JP2009175120A - 磁気センサ及び磁気センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、第１軟磁性体を備える固定抵抗素子と磁気抵抗効果素子との配置を適正化した磁気センサ及び磁気センサモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】 固定抵抗素子４，５が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に略直列に配置されている。固定抵抗素子４，５は、固定磁性層、非磁性層及びフリー磁性層を備える素子部１２と、素子部１２の上方に位置する第１軟磁性体２３を備える。固定抵抗素子４，５を囲む固定抵抗素子形成領域８０と磁気抵抗効果素子２，３とが横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に対向している。また、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子形成領域８０との間の領域に第３軟磁性体７１が設けられている。第３軟磁性体７１は縦方向に長く形成されている。
【選択図】図２

Description

磁気センサには、磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とで構成されたブリッジ回路が設けられている。磁気抵抗効果素子は、磁化方向が一方向に固定された固定磁性層と、固定磁性層に非磁性層を介して形成されたフリー磁性層との積層構造を備える。

例えば、固定抵抗素子を構成する素子部に磁気抵抗効果素子と同様に磁気抵抗効果を発揮する積層体を用い、素子部の上方に、磁気シールド効果を発揮する軟磁性体を配置する構成にすると、固定抵抗化できる。

例えば図２５に示すように、ブリッジ回路を構成する４個の素子を配置する。符号１００，１０１が磁気抵抗効果素子で、符号１０２，１０３が固定抵抗素子である。図２５に示すＹ方向が磁気抵抗効果素子１００，１０１の感度軸方向でる。符号１０４は磁気抵抗効果素子１００，１０１を構成するミアンダ形状の磁気抵抗効果を発揮する素子部、符号１０５は固定抵抗素子１０２，１０３を構成する軟磁性体、符号１０６は固定抵抗素子１０２，１０３を構成するミアンダ形状の素子部である。磁気抵抗効果素子１００，１０１は感度軸方向と平行な縦方向からの磁場に対して感度を持つ。すなわち磁気抵抗効果素子１００，１０１は、感度軸方向と平行な方向からの磁場の作用により、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係に基づき抵抗変化する。

図２５に示すように、磁気抵抗効果素子１００と固定抵抗素子１０２、及び磁気抵抗効果素子１０１と固定抵抗素子１０３とが夫々感度軸方向（Ｙ方向）に間隔を空けて配列されている。

しかしながら図２５に示す素子配置であると、感度軸方向と平行な方向からの磁場が固定抵抗素子１０２，１０３を構成する軟磁性体１０５により増幅されて磁気抵抗効果素子１００，１０１に進入する。このような磁場の増幅効果は、磁気抵抗効果素子１００，１０１に対して磁気飽和を早め磁気感度を低下させる原因となった。
特開２００５−１８３６１４号公報

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、第１軟磁性体を備える固定抵抗素子と磁気抵抗効果素子との配置を適正化した磁気センサ及び磁気センサモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、磁気抵抗効果素子及び固定抵抗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、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層された外部磁場を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する素子部を備え、前記固定磁性層の固定磁化方向は感度軸方向であり、
前記固定抵抗素子は、素子幅Ｗ１に比べて素子長さＬ１が長く形成された細長形状の素子部を備え、前記固定抵抗素子を構成する素子部は、前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性層を介して積層された前記フリー磁性層とを有しており、
前記固定抵抗素子を構成する素子部と間隔を空けて前記素子部に対して磁気シールド効果を発揮する第１軟磁性体が積層配置されており、
前記固定抵抗素子は、前記磁気抵抗効果素子に対して、前記感度軸方向と平行な縦方向に対向しない位置に配置されていることを特徴とするものである。

これにより、磁気抵抗効果素子に作用する感度軸方向と平行な縦方向からの磁場が第１軟磁性体により増幅されるのを抑制でき、磁気抵抗効果素子の磁気飽和を防止でき、磁気センサとしての感度を適切に保つことができる。

本発明では、前記固定抵抗素子の少なくとも一部は、前記磁気抵抗効果素子に対して、前記縦方向に直交する横方向にて対向して配置されていることが好ましい。これにより、小さい領域内に磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とを、磁気抵抗効果素子に作用する感度軸方向と平行な縦方向からの磁場が第１軟磁性体により増幅されるのを抑制した状態で適切に配置できる。

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子が前記横方向に略一列に配置される構成にできる。

また本発明では、複数の前記固定抵抗素子が前記縦方向に略直列に配置されている構成にできる。これにより固定抵抗素子の素子部に対する磁気シールド範囲を広くできる。

また本発明では、複数の前記固定抵抗素子の固定抵抗素子形成領域と、前記磁気抵抗効果素子とが前記縦方向に直交する横方向にて対向配置されていることが好ましい。これにより、より効果的に、小さい領域内に磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とを、磁気抵抗効果素子に作用する感度軸方向と平行な縦方向からの磁場が第１軟磁性体により増幅されるのを抑制した状態で適切に配置でき、また上記した固定抵抗素子の素子部に対する磁気シールド範囲も広くできる。

本発明では、前記磁気抵抗効果素子には、前記磁気抵抗効果素子を構成する前記素子部と非接触であり前記感度軸方向と平行な縦方向に対して直交する横方向からの磁場に対して磁気シールド効果を発揮する第２軟磁性体が設けられていてもよい。

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子には、前記磁気抵抗効果素子を構成する前記素子部と非接触であり前記感度軸方向と平行な縦方向に対して直交する横方向からの磁場に対して磁気シールド効果を発揮する第２軟磁性体が設けられており、前記第２軟磁性体及び前記固定抵抗素子を構成する前記第１軟磁性体は共に、前記横方向に長い形状で形成されており、
前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗素子の間の領域に、前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子の双方に非接触の第３軟磁性体が配置され、前記第３軟磁性体は、前記縦方向に長い形状で形成されるとともに、前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子の縦方向への全域に対向する長さ寸法以上で形成されていることが好ましい。これにより感度軸方向と直交する横方向からの磁場の増幅効果を抑制できる。

本発明では、前記磁気抵抗効果素子を構成する前記素子部は、前記縦方向に複数個、間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状にされており、各素子部の前記縦方向への両側方、真上、あるいは真下のいずれかに前記第２軟磁性体が前記各素子部と非接触で形成されていることが好ましい。

また本発明では、前記固定抵抗素子を構成する前記素子部は、複数個、素子幅方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状にされており、
前記固定抵抗素子を構成する各素子部に対して個別に前記第１軟磁性体が配置されていることが好ましい。このとき、前記第１軟磁性体は、さらに、素子幅方向の両側に位置する前記素子部の外側面より外側にも配置されていることが好ましい。これにより固定抵抗素子を構成する素子部に対する磁気シールド効果をより効果的に発揮することが出来る。

また、前記固定抵抗素子を構成する前記素子部は、複数個、素子幅方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状にされており、
一つの前記第１軟磁性体が、前記固定抵抗素子を構成する全ての前記素子部を覆う大きさで形成されている構成でもよい。

また本発明では、前記第１軟磁性体は、前記素子幅Ｗ１と同方向への幅寸法Ｗ２が前記素子幅Ｗ１よりも大きく前記素子部の素子幅の両側から素子幅方向に延出する延出部を備えるとともに、前記素子長さＬ１と同方向への長さ寸法Ｌ２が前記素子長さＬ１よりも大きく前記素子部の素子長さ方向の両側から素子長さ方向に延出する延出部を備え、且つ前記長さ寸法Ｌ２が前記幅寸法Ｗ２よりも大きいことが好ましい。これにより、固定抵抗素子を構成する素子部に対する磁気シールド効果をより効果的に発揮することが出来、適切に固定抵抗化できる。

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子を構成する各素子部の積層順及び膜厚が等しいことが好ましい。これにより、固定抵抗素子及び磁気抵抗効果素子の抵抗変化温度係数（ＴＣＲ）が一致するように高精度に調整できる。

また本発明における磁気センサモジュールは、上記のいずれかに記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気センサが配置されていることを特徴とするものである。例えば、本発明の磁気センサモジュールは地磁気センサとして使用できる。

本発明の磁気センサによれば、磁気抵抗効果素子に作用する感度軸方向と平行な縦方向からの磁場が第１軟磁性体により増幅されるのを抑制でき、磁気抵抗効果素子の磁気飽和を防止でき、磁気センサとしての感度を適切に保つことができる。

図１（ａ）は第１実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図２（ａ）は第２実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の素子配置が優れていることを説明するための固定抵抗素子形成領域及び磁気シールド範囲の模式図、図３は図２の形態を改良した磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、図４は第３実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、図５は第４実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、図６（ａ）は、磁気抵抗効果素子の平面図、図６（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図７（ａ）は、図６とは異なる磁気センサの磁気抵抗効果素子の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図８（ａ）は、図６及び図７とは異なる磁気センサの磁気抵抗効果素子の平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図９は図６ないし図８とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１０（ａ）は、図６ないし図９とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図１１は、図６ないし図１０とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１２は、図６ないし図１１とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１３は、図６ないし図１２とは異なる磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、図１４は、図１３に示すＤ−Ｄ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、図１５は好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、図１６（ａ）は、図６ないし図１２とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図１７は、図６ないし図１６とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１８（ａ）は、固定抵抗素子の平面図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図１９は図１８とは異なる固定抵抗素子の平面図、図２０は、図１８及び図１９とは異なる固定抵抗素子の平面図、図２１は、磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、図２２は、磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、図２３は、本実施形態の磁気センサの回路図、図２４は磁気センサモジュールの斜視図、である。

各図においてＸ１−Ｘ２は、横方向、Ｙ１−Ｙ２方向は横方向に直交する縦方向、Ｚ１−Ｚ２方向は高さ（膜厚）方向である。各実施形態において、磁気抵抗効果素子２，３を構成する固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）はＹ１方向であり（図２２等参照）、Ｙ１方向が感度軸方向である。

本実施形態における磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子を備えた磁気センサ１は例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサモジュールとして使用される。

磁気センサ１は、図２３に示すように、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とがブリッジ接続されてなるセンサ部６と、センサ部６と電気接続された入力端子７、グランド端子８、差動増幅器９及び外部出力端子１０等を備えた集積回路（ＩＣ）１１とで構成される。

図１に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とが横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に略一列に間隔Ｔ１１を空けて配置されている。ここで「略一列」とは製造誤差のみならず縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）への多少のずれを許容するものである。本実施形態では、各磁気抵抗効果素子２，３の中心Ｏ１と、固定抵抗素子の中心Ｏ２とが縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に、引き出し電極のデザイン等で発生する数十μｍ程度のずれは許容される。上記間隔Ｔ１１は、３０〜１００μｍ程度である。なおここでいう間隔Ｔ１１とは、磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２及び第２軟磁性体１８と、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２及び第１軟磁性体２３との間の最も狭い間隔を指す。図１に示す実施形態では、第１軟磁性体２３と第２軟磁性体１８との間の間隔である。

図２（ａ）に示す実施形態では、固定抵抗素子４，５が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に間隔Ｔ１２を空けて略直列に配置されている。図２（ａ）では、固定抵抗素子４の中心Ｏ４と、固定抵抗素子５の中心Ｏ５とが縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）にて一致しているが多少横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）にずれて配置されてもよい。具体的には、各固定抵抗素子４，５の中心Ｏ４，Ｏ５が横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に、引き出し電極のデザイン等で発生する数十μｍ程度のずれは許容される。

そして、２個の固定抵抗素子４，５が囲まれる固定抵抗素子形成領域８０と各磁気抵抗効果素子２，３とが横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に間隔Ｔ１１を空けて配置されている。ここでいう「固定抵抗素子形成領域８０」とは、２個の固定抵抗素子４，５が囲まれる領域であり、図２（ａ）のように、２個の固定抵抗素子４，５を構成する各第１軟磁性体２３の外側端面（隣接する他の第１軟磁性体２３と対向しない面）を直線的に結んだ領域を指す。

図２（ａ）の実施形態では、固定抵抗素子４と固定抵抗素子５との間隔Ｔ１２は、２μｍ以上であり、固定抵抗内の磁場分布を良くする為には、図１８（ａ）のＴ１３と等しいことが望ましい。図２（ａ）では、固定抵抗素子形成領域８０の中心Ｏ３と、磁気抵抗効果素子２，３の中心Ｏ１とが横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）で略一致した位置にあるが、中心Ｏ１，Ｏ３が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）にずれている形態も許容するものである。

個々の磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５の構成を以下で詳しく説明する。まず磁気抵抗効果素子２，３の構成について説明する。

磁気抵抗効果素子２，３は、図６に示すように、素子幅Ｗ３に比べて素子長さＬ３が長く形成された図示Ｘ方向に細長い形状の複数の素子部１２が横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に直交する縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に所定の間隔を空けて並設され、各素子部１２の端部間が接続電極部１３により電気的に接続されてミアンダ形状となっている。ミアンダ形状に形成された両端にある素子部１２の一方には入力端子７、グランド端子８、出力取出し部１４（図２３参照）に接続される電極部１５が接続されている。接続電極部１３及び電極部１５は、Ａｌ、Ｔａ、Ａｕ等の非磁性導電材料である。接続電極部１３及び電極部１５はスパッタやメッキで形成される。

磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２は、全て図２２に示す同じ積層構造で構成される。なお図２２は、素子幅Ｗ３と平行な方向から膜厚方向に切断した切断面を示している。

素子部１２は、例えば下から反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、およびフリー磁性層３６の順に積層されて成膜され、フリー磁性層３６の表面が保護層３７で覆われている。素子部１２は例えばスパッタにて形成される。

反強磁性層３３は、Ｉｒ−Ｍｎ合金（イリジウム−マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層３４はＣｏ−Ｆｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性層３５はＣｕ（銅）などである。フリー磁性層３６は、Ｎｉ−Ｆｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層３７はＴａ（タンタル）などである。上記構成では非磁性層３５がＣｕ等の非磁性導電材料で形成された巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）であるが、Ａｌ₂Ｏ₃等の絶縁材料で形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）であってもよい。また図２２に示す素子部１２の積層構成は一例であって他の積層構成であってもよい。例えば、下からフリー磁性層３６、非磁性層３５、固定磁性層３４、反強磁性層３３及び保護層３７の順に積層されてもよい。

素子部１２では、反強磁性層３３と固定磁性層３４との反強磁性結合により、固定磁性層３４の磁化方向が固定されている。図６及び図２２に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、素子幅方向（Ｙ１方向）に向いている。すなわち固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、素子部１２の長手方向と直交している。

一方、フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）は、外部磁場により変動する。
図２１に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と同一方向から外部磁場Ｈ１が作用してフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が外部磁場Ｈ１方向に向くと、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが平行に近づき電気抵抗値が低下する。

一方、図２１に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と反対方向から外部磁場Ｈ２が作用してフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が外部磁場Ｈ２方向に向くと、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが反平行に近づき電気抵抗値が増大する。

図６（ｂ）に示すように磁気抵抗効果素子２，３は基板１６上に形成される。磁気抵抗効果素子２，３上はＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等の絶縁層１７に覆われる。また磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２間も絶縁層１７で埋められる。絶縁層１７は例えばスパッタにて形成される。

図６（ｂ）のように絶縁層１７の上面は、例えばＣＭＰ技術を用いて平坦面に形成されている。ただし、絶縁層１７の上面は、素子部１２と基板１６間の段差に倣って、凹凸面で形成されていてもよい。図７（ｂ）、図８（ｂ）、図１０（ｂ）、図１８（ｂ）についても同様である。

図６に示すように、磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２の間、及び最も外側に位置する素子部１２の外側に第２軟磁性体１８が設けられている。第２軟磁性体１８は例えばスパッタやメッキにて薄膜形成される。第２軟磁性体１８は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢやＣｏＺｒＮｂ等で形成される。この形態では第２軟磁性体１８の幅寸法Ｗ４は素子部１２の素子幅Ｗ３より小さくなっている。また、第２軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ４は素子部１２の素子長さＬ３よりも長く、図６（ａ）に示すように、第２軟磁性体１８は、素子部１２の横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の両側から長手方向に延出する延出部１８ａを備える。

図６（ｂ）に示すように、第２軟磁性体１８は、素子部１２間にある絶縁層１７上に形成される。また図示しないが第２軟磁性体１８上及び第２軟磁性体１８間は絶縁性の保護層にて覆われている。

各寸法について説明する。
磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２の素子幅Ｗ３は、地磁気センサとして使用する場合は形状異方性を利用するため、２〜６μｍの範囲内である（図６（ａ）参照）。また素子部１２の素子長さＬ３は、６０〜１００μｍの範囲内である（図６（ａ）参照）。また、素子部１２の膜厚Ｔ１は、２００〜３００Åの範囲内である（図６（ｂ）参照）。また第２軟磁性体１８の幅寸法Ｗ４は、この実施形態では、地磁気センサとして使用する場合、１〜６μｍの範囲内である（図６（ａ）参照）。また第２軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ４は、８０〜２００μｍの範囲内である（図６（ａ）参照）。また、第２軟磁性体１８の膜厚Ｔ２は、０．２〜１μｍの範囲内である（図６（ｂ）参照）。素子部１２のアスペクト比（素子長さＬ３／素子幅Ｗ３）は、地磁気センサとして使用する場合は１０以上である。また第２軟磁性体１８のアスペクト比（長さ寸法Ｌ４／幅寸法Ｗ４）は、素子部１２のアスペクト比以上であると好適である。また第２軟磁性体１８の延出部１８ａの長さ寸法Ｔ８は、２０μｍ以上である（図６（ａ）参照）。

図６の実施形態における各第２軟磁性体１８間の距離（Ｙ１−Ｙ２方向への距離）Ｔ３は、第２軟磁性体の幅寸法Ｗ４以上で２〜８μｍである（図６（ｂ）参照）。また、素子部１２と隣接した位置にある第２軟磁性体１８とのＹ１−Ｙ２方向への距離Ｔ４は、０＜Ｔ４＜３μｍである（図６（ｂ）参照）。また、第２軟磁性体１８と素子部１２間の高さ方向（Ｚ方向）への距離Ｔ５は、０．１〜１μｍである（図６（ｂ）参照）。

次に、図７に示す実施形態では、図６と異なって、第２軟磁性体１８が各素子部１２の真上に絶縁層１７を介して配置されている。また図８に示す実施形態では、図１と異なって、第２軟磁性体１８が各素子部１２の真下に絶縁層１７を介して配置されている。図８では基板１６上に第２軟磁性体１８が形成され、第２軟磁性体１８上から第２軟磁性体１８間の基板１６上にかけて絶縁層１７が形成され、絶縁層１７上に磁気抵抗効果素子２，３が形成された構成である。図８のように素子部１２の真下に第２軟磁性体１８を配置する形態では、第２軟磁性体１８に対して例えばアニール処理を施したいとき素子部１２を形成する前に処理を行うことができ素子部１２に対する影響を抑制できる。

図７，図８に示す実施形態でも図６と同様に、第２軟磁性体１８の幅寸法Ｗ４は素子幅Ｗ３より小さくなっている。また第２軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ４は素子長さＬ３より長く第２軟磁性体１８には素子部１２の長手方向（Ｘ方向）の両側から長手方向に延出する延出部１８ａが形成されている。

図７，図８に示す実施形態では、幅寸法Ｗ４が素子幅Ｗ３より小さい第２軟磁性体１８が平面視にて素子部１２の素子幅Ｗ３内に収まるように（素子幅Ｗ３方向にはみ出さないように）配置されている。

図７，図８に示す形態における素子幅Ｗ３は５〜８μｍである。第２軟磁性体１８の幅寸法Ｗ４は、地磁気センサとして使用する場合、Ｗ３より狭くかつ、２〜６μｍの範囲内である（図７（ａ）、図８（ａ）参照）。

図７（ｂ），図８（ｂ）に示す第２軟磁性体１８間の距離（Ｙ１−Ｙ２方向への距離）Ｔ６は、６〜１０μｍである。また第２軟磁性体１８と素子部１２間の高さ方向（Ｚ方向）への距離Ｔ７は、０．１〜１μｍである。

本実施形態における磁気センサ１は、縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向；素子幅方向）からの地磁気を検知するためのものである。よって図示Ｙ１−Ｙ２方向が感度軸方向であり、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）が素子部１２の長手方向である。固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は感度軸方向であるＹ１方向に向けられている。

本実施形態では、素子部１２と非接触の第２軟磁性体１８を設けている。第２軟磁性体１８は、素子部１２と同様に、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に細長い形状で、素子部１２及び第２軟磁性体１８には磁化容易軸方向が共に同じ方向となる形状異方性が付与される。また第２軟磁性体１８の透磁率は素子部１２の透磁率よりも大きい。

さらに本実施形態における第２軟磁性体１８は、磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２の横方向（Ｘ方向）の両側から横方向に延出する延出部１８ａを備える。

このため、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）から外部磁場が作用しても、磁場は、第２軟磁性体１８を優先的に通過しやすい。したがって、第２軟磁性体１８は、感度軸方向と直交する横方向への磁気シールド効果を発揮する。一方、感度軸方向（Ｙ１−Ｙ２方向）からの外部磁場（地磁気）に対しては磁気センサとしての感度を保つことができ、地磁気の磁界強度に基づいて電気抵抗値の大きさが変動し、Ｙ１−Ｙ２方向からの地磁気を適切に検知することが出来る。

また本実施形態では、図９のように、第２軟磁性体１８の幅寸法Ｗ４が素子部１２の素子幅Ｗ３と同じでも、あるいは、図１０のように第２軟磁性体１８の幅寸法Ｗ４が素子部１２の素子幅Ｗ３より大きくても、素子部１２と第２軟磁性体１８との縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）への距離Ｔ９（図１０（ｂ））や素子部１２と第２軟磁性体１８との高さ方向への距離Ｔ１０（図１０（ｂ））を併せて適切に調整することで、第２軟磁性体１８により、感度軸方向と直交する横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）への磁気シールド効果が適切に発揮され、且つ、感度軸方向（Ｙ１−Ｙ２方向）からの外部磁場（地磁気）に対しては磁気センサとしての感度を保つことが可能である。第２軟磁性体１８と素子部１２との縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）への距離Ｔ９は、０〜３μｍの範囲内であることが好ましい。また、素子部１２と第２軟磁性体１８との高さ方向への距離Ｔ１０は、０．１〜１μｍの範囲内であることが好ましい。第２軟磁性体１８間の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）への距離Ｔ１２は、２≦Ｔ１２≦６μｍの範囲内であることが好ましい。

また図１１に示す実施形態は、図７（ａ）に示す磁気抵抗効果素子２，３の構成を一部改良したものである。図１１では、磁気抵抗効果素子２，３を構成する縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）両側に位置する素子部１２の両外側面１２ａよりもさらに外側に第２軟磁性体２４が形成されている。

図１１のように、素子部１２のさらに外側に第２軟磁性体２４を設けることで、感度軸方向と直交する横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からの磁場に対する磁気シールド効果をより効果的に向上できる。なお図６（ａ）、図９、図１０の実施形態については、既に、素子部１２の外側に第２軟磁性体１８が存在するが、図６（ａ）、図９、図１０の実施形態においても、そのさらに両側に第２軟磁性体２４を設けることで、より効果的に感度軸方向と直交する横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からの磁場に対する磁気シールド効果を向上させることができる。

図１２に示す実施形態では、複数の素子部１２が横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に間隔を空けて並設され、各素子部１２の間に空けられた間隔内に中間永久磁石層６０が介在している。これにより各素子部１２が中間永久磁石層６０を介して連結された横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に帯状に延びる素子連結体６１が構成される。素子連結体６１は、縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に間隔を空けて複数本並設され、各素子連結体６１の端部間が接続層６２にて接続されてミアンダ形状の磁気抵抗効果素子２，３が構成されている。なお前記接続層６２は永久磁石でも非磁性の電極であってもよい。

図１２の実施形態では、複数の素子部１２を、中間永久磁石層６０及び接続層６２にて連結してトータルの素子長さが長くなるミアンダ形状としているため、素子抵抗を大きくでき、消費電力の低減を図ることが可能である。

また図１２の実施形態では、複数の素子部１２を中間永久磁石層６０を介して連結した素子連結体６１を形成し、複数の素子連結体６１を素子幅方向に並設して、各素子連結体６１の端部間を接続層６２により接続している。よって、全ての素子部１２を縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に間隔を空けて並設し、各素子部１２の端部間を接続層６２で連結した形態に比べて（中間永久磁石層６０を設けない形態）、縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）への磁気抵抗効果素子２，３の長さ寸法を小さくできる。

この図１２に示す実施形態でも図６等と同様に各素子連結体６１間、及び素子幅方向にて最も外側に位置する素子連結体６１の外側に第２軟磁性体１８が形成されている。なお第２軟磁性体１８間の間隔は図１０の距離Ｔ１２と同じで、２≦Ｔ１２≦６μｍである。

図１３は図１２の変形例である。図１３に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３は、素子連結体６１の端部間を接続する接続層６２が、Ｙ方向に直線状（帯状）で形成され、前記接続層６２が、絶縁層を介し前記第２軟磁性体１８の下側を通っている。すなわち、接続層６２と第２軟磁性体１８とが高さ方向（図示Ｚ方向）にて交差している。前記接続層６２は、Ａｌ、Ａｕ、あるいはＣｕ等の良導体で形成される。

電極層６２は軟磁性体１８と電気的に絶縁されていればよく、軟磁性体１８の上部に形成されてもよい。

図１２では、接続層６２が平面的に第２軟磁性体１８を迂回するように形成されていたが、図１３では、接続層６２と第２軟磁性体１８とを高さ方向（図示Ｚ方向）にて交差させているため、磁気抵抗効果素子２，３の図示Ｘ方向への長さ寸法を小さくできるとともに、磁気抵抗効果に関与しない電極層６２の配線抵抗も低減でき、センサ特性が向上する。また接続層６２と第２軟磁性体１８間の絶縁性が低く、仮にショートしたとしても、ミアンダ形状の為電極層１９と交差する側と反対側でショートすることが無く、バイパス回路が発生しないため、センサ特性にさほどの影響は無い。また接続層６２を非磁性の良導体で形成することで、接続層６２を永久磁石層で形成する形態に比べて寄生抵抗を低減できるし、永久磁石層で形成するとバイアス磁界の影響が第２軟磁性体１８に影響しシールド効果が低下するが、本実施形態では、そのような問題も生じない。

図１４の断面図に示すように、各素子部１２を構成する反強磁性層３３、固定磁性層３４及び非磁性層３５は永久磁石層６０の形成位置で分断されておらず一体化している。すなわち、永久磁石層６０の形成位置では、素子部１２を構成する保護層３７及びフリー磁性層３６がイオンミリング等で削られて凹部６３が形成される。よって凹部６３の底面６３ａには非磁性層３５が露出している。なお非磁性層３５の一部まで削られて凹部６３が形成されてもよい。そして、この凹部６３内に永久磁石層６０が設けられている。図１４の構成により固定磁性層３４が分断されないため、固定磁性層３４の磁化を図示Ｙ方向に安定化でき、一軸異方性を向上させることができる。また固定磁性層３４及び反強磁性層３３まで分断して各素子部１２間に永久磁石層６０を設けた構成では、永久磁石層６０と素子部１２との電気的コンタクトは各側面となるため寄生抵抗が大きくなりやすいが、本実施形態のように永久磁石層６０と素子部１２との電気的コンタクトが平面接触となることで寄生抵抗を低減させることが出来る。

また図１４に示すように永久磁石層６０の上面には、永久磁石層６０よりも抵抗値が小さい低抵抗層６４が重ねて形成されている。低抵抗層６４はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の非磁性の良導体で形成されることが好適である。低抵抗層６４は、永久磁石層６０と同様にスパッタあるいはメッキ等で形成される。図１４に示すように永久磁石層６０上に低抵抗層６４を重ねて形成することで、より効果的に、寄生抵抗を低減できる。

また永久磁石層６０間に挟まれた部分の素子部１２のアスペクト比（素子長さＬ１１／素子幅Ｗ３）（図１５参照）が大きくなると、永久磁石層６０からのバイアス磁界が素子部１２の全体に適切に供給されなくなる。このため感度軸方向に対して直交方向（Ｘ方向）から磁界を作用させ、磁界強度を徐々に強くしていったときの抵抗変化領域にヒステリシスが生じやすくなる。よって直交方向からの磁界（外乱磁場）に対する抵抗変化領域が広がることで、外乱磁場耐性が低下しやすくなる。したがって、素子部１２の全体に適切にバイアス磁界を供給して外乱磁場耐性を向上させるため素子部１２のアスペクト比は小さいことが好ましい。具体的には素子部１２のアスペクト比は３以下であることが好ましく、１より小さいことがより好ましい。

図１６に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３は、素子幅Ｗ３に比べて素子長さＬ３が長く形成された縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に細長い形状の複数の素子部１２が横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に所定の間隔を空けて並設され、各素子部１２の端部間が接続電極部１３により電気的に接続されてミアンダ形状となっている。本実施形態では素子部１２間を連結する電極部１３，１５を素子部１２よりも十分に抵抗の小さい材質で形成できるから、素子部１２間を永久磁石層で連結していた従来に比べて寄生抵抗を小さくできる。接続電極部１３及び電極部１５はスパッタやメッキで形成される。

図１６の実施形態では、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向いている。すなわち固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、素子部１２の長手方向である。

図１６に示すように、各素子部１２の横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の両側には間隔を空けて永久磁石層１９が配置されている。永久磁石層１９は、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）と同方向に向く幅寸法がＷ１０で、縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向く長さ寸法がＬ１０で形成されている。長さ寸法Ｌ１０は幅寸法Ｗ１０より大きく、永久磁石層１９は、縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に延びる細長形状である。

永久磁石層１９は、ＣｏＰｔやＣｏＰｔＣｒ等の硬磁性材料で形成される。永久磁石層１９は例えばスパッタで形成される。

図１６の実施形態では、永久磁石層１９から素子部１２に横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からバイアス磁界が供給される。この結果、フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）は横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に向けられる。

図１６に示す実施形態では、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が磁化容易軸方向である縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向；素子長さ方向）を向いている。一方、素子幅方向（Ｘ１−Ｘ２方向）が磁化困難軸方向である。

図１６の構成により感度軸方向への磁場に対する磁気感度を良好に保ちつつ、感度軸方向と直交する横方向からの磁場に対して磁気感度を低下させることができる。

図１７の実施形態では図１６と異なって、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の両側に位置する素子部１２の外側にのみ一対の永久磁石層１９が配置されている。図１６のように各素子部１２の両側方に永久磁石層１９を配置しなくても、素子部１２の全体に大きなバイアス磁界を供給できれば、図１７のような配置でもよい。

この図１６、図１７に示す実施形態でも横方向からの磁場に対して磁気シールド効果を発揮する第２軟磁性体１８が、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）を長手方向として形成されている。第２軟磁性体１８は、図１６（ｂ）に示す永久磁石層１９上や素子部１２上を覆う図示しない絶縁層（図６（ｂ）の絶縁層１７に相当）上に形成される。

次に、磁気センサ１を構成する固定抵抗素子４，５の構成について説明する。
図１８（ａ）に示すように、本実施形態では、固定抵抗素子４，５も磁気抵抗効果素子２，３と同じ素子部１２を備える。すなわち、図２２で説明した積層構造を備える。固定抵抗素子４，５の素子幅はＷ１で、素子長さはＬ１である。固定抵抗素子４，５の素子部１２の素子幅Ｗ１及び素子長さＬ１を、磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の素子幅Ｗ３及び素子長さＬ３と同等に出来る（図６等参照）。

また固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２も端部どうしが接続電極部１３を介して接続されミアンダ形状となっている。

図１８（ａ）に示すように固定抵抗素子４，５を構成する各素子部１２は横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）を長手方向として形成される。

図１（ｂ）に示すように、固定抵抗素子４，５も磁気抵抗効果素子２，３と同様に基板１６上に形成される。そして磁気抵抗効果素子２，３上を覆う絶縁層１７にて固定抵抗素子４，５上も覆われ、固定抵抗素子４，５の上方には絶縁層１７を介して第１軟磁性体２３が配置されている。

第１軟磁性体２３は例えばスパッタやメッキにて薄膜形成される。第１軟磁性体２３は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢやＣｏＺｒＮｂ等で形成される。

図１８では、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２、及び第１軟磁性体２３には、磁化容易軸方向が共に同じ方向の形状異方性が付与される。

第１軟磁性体２３は、固定抵抗素子４，５を構成する素子幅Ｗ１と同方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に幅寸法Ｗ２で、素子長さＬ１と同方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に長さ寸法Ｌ２で形成される。幅寸法Ｗ２は素子幅Ｗ１より大きく、第１軟磁性体２３は素子部１２の素子幅の両側から素子幅方向に延出する延出部２３ａを備える。また、長さ寸法Ｌ２は素子長さＬ１よりも大きく、第１軟磁性体２３は、素子部１２の横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の両側から横方向に延出する延出部２３ｂを備える。また図１（ａ）に示すように長さ寸法Ｌ４は幅寸法Ｗ４より大きい。

固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、縦方向（Ｙ１−Ｙ２）に向けられてもよいし、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に向けられていてもよい。

素子幅寸法Ｗ１は、地磁気センサとして使用する場合は２〜６μｍ程度、第１軟磁性体２３の幅寸法Ｗ２は、素子幅Ｗ１以上かつ、６〜１０μｍである（図１８（ａ）参照）。また第１軟磁性体２３の長さ寸法Ｌ２は、８０〜２００μｍである（図１８（ａ）参照）。第１軟磁性体２３のアスペクト比（長さ寸法Ｌ２／幅寸法Ｗ２）は、１０以上である。また各第１軟磁性体２３間の距離（Ｘ方向への距離）Ｔ１３は、２μｍ以上である（図１８（ｂ）参照）。

第１軟磁性体２３の膜厚は、第２軟磁性体１８の膜厚Ｔ２と同じであり、第１軟磁性体２３と素子部１２間の高さ方向（Ｚ方向）への距離Ｔ１４は、第２軟磁性体１８と素子部１２間の高さ方向（Ｚ方向）への距離Ｔ５と同じである（図６（ｂ）参照）。

磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２と、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２とに異なる積層構成にものを使用してよいが、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５に同じ素子部１２（積層順及び膜厚が等しい）を用いるので、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５の抵抗変化温度係数（ＴＣＲ）を等しく出来る。また抵抗値も同じであるため、抵抗値を合わせ込むためのパターニング工程が必要ない。

また固定抵抗素子４，５の上方には、固定抵抗素子４，５の素子部１２を平面視にて完全に覆うとともに、幅寸法Ｗ２より長さ寸法Ｌ２を長く形成した細長形状の第１軟磁性体２３を対向させることで、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２に流入する外部磁場を適切にシールドできる。また第１軟磁性体２３の透磁率は素子部１２の透磁率よりも大きい。このため、外部磁場のほとんどが第１軟磁性体２３側を流れ、素子部１２に流入する外部磁場を非常に小さくでき、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２での単位磁場あたりの抵抗変化率（ＭＲ比）を非常に小さくできる。図１に示す磁気センサ１が地磁気センサの場合、地磁気と機器内部で発生する漏洩磁場とを合わせた外部磁場は５〜１０Ｏｅ程度であり、このとき、固定抵抗素子４，５の単位磁場あたりの抵抗変化率（ＭＲ比）を０．２％以下に抑えることが可能になる。

なお、第１軟磁性体２３を素子部１２の下方に対向させて配置しても同様のシールド効果を得ることが出来る。その場合、磁気抵抗効果素子２，３においても同様に第２軟磁性体１８を素子部１２の下方に配置してもよい。また、第１軟磁性体２３を、素子部１２の上下双方に配置してもかまわない。

また、図１９に示す他の実施形態では、第１軟磁性体２３を一体化している。図１９に示す第１軟磁性体２３は、固定抵抗素子４，５を構成する全ての素子部１２の上方を覆う大きさで形成される。ただし図１８に示したのと同様に、図１９に示す第１軟磁性体２３の素子幅Ｗ１方向に向く幅寸法Ｗ２は、素子長さＬ１方向に向く長さ寸法Ｌ２より小さくなっている。第１軟磁性体２３における素子部１２からの延出部の長さ寸法は、Ｘ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向ともに２０μｍ以上であることが好ましい。

また固定抵抗素子４，５に関しては、図１８や図１９で説明した構成以外に、例えば図２０のように図１８の固定抵抗素子４，５を９０度回転させ、素子部１２及び第１軟磁性体２３の長手方向が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）を向く配置としてもよい。このときの固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は問わないが、素子長手方向であるＹ１方向とすれば、磁気抵抗効果素子２，３の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と一致し、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５の製造を容易化できる。

図１，図２に示すように本実施形態では、固定抵抗素子４，５は、磁気抵抗効果素子２，３に対して、感度軸方向と平行な縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に対向しない位置に配置されている。具体的には図１に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とが横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に略一列で配置されている。また図２に示す実施形態では、２個の固定抵抗素子４，５が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に略直列に配置されるとともに、２個の固定抵抗素子４，５を囲む固定抵抗素子形成領域８０と磁気抵抗効果素子２，３とが横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に対向して配置されている。

これにより、磁気抵抗効果素子２，３に作用する感度軸方向と平行な縦方向からの磁場が第１軟磁性体２３により増幅されるのを抑制できる。磁気センサ１が地磁気センサとして使用されるとき、携帯機器内で発する機器内部の漏洩磁場の量は地磁気量よりも大きくなりやすい。コンマ数Ｏｅ程度の地磁気に対して漏洩磁界は数Ｏｅ以上（５〜１０Ｏｅ程度）と想定される。そして本実施形態では、このような漏洩磁場が、感度軸方向から作用しても、上記したように増幅効果を抑制できるので、磁気抵抗効果素子２，３の磁気飽和を防止でき、磁気センサ１としての感度を適切に保つことができる。

また図１，図２に示す実施形態では、固定抵抗素子４，５と磁気抵抗効果素子２，３とが略横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）にて対向して配列されているので、限られた小さい領域内に磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５を、磁気抵抗効果素子２，３に作用する感度軸方向と平行な縦方向からの磁場が第１軟磁性体２３により増幅されるのを抑制した状態で、適切に配置できる。

次に、図２に示す実施形態では、図１に示す実施形態と異なって、固定抵抗素子４，５を縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に略直列に配置している。このような配置とすることで、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２に対する磁気シールド範囲を広くできる。

磁気シールド範囲を模式図で示したのが図２（ｂ）である。図２（ｂ）の左図には、図１のように固定抵抗素子４，５を横方向に配列したときの各固定抵抗素子４，５の固定抵抗素子形成領域８１を示し、図２（ｂ）の右図には、図２（ａ）の固定抵抗素子形成領域８０を示している。図２（ｂ）に示す斜線箇所が磁気シールド範囲である。すなわち図２（ｂ）に示すように、固定抵抗素子形成領域８０，８１の四隅付近は、外部磁場が比較的大きく磁気シールド効果が小さい箇所である。図２（ｂ）に示すように固定抵抗素子４，５を直列に配置して固定抵抗素子形成領域８０を大きくすることで、固定抵抗素子４と固定抵抗素子５との間付近（図２（ｂ）に示す点線領域付近）でも適切に磁気シールド効果が適切に発揮される。このため個々の固定抵抗素子４，５に対する磁気シールド範囲は、図２（ａ）のように固定抵抗素子４，５を縦方向に略直列に配置することで広くすることが可能になる。

以上説明した図１、図２に示す磁気センサ１は、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５の配置を特徴的構成とした基本形態であり、磁気抵抗効果素子２，３における第２軟磁性体１８の形成の有無や、固定抵抗素子４，５に設けられる第１軟磁性体２３の長手方向の向き等に左右されない。

上記のように、図１，図２に示す実施形態の磁気抵抗効果素子２，３の構成を図６以降で説明したが、磁気抵抗効果素子２，３では、感度軸と直交する横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からの磁場に対して感度を持たないようにできれば、その手段が第２軟磁性体１８を設けること以外の手段であってもよい。例えば永久磁石層を用いて、素子部１２に対して横方向からバイアス磁界を供給する手段がある。すでにそれを実践しているのが図１２、図１６、図１７である。図１２、図１６、図１７に示した実施形態においては、各素子部１２の形状異方性と永久磁石層の作用により、感度軸に直交する横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からの外部磁場に対する感度が十分に低いため、第２軟磁性体１８が形成されなくても十分に機能する。ただし、第２軟磁性体１８を形成することによってより横方向への感度を小さくすることができる構成となっている。また図６等の構成においても、第２軟磁性体１８を設けず、接続電極部１３や電極部１５を永久磁石層で形成することで、感度軸に直交する横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からの外部磁場に対する感度を低くできる。

また、図１、図２に示す磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５の配列順は特に限定されない。例えば図１では、配列の真ん中に固定抵抗素子４，５が、その両側に磁気抵抗効果素子２，３が配置されているが、配列の真ん中に磁気抵抗効果素子２，３が、その両側に固定抵抗素子４，５が配置される形態でもよいし、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とが交互に配列されてもよい。図２では、固定抵抗素子形成領域８０が真ん中に位置しているが、磁気抵抗効果素子２，３の外側の側方に配置されてもよい。

また磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の数は限定されない。図１，図２では図２３に示すブリッジ回路を構成すべく磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５を夫々２個ずつ設けたが、磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とが１個ずつでもよいし、磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子が２個より多くてもよい。

図３に示す実施形態は、図２に示す実施形態を改良した構成である。すなわち図３に示す実施形態では固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２のうち、素子幅方向（縦方向；Ｙ１−Ｙ２方向）の素子部１２の外側面１２ａよりもさらに外側に第１軟磁性体２５が設けられている。この結果、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２に対する磁気シールド効果をより効果的に発揮することが可能である。図３に示す斜線部分が比較的、外部磁場が大きい箇所である。図３に示すように第１軟磁性体２３のさらに両側に第１軟磁性体２５を設けることで、より効果的に素子部１２に大きな外部磁場が作用しないようにでき、固定抵抗化を効果的に促進できる。

図４、図５に示す実施形態は、図１、図２に示した実施形態と下記の点で異なる。
図４に示す実施形態には、各磁気抵抗効果素子２，３と各固定抵抗素子４，５との横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の間に、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５に非接触の第３軟磁性体７０が設けられている。第３軟磁性体７０の幅寸法はＷ５で幅寸法Ｗ５と直交する長さ寸法はＬ５である。第３軟磁性体７０の幅寸法Ｗ５は、２〜２０μｍ程度である。図４に示すように第３軟磁性体７０の長さ方向が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向くように第３軟磁性体７０が配置されている。また第３軟磁性体７０の長さ寸法Ｌ５は、第３軟磁性体７０の横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に位置する磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５の縦方向への全域に対向する長さ以上で形成される。すなわち磁気抵抗効果素子２，３の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の長さ寸法はＬ６で、固定抵抗素子４，５の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の長さ寸法はＬ７であるが、第３軟磁性体７０の長さ寸法Ｌ５は磁気抵抗効果素子２，３の長さ寸法Ｌ６以上であり且つ固定抵抗素子４，５の長さ寸法Ｌ７以上である。

図４に示す実施形態では、第３軟磁性体７０は磁気抵抗効果素子２，３の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の両端及び固定抵抗素子４，５の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の両端から縦方向に延出する延出部７０ａを有する。

また第３軟磁性体７０は、磁気抵抗効果素子２，３を構成する第２軟磁性体１８や固定抵抗素子４，５を構成する第１軟磁性体２３と同じ絶縁層１７上（図１（ｂ）参照）に形成される。

図５に示す実施形態では、各磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子形成領域８０との横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の間に、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５に非接触の第３軟磁性体７１が設けられている。第３軟磁性体７１の幅寸法はＷ８で幅寸法Ｗ８と直交する長さ寸法はＬ８である。第３軟磁性体７１の幅寸法Ｗ８は、２〜２０μｍ程度である。図２に示すように第３軟磁性体７１の長さ方向が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向くように第３軟磁性体７１が配置されている。また第３軟磁性体７１の長さ寸法Ｌ８は、第３軟磁性体７０の横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に位置する磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子形成領域８０の縦方向の全域に対向する長さ以上で形成される。すなわち磁気抵抗効果素子２，３の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の長さ寸法はＬ６（図２３も参照）で、固定抵抗素子形成領域８０の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の長さ寸法はＬ９であるが、第３軟磁性体７１の長さ寸法Ｌ８は磁気抵抗効果素子２，３の長さ寸法Ｌ６以上であり且つ固定抵抗素子形成領域８０の長さ寸法Ｌ９以上である。

図５に示す実施形態では、第３軟磁性体７１は磁気抵抗効果素子２，３の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の両端及び固定抵抗素子形成領域８０の縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の両端から縦方向に延出する延出部７１ａを有する。

また第３軟磁性体７１は、磁気抵抗効果素子２，３を構成する第２軟磁性体１８や固定抵抗素子４，５を構成する第１軟磁性体２３と同じ絶縁層１７上（図１（ｂ）参照）に形成される。

第３軟磁性体７０，７１は例えばスパッタやメッキにて薄膜形成される。第３軟磁性体７０，７１は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢやＣｏＺｒＮｂ等で形成される。

本実施形態では、図１、図２に示した実施形態と同様、磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２と、固定抵抗素子４，５を構成する素子部１２とに異なる積層構成のものを使用してよいが、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５に同じ素子部１２（積層順及び膜厚が等しい）を用いるので、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５の抵抗変化温度係数（ＴＣＲ）を等しく出来る。また抵抗値も同じであるため、抵抗値を合わせ込むためのパターニング工程が必要ない。また、第１軟磁性体２３と第２軟磁性体１８及び図１，図２に示す第３軟磁性体７０を同じ工程で形成できる。

図４，図５では、固定抵抗素子４，５と磁気抵抗効果素子２，３とが略横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）にて対向して配列されており、さらに固定抵抗素子４，５を構成する第１軟磁性体２３と、磁気抵抗効果素子２，３を構成する第２軟磁性体１８とが共に横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に長い形状で形成されている。

このような形態では、第１軟磁性体２３及び第２軟磁性体１８による横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からの外部磁場の増幅効果が大きくなり、磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５が本来、感度を持たない横方向からの外部磁場に対して感度を持つ、すなわち単位磁場あたりの抵抗変化率（ＭＲ比）が大きくなる可能性がある。このような横方向からの外部磁場の増大効果が大きい場合、これを抑制すべく、図４に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５との間に、図５に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子形成領域８０の間に、夫々、第３軟磁性体７０，７１を配置している。

図４，図５に示すように第３軟磁性体７０，７１は縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に長い形状で形成される。また第３軟磁性体７０，７１は、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に対向する磁気抵抗効果素子２，３及び固定抵抗素子４，５の双方の縦方向への全域に対向する長さ寸法以上で形成されている。

これにより、第３軟磁性体７０，７１には、第１軟磁性体２３及び第２軟磁性体１８と異なって、磁化容易軸方向が縦方向（Ｙ１−Ｙ２方向）となる形状異方性が付与される。この結果、横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）からの外部磁場の増幅効果を第３軟磁性体７０，７１にて抑制でき、横方向からの外部磁場に対する第１軟磁性体２３及び第２軟磁性体１８の磁気シールド効果の低減を抑制できる。

本実施形態における磁気センサ１は例えば、図２４に示す地磁気センサ（磁気センサモジュール）として使用される。Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、Ｚ軸磁場検知部５２では、いずれも図２３に示すブリッジ回路のセンサ部が設けられている。Ｘ軸磁場検知部５０では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＸ方向を向いており、また、Ｙ軸磁場検知部５１では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＹ方向を向いており、さらに、Ｚ軸磁場検知部５２では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＺ方向を向いている。

Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、Ｚ軸磁場検知部５２、及び集積回路（ＡＳＩＣ）５４はいずれも基台５３上に設けられる。Ｘ軸磁場検知部５０、及びＹ軸磁場検知部５１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はいずれもＸ−Ｙ平面であるが、Ｚ軸磁場検知部５２の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はＸ−Ｚ平面であり、Ｚ軸磁場検知部５２の磁気抵抗効果素子２，３の形成面は、Ｘ軸磁場検知部５０、及びＹ軸磁場検知部５１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面に対して直交した関係にある。

本実施形態では、Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、及びＺ軸磁場検知部５２のうち２以上の検知部を基台５３上に設けることができる。各検知部において、感度軸方向と直交する方向からの磁場を適切に磁気シールドできるとともに、各検知部の感度軸方向からの地磁気を適切に検知できる。

図２４の構成以外に、地磁気センサと加速度センサ等を組み合わせたモジュールとすることもできる。

図１（ａ）は第１実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図２（ａ）は第２実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の素子配置が優れていることを説明するための固定抵抗素子形成領域及び磁気シールド範囲の模式図、 図２の形態を改良した磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、 第３実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、 第４実施形態における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、 図６（ａ）は、磁気抵抗効果素子の平面図、図６（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図７（ａ）は、図６とは異なる磁気センサの磁気抵抗効果素子の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図８（ａ）は、図６及び図７とは異なる磁気センサの磁気抵抗効果素子の平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図６ないし図８とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、 図１０（ａ）は、図６ないし図９とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図６ないし図１０とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、 図６ないし図１１とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、 図６ないし図１２とは異なる磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、 図１３に示すＤ−Ｄ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、 好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、 図１６（ａ）は、図６ないし図１２とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図６ないし図１６とは異なる磁気抵抗効果素子の平面図、 図１８（ａ）は、固定抵抗素子の平面図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図１８とは異なる固定抵抗素子の平面図、 図１８及び図１９とは異なる固定抵抗素子の平面図、 磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、 磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、 本実施形態の磁気センサの回路図、 磁気センサモジュールの斜視図、 従来における磁気センサの磁気抵抗効果素子及び固定抵抗素子の平面図、

符号の説明

１ 磁気センサ
２、３ 磁気抵抗効果素子
４、５ 固定抵抗素子
６ ブリッジ回路
７ 入力端子
８ グランド端子
９ 差動増幅器
１０ 外部出力端子
１１ 集積回路
１２ 素子部
１３ 接続電極部
１４ 出力取出し部
１６ 基板
１７ 絶縁層
１８、２４ 第１軟磁性体
２３、２５ 第２軟磁性体
３３ 反強磁性層
３４ 固定磁性層
３６ フリー磁性層
３７ 保護層
５０ Ｘ軸磁場検知部
５１ Ｙ軸磁場検知部
５２ Ｚ軸磁場検知部
６０ 永久磁石層
６１ 素子連結体
６２ 接続層
６３ 凹部
６４ 低抵抗層
７０、７１ 第３軟磁性体
８０、８１ 固定抵抗素子形成領域
Ｌ１、Ｌ３ 素子長さ
Ｌ２ （第１軟磁性体の）長さ寸法
Ｌ４ （第２軟磁性体の）長さ寸法
Ｗ１、Ｗ３ 素子幅
Ｗ２ （第１軟磁性体の）幅寸法
Ｗ４ （第２軟磁性体の）幅寸法

Claims (15)

1. 磁気抵抗効果素子及び固定抵抗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、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層された外部磁場を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する素子部を備え、前記固定磁性層の固定磁化方向は感度軸方向であり、
   前記固定抵抗素子は、素子幅Ｗ１に比べて素子長さＬ１が長く形成された細長形状の素子部を備え、前記固定抵抗素子を構成する素子部は、前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性層を介して積層された前記フリー磁性層とを有しており、
   前記固定抵抗素子を構成する素子部と間隔を空けて前記素子部に対して磁気シールド効果を発揮する第１軟磁性体が積層配置されており、
   前記固定抵抗素子は、前記磁気抵抗効果素子に対して、前記感度軸方向と平行な縦方向に対向しない位置に配置されていることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記固定抵抗素子の少なくとも一部は、前記磁気抵抗効果素子に対して、前記縦方向に直交する横方向に対向して配置されている請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子が前記横方向に略一列に配置される請求項２記載の磁気センサ。
4. 複数の前記固定抵抗素子が前記縦方向に略直列に配置されている請求項１又は２記載の磁気センサ。
5. 複数の前記固定抵抗素子を囲む固定抵抗素子形成領域と、前記磁気抵抗効果素子とが前記縦方向に直交する横方向にて対向配置されている請求項４記載の磁気センサ。
6. 前記磁気抵抗効果素子には、前記磁気抵抗効果素子を構成する前記素子部と非接触であり前記感度軸方向と平行な縦方向に対して直交する横方向からの磁場に対して磁気シールド効果を発揮する第２軟磁性体が設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気センサ。
7. 前記磁気抵抗効果素子には、前記磁気抵抗効果素子を構成する前記素子部と非接触であり前記感度軸方向と平行な縦方向に対して直交する横方向からの磁場に対して磁気シールド効果を発揮する第２軟磁性体が設けられており、前記第２軟磁性体及び前記固定抵抗素子を構成する前記第１軟磁性体は共に、前記横方向に長い形状で形成されており、
   前記磁気抵抗効果素子と前記固定抵抗素子の間の領域に、前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子の双方に非接触の第３軟磁性体が配置され、前記第３軟磁性体は、前記縦方向に長い形状で形成されるとともに、前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子の縦方向への全域に対向する長さ寸法以上で形成されている請求項２，３又は５に記載の磁気センサ。
8. 前記磁気抵抗効果素子を構成する前記素子部は、前記縦方向に複数個、間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状にされており、各素子部の前記縦方向への両側方、真上、あるいは真下のいずれかに前記第２軟磁性体が前記各素子部と非接触で形成されている請求項６又は７に記載の磁気センサ。
9. 前記固定抵抗素子を構成する前記素子部は、複数個、素子幅方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状にされており、
   前記固定抵抗素子を構成する各素子部に対して個別に前記第１軟磁性体が配置されている請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気センサ。
10. 前記第１軟磁性体は、さらに、素子幅方向の両側に位置する前記素子部の外側面より外側にも配置されている請求項９記載の磁気センサ。
11. 前記固定抵抗素子を構成する前記素子部は、複数個、素子幅方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状にされており、
    一つの前記第１軟磁性体が、前記固定抵抗素子を構成する全ての前記素子部を覆う大きさで形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気センサ。
12. 前記第１軟磁性体は、前記素子幅Ｗ１と同方向への幅寸法Ｗ２が前記素子幅Ｗ１よりも大きく前記素子部の素子幅の両側から素子幅方向に延出する延出部を備えるとともに、前記素子長さＬ１と同方向への長さ寸法Ｌ２が前記素子長さＬ１よりも大きく前記素子部の素子長さ方向の両側から素子長さ方向に延出する延出部を備え、且つ前記長さ寸法Ｌ２が前記幅寸法Ｗ２よりも大きい請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気センサ。
13. 前記磁気抵抗効果素子及び前記固定抵抗素子を構成する各素子部の積層順及び膜厚が等しい請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気センサ。
14. 前記磁気抵抗効果素子を構成する素子部に対して、前記縦方向に直交する横方向からバイアス磁界を供給するための永久磁石層が設けられる請求項１ないし１３のいずれかに記載の磁気センサ。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気センサが配置されていることを特徴とする磁気センサモジュール。

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