の形態では、２つの磁界発生体７０の各々は、ＭＲ素子５０に対して所定の間隔を開けて配置されている。従って、２つの磁界発生体７０の各々の強磁性層７２は、ＭＲ素子５０に対して所定の間隔を開けて配置されている。

また、２つの磁界発生体７０の各々は、２つのヨーク９０に対して所定の間隔を開けて配置されている。従って、２つの磁界発生体７０の各々の強磁性層７２は、２つのヨーク９０に対して所定の間隔を開けて配置されている。

本実施の形態では、絶縁層２３３は、強磁性層７２と下部電極６１および絶縁層２３２との間に介在している。磁気センサ２０１は、更に、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料よりなり且つ２つのヨーク９０と下部電極６１および絶縁層２３２との間に介在する絶縁層２３４を備えている。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第２の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明の磁気センサは、第１の実施の形態における第１および第２の検出回路１０，２０と、第３の検出回路として第２の実施の形態に係る磁気センサ２０１とを備えた磁気センサであってもよい。この磁気センサにおいて、第３の検出回路（磁気センサ２０１）は、対象磁界のＺ方向に平行な方向の成分を検出するように構成されていてもよい。この磁気センサは、対象磁界を地磁気とした地磁気センサであってもよい。

また、ＭＲ素子５０は、下部電極６１側から、バッファ層５１、自由層５４、ギャップ層５３、磁化固定層５２およびキャップ層５５の順に積層されて構成されていてもよい。

以上説明したように、本発明の磁気センサは、積層された複数の磁性膜を含む少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、強磁性材料よりなり、複数の磁性膜の積層方向に直交する第１の方向から見たときに少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と重なるように配置された第１の強磁性層と、絶縁材料よりなり、積層方向および第１の方向の各々に直交する第２の方向において少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の両側に配置された絶縁層と、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、第１の強磁性層および絶縁層の上に配置された反強磁性層とを備えている。反強磁性層は、第１の強磁性層に対向する第１の反強磁性部と、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子および絶縁層には対向するが第１の強磁性層には対向しない非対向部分とを含んでいる。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と反強磁性層との間には、いかなる磁性層も存在しない。

本発明の磁気センサにおいて、第１の強磁性層と第１の反強磁性部は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される磁界を発生する磁界発生体を構成してもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子であってもよい。第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、反強磁性層を介して直列に接続されていてもよい。第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、第１の方向に沿って並んでいてもよい。あるいは、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、第２の方向に沿って並んでいてもよい。

また、本発明の磁気センサは、更に、強磁性材料よりなり、第１の方向において第１の強磁性層との間に少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を挟む位置に配置された第２の強磁性層を備えていてもよい。反強磁性層は、更に、第２の強磁性層に対向する第２の反強磁性部を含んでいてもよい。第１の強磁性層と第１の反強磁性部は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第１の磁界を発生する第１の磁界発生体を構成してもよい。第２の強磁性層と第２の反強磁性部は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第２の磁界を発生する第２の磁界発生体を構成してもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子であってもよい。第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、回路構成上並列に接続されていてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、反強磁性層は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に接していてもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、更に、反強磁性層と複数の磁性膜との間に介在し且つ反強磁性層に接する非磁性金属層を含んでいてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、複数の磁性膜は、対象磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層を含んでいてもよい。第１の強磁性層は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に対向する側面を有していてもよい。側面は、自由層に対向し且つ積層方向に対して傾斜する傾斜部分を含んでいてもよい。傾斜部分が積層方向に対してなす角度は、２０°以上９０°以下の範囲内であってもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、非対向部分に対向する第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面とを有していてもよい。非対向部分の少なくとも一部と第２の面との間隔は、第１の面と第２の面の間隔と同じであってもよい。

また、本発明の磁気センサは、更に、第２の方向において少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の両側に配置されると共にそれぞれ軟磁性材料よりなる２つのヨークを備えていてもよい。反強磁性層は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、第１の強磁性層、絶縁層および２つのヨークの上に配置されていてもよい。

また、本発明の磁気センサは、更に、第１のポートと、第２のポートと、第３のポートと、回路構成上第１のポートと第２のポートとの間に配置された第１の抵抗部と、回路構成上第２のポートと第３のポートとの間に配置された第２の抵抗部とを備えていてもよい。第１の抵抗部と第２の抵抗部の各々は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、第１の強磁性層、絶縁層および反強磁性層を含んでいてもよい。複数の磁性膜は、対象磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層を含んでいてもよい。第１の抵抗部では、第１の強磁性層と第１の反強磁性部は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第１の磁界を発生する第１の磁界発生体を構成してもよい。第２の抵抗部では、第１の強磁性層と第１の反強磁性部は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第２の磁界を発生する第２の磁界発生体を構成してもよい。第１の磁界は、主成分として第１の方向に平行な一方向である第１の磁界方向の成分を含んでいてもよい。第２の磁界は、主成分として第１の磁界方向とは反対方向の第２の磁界方向の成分を含んでいてもよい。第１の抵抗部では、自由層の磁化は、対象磁界が印加されていない場合には、第１の磁界方向の成分を含んでいてもよい。第２の抵抗部では、自由層の磁化は、対象磁界が印加されていない場合には、第２の磁界方向の成分を含んでいてもよい。

１…磁気センサ、２…プロセッサ、１０…第１の検出回路、２０…第２の検出回路、３０…基板、３１～３３…絶縁層、５０，５０Ａ，５０Ｂ…ＭＲ素子、５１…バッファ層、５２…磁化固定層、５３…ギャップ層、５４…自由層、５５…キャップ層、６１…下部電極、６２…上部電極、７０，７０Ａ，７０Ｂ…磁界発生体、７１…バッファ層、７２…強磁性層、７４…反強磁性層、７４ａ…反強磁性部、７４ｂ…非対向部分、７５…キャップ層、７５ａ…保護部、７６…反強磁性層、７７，７８…強磁性層、７９…非磁性層、８１，８２…フォトレジストマスク、１００…磁気センサ装置、７０１…第１の積層体、７０２…第２の積層体、７０２ａ…積層部分、Ｄ１…第１の方向、Ｄ２…第２の方向、Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２…出力ポート、Ｇ１，Ｇ２…グランドポート、Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４…抵抗部、Ｖ１，Ｖ２…電源ポート。

Claims (11)

1. 積層された複数の磁性膜を含む少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、
   強磁性材料よりなり、前記複数の磁性膜の積層方向に直交する第１の方向から見たときに前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と重なるように配置された第１の強磁性層と、
   強磁性材料よりなり、前記第１の方向において前記第１の強磁性層との間に前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を挟む位置に配置された第２の強磁性層と、
   絶縁材料よりなり、前記積層方向および前記第１の方向の各々に直交する第２の方向において前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の両側に配置された絶縁層と、
   前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層および前記絶縁層の上に配置された反強磁性層と、
   第１のポートと、
   第２のポートと、
   第３のポートと、
   回路構成上前記第１のポートと前記第２のポートとの間に配置された第１の抵抗部と、
   回路構成上前記第２のポートと前記第３のポートとの間に配置された第２の抵抗部とを備え、
   前記反強磁性層は、前記第１の強磁性層に対向する第１の反強磁性部と、前記第２の強磁性層に対向する第２の反強磁性部と、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子および前記絶縁層には対向するが前記第１の強磁性層および前記第２の強磁性層には対向しない非対向部分とを含み、
   前記第１の強磁性層と前記第１の反強磁性部は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第１の磁界を発生する第１の磁界発生体を構成し、
   前記第２の強磁性層と前記第２の反強磁性部は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第２の磁界を発生する第２の磁界発生体を構成し、
   前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と前記反強磁性層との間には、いかなる磁性層も存在せず、
   前記第１の抵抗部と前記第２の抵抗部の各々は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、前記絶縁層および前記反強磁性層を含み、
   前記複数の磁性膜は、対象磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層を含み、
   前記第１の抵抗部では、前記第１の磁界と前記第２の磁界の各々は、主成分として前記第１の方向に平行な一方向である第１の磁界方向の成分を含み、前記自由層の前記磁化は、前記対象磁界が印加されていない場合には、前記第１の磁界方向の成分を含み、
   前記第２の抵抗部では、前記第１の磁界と前記第２の磁界の各々は、主成分として前記第１の磁界方向とは反対方向の第２の磁界方向の成分を含み、前記自由層の前記磁化は、前記対象磁界が印加されていない場合には、前記第２の磁界方向の成分を含むことを特徴とする磁気センサ。
2. 積層された複数の磁性膜を含む少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、
   強磁性材料よりなり、前記複数の磁性膜の積層方向に直交する第１の方向から見たときに前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と重なるように配置された第１の強磁性層と、
   強磁性材料よりなり、前記第１の方向において前記第１の強磁性層との間に前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を挟む位置に配置された第２の強磁性層と、
   絶縁材料よりなり、前記積層方向および前記第１の方向の各々に直交する第２の方向において前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の両側に配置された絶縁層と、
   前記第２の方向において前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の両側に配置されると共にそれぞれ軟磁性材料よりなる２つのヨークと、
   前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子、前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、前記絶縁層および前記２つのヨークの上に配置された反強磁性層とを備え、
   前記反強磁性層は、前記第１の強磁性層に対向する第１の反強磁性部と、前記第２の強磁性層に対向する第２の反強磁性部と、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子および前記絶縁層には対向するが前記第１の強磁性層および前記第２の強磁性層には対向しない非対向部分とを含み、
   前記第１の強磁性層と前記第１の反強磁性部は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第１の磁界を発生する第１の磁界発生体を構成し、
   前記第２の強磁性層と前記第２の反強磁性部は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に印加される第２の磁界を発生する第２の磁界発生体を構成し、
   前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と前記反強磁性層との間には、いかなる磁性層も存在しないことを特徴とする磁気センサ。
3. 前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子であり、
   前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は、回路構成上並列に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ。
4. 前記反強磁性層は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に接していることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ。
5. 前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、更に、前記反強磁性層と前記複数の磁性膜との間に介在し且つ前記反強磁性層に接する非磁性金属層を含むことを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。
6. 前記第１の強磁性層は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に対向する側面を有し、
   前記側面は、前記自由層に対向し且つ前記積層方向に対して傾斜する傾斜部分を含み、
   前記傾斜部分が前記積層方向に対してなす角度は、２０°以上９０°以下の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
7. 前記複数の磁性膜は、対象磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層を含み、
   前記第１の強磁性層は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に対向する側面を有し、
   前記側面は、前記自由層に対向し且つ前記積層方向に対して傾斜する傾斜部分を含み、
   前記傾斜部分が前記積層方向に対してなす角度は、２０°以上９０°以下の範囲内であることを特徴とする請求項２記載の磁気センサ。
8. 前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、前記非対向部分に対向する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、
   前記非対向部分の少なくとも一部と前記第２の面との間隔は、前記第１の面と前記第２の面の間隔と同じであることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ。
9. それぞれ積層された複数の磁性膜を含む第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子と、
   強磁性材料よりなり、前記複数の磁性膜の積層方向に直交する第１の方向から見たときに前記第１の磁気抵抗効果素子と重なるように配置された第１の強磁性層と、
   強磁性材料よりなり、前記第１の方向において前記第１の強磁性層との間に前記第１の磁気抵抗効果素子を挟む位置に配置された第２の強磁性層と、
   強磁性材料よりなり、前記第１の方向から見たときに前記第２の磁気抵抗効果素子と重なるように配置された第３の強磁性層と、
   強磁性材料よりなり、前記第１の方向において前記第３の強磁性層との間に前記第２の磁気抵抗効果素子を挟む位置に配置された第４の強磁性層と、
   絶縁材料よりなり、前記積層方向および前記第１の方向の各々に直交する第２の方向において前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子の各々の両側に配置された絶縁層と、
   前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、前記第３の強磁性層、前記第４の強磁性層および前記絶縁層の上に配置された反強磁性層と、
   第１のポートと、
   第２のポートと、
   第３のポートと、
   回路構成上前記第１のポートと前記第２のポートとの間に配置された第１の抵抗部と、
   回路構成上前記第２のポートと前記第３のポートとの間に配置された第２の抵抗部とを備え、
   前記反強磁性層は、前記第１の強磁性層に対向する第１の反強磁性部と、前記第２の強磁性層に対向する第２の反強磁性部と、前記第３の強磁性層に対向する第３の反強磁性部と、前記第４の強磁性層に対向する第４の反強磁性部と、前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子および前記絶縁層には対向するが前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、前記第３の強磁性層および前記第４の強磁性層には対向しない非対向部分とを含み、
   前記第１の強磁性層と前記第１の反強磁性部は、前記第１の磁気抵抗効果素子に印加される第１の磁界を発生する第１の磁界発生体を構成し、
   前記第２の強磁性層と前記第２の反強磁性部は、前記第１の磁気抵抗効果素子に印加される第２の磁界を発生する第２の磁界発生体を構成し、
   前記第３の強磁性層と前記第３の反強磁性部は、前記第２の磁気抵抗効果素子に印加される第３の磁界を発生する第３の磁界発生体を構成し、
   前記第４の強磁性層と前記第４の反強磁性部は、前記第２の磁気抵抗効果素子に印加される第４の磁界を発生する第４の磁界発生体を構成し、
   前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子と前記反強磁性層との間には、いかなる磁性層も存在せず、
   前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記反強磁性層を介して直列に接続され、
   前記第１の抵抗部と前記第２の抵抗部の各々は、前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記第１の強磁性層、前記第２の強磁性層、前記第３の強磁性層、前記第４の強磁性層、前記絶縁層および前記反強磁性層を含み、
   前記複数の磁性膜は、対象磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層を含み、
   前記第１の抵抗部では、前記第１の磁界、前記第２の磁界、前記第３の磁界および前記第４の磁界の各々は、主成分として前記第１の方向に平行な一方向である第１の磁界方向の成分を含み、前記自由層の前記磁化は、前記対象磁界が印加されていない場合には、前記第１の磁界方向の成分を含み、
   前記第２の抵抗部では、前記第１の磁界、前記第２の磁界、前記第３の磁界および前記第４の磁界の各々は、主成分として前記第１の磁界方向とは反対方向の第２の磁界方向の成分を含み、前記自由層の前記磁化は、前記対象磁界が印加されていない場合には、前記第２の磁界方向の成分を含むことを特徴とする磁気センサ。
10. 前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向に沿って並んでいることを特徴とする請求項９記載の磁気センサ。
11. 前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２の方向に沿って並んでいることを特徴とする請求項９記載の磁気センサ。