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JP2015175620A - magnetic sensor - Google Patents

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JP2015175620A
JP2015175620A JP2014049899A JP2014049899A JP2015175620A JP 2015175620 A JP2015175620 A JP 2015175620A JP 2014049899 A JP2014049899 A JP 2014049899A JP 2014049899 A JP2014049899 A JP 2014049899A JP 2015175620 A JP2015175620 A JP 2015175620A
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JP
Japan
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effect element
magnetoresistive
bridge circuit
pinned
connection portion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014049899A
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Japanese (ja)
Inventor
文人 小池
Fumito Koike
文人 小池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor having improved detection accuracy.SOLUTION: A magnetic sensor includes a first bridge circuit BC1 and a second bridge circuit BC2 provided with self-pinned magneto-resistance effect elements. The first bridge circuit BC1 comprises a first magneto-resistance effect element M1 pinned in a first direction D1, a second magneto-resistance effect element M2 pinned in the first direction, a third magneto-resistance effect element M3 pinned in a second direction D2, and a fourth magneto-resistance effect element M4 pinned in the second direction D2. The second bridge circuit BC2 comprises a fifth magneto-resistance effect element M5 pinned in the second direction D2, a sixth magneto-resistance effect element M6 pinned in the first direction, a seventh magneto-resistance effect element M7 pinned in the first direction D1, and an eighth magneto-resistance effect element M8 pinned in the second direction D2. An output of the first bridge circuit BC1 is corrected by an output of the second bridge circuit BC2.

Description

本発明は、複数の磁気抵抗効果素子で構成されたブリッジ回路を有する磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor having a bridge circuit composed of a plurality of magnetoresistive elements.

近年、外部磁界を検出する磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、電流情報、位置情報、角度情報等が得られ、各種電子機器に搭載されるようになってきた。特に、角度情報を得るための磁気センサは、非接触で測定を行える利点から、回転センサや角度センサに好適に用いられている。そして、この磁気センサには、磁化方向がある方向にピン止めされた固定磁性層と磁化方向が外部磁界の方向に回転するフリー磁性層を備えた、所謂スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いる場合が多い。   In recent years, a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element that detects an external magnetic field can obtain current information, position information, angle information, and the like, and has been mounted on various electronic devices. In particular, a magnetic sensor for obtaining angle information is suitably used for a rotation sensor and an angle sensor because it can perform measurement without contact. This magnetic sensor uses a so-called spin-valve magnetoresistive element including a pinned magnetic layer pinned in a certain direction and a free magnetic layer whose magnetization direction rotates in the direction of an external magnetic field. There are many cases.

このような磁気センサの従来例1として、特許文献1では、図8に示すような複数の磁気抵抗効果素子(スピンバルブ素子)810を用いてブリッジ回路を構成した回転角度センサ800が提案されている。図8は、従来例1の回転角度センサ800を説明する図であって、図8(a)は、回転角度センサ800の斜視図であり、図8(b)は、スピンバルブ素子(磁気抵抗効果素子)810の膜構成を説明する斜視図である。   As conventional example 1 of such a magnetic sensor, Patent Document 1 proposes a rotation angle sensor 800 in which a bridge circuit is configured using a plurality of magnetoresistive elements (spin valve elements) 810 as shown in FIG. Yes. 8A and 8B are diagrams for explaining the rotation angle sensor 800 of the conventional example 1. FIG. 8A is a perspective view of the rotation angle sensor 800, and FIG. 8B is a spin valve element (magnetoresistance). It is a perspective view explaining the film | membrane structure of an effect element 810. FIG.

図8(a)に示す回転角度センサ800は、センサホルダー812上に、4つのスピンバルブ素子810と、これらのスピンバルブ素子810を電気的に接続してブリッジ回路とするための配線基板811と、から構成されている。また、スピンバルブ素子810は、図8(b)に示すように、ガラスあるいはシリコンの平板で構成した基板881上に、外部磁界に対して磁化が回転可能な強磁性膜である自由層(フリー磁性層)810aと、スペーサとなる非磁性層810bと、外部磁界によって磁化が動かない強磁性膜である固定層(固定磁性層)810cと、この固定層810cの磁化の向きを固定する反強磁性層810dと、反強磁性層810dを保護するCAP層810eを、を含んで構成されている。   A rotation angle sensor 800 shown in FIG. 8A includes four spin valve elements 810 on a sensor holder 812, and a wiring board 811 for electrically connecting these spin valve elements 810 to form a bridge circuit. , Is composed of. In addition, as shown in FIG. 8B, the spin valve element 810 has a free layer (free layer) that is a ferromagnetic film whose magnetization can rotate with respect to an external magnetic field on a substrate 881 formed of a glass or silicon flat plate. (Magnetic layer) 810a, a nonmagnetic layer 810b serving as a spacer, a fixed layer (fixed magnetic layer) 810c that is a ferromagnetic film whose magnetization does not move by an external magnetic field, and an anti-strength that fixes the magnetization direction of the fixed layer 810c The magnetic layer 810d includes a CAP layer 810e that protects the antiferromagnetic layer 810d.

このように構成された回転角度センサ800は、図8(a)に示すように、4つのスピンバルブ素子810をx−y平面に平行に配置させるとともに、隣り合うもの同士を90゜傾けるようにして、配線基板811上に配置している。更に、4つのスピンバルブ素子810は、固定層810cの磁化の向きが図8(a)に示す磁化の向きMDになるように、配設されている。そして、この回転角度センサ800は、4つのスピンバルブ素子810に回転外部磁界が加えられたとき、回転外部磁界の回転角θに応じた出力をブリッジ回路から得ることができ、回転外部磁界の発生源の回転角度を測定することができる。   As shown in FIG. 8A, the rotation angle sensor 800 configured as described above arranges four spin valve elements 810 in parallel to the xy plane and tilts adjacent ones by 90 °. And disposed on the wiring board 811. Further, the four spin valve elements 810 are arranged so that the magnetization direction of the fixed layer 810c is the magnetization direction MD shown in FIG. The rotation angle sensor 800 can obtain an output corresponding to the rotation angle θ of the rotating external magnetic field from the bridge circuit when a rotating external magnetic field is applied to the four spin valve elements 810, and generates a rotating external magnetic field. The rotation angle of the source can be measured.

しかしながら、磁化の向きMDに沿うように4つのスピンバルブ素子810をそれぞれ配線基板811上に実装するので、実装の際に複数の工程を要する上に、実装公差などにより所望する磁化の向きMDと実装されたスピンバルブ素子810の磁化の向きとにズレが生じてしまう。このため、ブリッジ回路からの出力の精度が低下するとともに、同一バッチで作製した磁気抵抗効果素子(スピンバルブ素子)810を利用しても、それぞれの磁気センサ(回転角度センサ)の特性にバラツキが生じるという課題があった。   However, since the four spin valve elements 810 are mounted on the wiring substrate 811 so as to follow the magnetization direction MD, a plurality of processes are required for mounting, and the desired magnetization direction MD and the like due to mounting tolerances and the like. A deviation occurs in the magnetization direction of the mounted spin valve element 810. For this reason, the accuracy of the output from the bridge circuit is reduced, and even if the magnetoresistive effect element (spin valve element) 810 manufactured in the same batch is used, the characteristics of each magnetic sensor (rotation angle sensor) are not uniform. There was a problem that occurred.

そこで、上述した課題を解決するために、同一基板上でありながら、磁化の向きが異なった磁気抵抗効果素子を複数作製できる、セルフピン止め型の磁気抵抗効果素子を用いる磁気センサの提案があった。このような磁気センサの従来例2として、特許文献2では、図9に示すような磁気センサが提案されている。図9は、従来例2の磁気センサを説明する図であって、図9(a)は、磁気センサを構成するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(SVGMR素子)をブリッジ接続した回路図であり、図9(b)は、磁気センサに用いられるSVGMR素子の膜の構成を示す断面図である。   Accordingly, in order to solve the above-described problems, there has been proposed a magnetic sensor using a self-pinned magnetoresistive effect element capable of producing a plurality of magnetoresistive effect elements having different magnetization directions on the same substrate. . As a conventional example 2 of such a magnetic sensor, Patent Document 2 proposes a magnetic sensor as shown in FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining the magnetic sensor of Conventional Example 2. FIG. 9A is a circuit diagram in which spin-valve giant magnetoresistive elements (SVGMR elements) constituting the magnetic sensor are bridge-connected. FIG. 9B is a cross-sectional view showing the structure of the film of the SVGMR element used in the magnetic sensor.

従来例2の磁気センサは、図9(a)に示すように、2つのブリッジ回路A1及びブリッジ回路B1を有しており、それぞれのブリッジ回路(A1、B1)には、それぞれ4つのSVGMR素子(Aa、Ab、Ac、Ad)及びSVGMR素子(Ba、Bb、Bc、Bd)が用いられている。そして、1つの基板910上に、8つのSVGMR素子が作製されて、図9(a)に示す磁化の向きMDになるように形成されている。   As shown in FIG. 9A, the magnetic sensor of Conventional Example 2 has two bridge circuits A1 and B1, and each bridge circuit (A1, B1) has four SVGMR elements. (Aa, Ab, Ac, Ad) and SVGMR elements (Ba, Bb, Bc, Bd) are used. Then, eight SVGMR elements are manufactured on one substrate 910 and formed so as to have the magnetization direction MD shown in FIG.

また、用いられたSVGMR素子は、図9(b)に示すように、基板910上に、下地膜911、第1の強磁性層922/反平行結合層923/第2の強磁性層924を積層した固定層(固定磁性層)912、非磁性の中間層(非磁性中間層)913、強磁性層941/強磁性層942を積層した自由層(フリー磁性層)914、保護層915の順で薄膜を堆積して形成されている。そして、第1の強磁性層922及び第2の強磁性層924の成膜時に磁界を印加することで、印加磁界の方向に固定層912の磁化の向きMDを合わせることができる。つまり、固定層912の磁化の向きMDが異なるSVGMR素子を、4回にわたって同一基板910上に作り込むことで、図9(a)に示す4つの磁化の向きMDをもった2つのブリッジ回路A1及びブリッジ回路B1を有した磁気センサを得ることができる。これにより、所望する磁化の向きMDと実際の磁化の向きとを合わせることができ、ブリッジ回路(A1、B1)からの出力の精度が向上するとともに、磁化の向きMDが同じ同一バッチで作製した磁気抵抗効果素子(セルフピン止め型)を利用するので、それぞれの磁気センサの特性バラツキが低減できる。   Further, as shown in FIG. 9B, the SVGMR element used has a base film 911, a first ferromagnetic layer 922 / an antiparallel coupling layer 923 / a second ferromagnetic layer 924 on a substrate 910. Laminated pinned layer (pinned magnetic layer) 912, nonmagnetic intermediate layer (nonmagnetic intermediate layer) 913, ferromagnetic layer 941 / ferromagnetic layer 942 laminated free layer (free magnetic layer) 914, protective layer 915 in this order It is formed by depositing a thin film. Then, by applying a magnetic field when the first ferromagnetic layer 922 and the second ferromagnetic layer 924 are formed, the magnetization direction MD of the fixed layer 912 can be matched with the direction of the applied magnetic field. That is, by forming SVGMR elements having different magnetization directions MD of the fixed layer 912 on the same substrate 910 four times, two bridge circuits A1 having four magnetization directions MD shown in FIG. 9A. And the magnetic sensor which has bridge circuit B1 can be obtained. As a result, the desired magnetization direction MD can be matched with the actual magnetization direction, the accuracy of output from the bridge circuit (A1, B1) is improved, and the same magnetization direction MD is produced in the same batch. Since the magnetoresistive effect element (self-pinning type) is used, the characteristic variation of each magnetic sensor can be reduced.

特開2001−159542号公報JP 2001-159542 A 特開2010−32484号公報JP 2010-32484 A

しかしながら、複数回(従来例2では4回)にわたって磁気抵抗効果素子(SVGMR素子)作製するので、それぞれの磁気抵抗効果素子(SVGMR素子)における温度特性が同じ傾向にならないことがある。このため、ブリッジ回路(A1、B1)からの出力における常温時の中点電位が、低温或いは高温時において、大きくドリフトしてしまうことがあった。この中点電位の温度変化によるドリフトはブリッジ回路(A1、B1)を形成するSVGMR素子の組み合わせにより一定でないため、所定の補正方法で補正することが難しく、磁気センサの検出精度を低下させるという課題があった。   However, since the magnetoresistive effect element (SVGMR element) is manufactured a plurality of times (4 times in the conventional example 2), the temperature characteristics of each magnetoresistive effect element (SVGMR element) may not be the same. For this reason, the midpoint potential at normal temperature in the output from the bridge circuit (A1, B1) may drift greatly at low or high temperatures. The drift due to the temperature change of the midpoint potential is not constant depending on the combination of the SVGMR elements forming the bridge circuit (A1, B1), so that it is difficult to correct by a predetermined correction method, and the detection accuracy of the magnetic sensor is reduced. was there.

本発明は、上述した課題を解決するもので、検出精度が向上した磁気センサを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a magnetic sensor with improved detection accuracy.

この課題を解決するために、本発明の磁気センサは、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磁気抵抗効果素子が複数個、備えられてブリッジ回路を構成している磁気センサにおいて、前記固定磁性層が、第1磁性層と第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、前記ブリッジ回路が、第1ブリッジ回路と、前記第1ブリッジ回路に対する温度補償を行うための第2ブリッジ回路と、を有し、前記第1ブリッジ回路が、第1方向にピン止めされた第1磁気抵抗効果素子と、前記第1方向にピン止めされた第2磁気抵抗効果素子と、第2方向にピン止めされた第3磁気抵抗効果素子と、前記第2方向にピン止めされた第4磁気抵抗効果素子と、からなり、前記第1磁気抵抗効果素子の一端と前記第4磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第1接続部が形成され、前記第2磁気抵抗効果素子の一端と前記第3磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第2接続部が形成され、前記第1磁気抵抗効果素子の他端と前記第3磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第3接続部が形成され、前記第4磁気抵抗効果素子の他端と前記第2磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第4接続部が形成されており、前記第1接続部と前記第2接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第3接続部と前記第4接続部から温度及び外部磁界の変化に対応した出力が行われ、前記第2ブリッジ回路が、前記第2方向にピン止めされた第5磁気抵抗効果素子と、前記第1方向にピン止めされた第6磁気抵抗効果素子と、前記第1方向にピン止めされた第7磁気抵抗効果素子と、前記第2方向にピン止めされた第8磁気抵抗効果素子と、からなり、前記第5磁気抵抗効果素子の一端と前記第8磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第5接続部が形成され、前記第6磁気抵抗効果素子の一端と前記第7磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第6接続部が形成され、前記第5磁気抵抗効果素子の他端と前記第7磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第7接続部が形成され、前記第8磁気抵抗効果素子の他端と前記第6磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第8接続部が形成されており、前記第5接続部と前記第6接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第7接続部及び前記第8接続部から温度変化にのみ対応する出力が行われ、前記第2ブリッジ回路の出力により前記第1ブリッジ回路の出力を補正することを特徴としている。   In order to solve this problem, the magnetic sensor of the present invention comprises a plurality of magnetoresistive elements in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer to form a bridge circuit. In the magnetic sensor, the pinned magnetic layer is formed by laminating a first magnetic layer and a second magnetic layer via a nonmagnetic intermediate layer, and the first magnetic layer and the second magnetic layer are magnetized in antiparallel. A fixed self-pinning type, wherein the bridge circuit comprises a first bridge circuit and a second bridge circuit for performing temperature compensation on the first bridge circuit, the first bridge circuit comprising: A first magnetoresistive element pinned in one direction; a second magnetoresistive element pinned in the first direction; a third magnetoresistive element pinned in a second direction; 4th magnet pinned in 2 directions A first connection portion is formed by connecting one end of the first magnetoresistive effect element and one end of the fourth magnetoresistive effect element, and one end of the second magnetoresistive effect element. A second connection portion is formed by connecting one end of the third magnetoresistive effect element, and a third end is formed by connecting the other end of the first magnetoresistive effect element and the other end of the third magnetoresistive effect element. A connecting portion is formed, a fourth connecting portion is formed by connecting the other end of the fourth magnetoresistive effect element and the other end of the second magnetoresistive effect element, and the first connecting portion and the first A predetermined potential is applied between the two connecting portions, and an output corresponding to changes in temperature and an external magnetic field is performed from the third connecting portion and the fourth connecting portion, and the second bridge circuit includes the second connecting circuit. A fifth magnetoresistive element pinned in the direction and a sixth magnet pinned in the first direction. And a seventh magnetoresistive effect element pinned in the first direction, and an eighth magnetoresistive effect element pinned in the second direction. A fifth connection portion is formed by connecting one end to one end of the eighth magnetoresistive effect element, and a sixth connection is formed by connecting one end of the sixth magnetoresistive effect element and one end of the seventh magnetoresistive effect element. A connecting portion is formed, and the other end of the eighth magnetoresistive effect element is formed by connecting the other end of the fifth magnetoresistive effect element to the other end of the seventh magnetoresistive effect element. And the other end of the sixth magnetoresistive element are connected to form an eighth connection portion, and a predetermined potential is applied between the fifth connection portion and the sixth connection portion to The output corresponding to only the temperature change is performed from the seventh connection portion and the eighth connection portion, and the second bridge. The output of the first bridge circuit is corrected by the output of the first circuit.

これによれば、本発明の磁気センサは、この第2ブリッジ回路の出力を用いて、温度変化とともに出力が変化する第1ブリッジ回路の出力を補正することで、温度変化による第1ブリッジ回路の出力の中点電位ドリフトを補正することができる。このことにより、磁気センサの検出精度を向上させることができる。   According to this, the magnetic sensor of the present invention uses the output of the second bridge circuit to correct the output of the first bridge circuit whose output changes with the temperature change, so that The midpoint potential drift of the output can be corrected. Thereby, the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.

また、本発明の磁気センサは、前記ブリッジ回路が、第3ブリッジ回路と、前記第3ブリッジ回路に対する温度補償を行うための第4ブリッジ回路と、を有し、前記第3ブリッジ回路が、第3方向にピン止めされた第9磁気抵抗効果素子と、前記第3方向にピン止めされた第10磁気抵抗効果素子と、第4方向にピン止めされた第11磁気抵抗効果素子と、前記第4方向にピン止めされた第12磁気抵抗効果素子と、からなり、前記第9磁気抵抗効果素子の一端と前記第12磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第9接続部が形成され、前記第10磁気抵抗効果素子の一端と前記第11磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第10接続部が形成され、前記第9磁気抵抗効果素子の他端と前記第11磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第11接続部が形成され、前記第12磁気抵抗効果素子の他端と前記第10磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第12接続部が形成されており、前記第9接続部と前記第10接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第11接続部と前記第12接続部から温度及び外部磁界の変化に対応した出力が行われ、前記第4ブリッジ回路が、前記第3方向にピン止めされた第13磁気抵抗効果素子と、前記第4方向にピン止めされた第14磁気抵抗効果素子と、前記第4方向にピン止めされた第15磁気抵抗効果素子と、前記第3方向にピン止めされた第16磁気抵抗効果素子と、からなり、前記第13磁気抵抗効果素子の一端と前記第16磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第13接続部が形成され、前記第14磁気抵抗効果素子の一端と前記第15磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第14接続部が形成され、前記第13磁気抵抗効果素子の他端と前記第15磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第15接続部が形成され、前記第16磁気抵抗効果素子の他端と前記第14磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第16接続部が形成されており、前記第13接続部と前記第14接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第15接続部及び前記第16接続部から温度変化にのみ対応する出力が行われ、前記第4ブリッジ回路の出力により前記第3ブリッジ回路の出力を補正することを特徴としている。   In the magnetic sensor of the present invention, the bridge circuit includes a third bridge circuit and a fourth bridge circuit for performing temperature compensation for the third bridge circuit, and the third bridge circuit includes A ninth magnetoresistance effect element pinned in three directions; a tenth magnetoresistance effect element pinned in the third direction; an eleventh magnetoresistance effect element pinned in the fourth direction; A ninth magnetoresistive element pinned in four directions, and a ninth connection portion is formed by connecting one end of the ninth magnetoresistive effect element and one end of the twelfth magnetoresistive effect element, A tenth connection portion is formed by connecting one end of the tenth magnetoresistance effect element and one end of the eleventh magnetoresistance effect element, and the other end of the ninth magnetoresistance effect element and the eleventh magnetoresistance effect element. 11 is connected to the other end of the A continuation portion is formed to connect the other end of the twelfth magnetoresistive effect element and the other end of the tenth magnetoresistive effect element to form a twelfth connection portion; A predetermined potential is applied between the ten connection parts, and an output corresponding to changes in temperature and an external magnetic field is performed from the eleventh connection part and the twelfth connection part, and the fourth bridge circuit is connected to the third connection part. A thirteenth magnetoresistance effect element pinned in the direction, a fourteenth magnetoresistance effect element pinned in the fourth direction, a fifteenth magnetoresistance effect element pinned in the fourth direction, and the first A thirteenth magnetoresistive effect element pinned in three directions, and connecting one end of the thirteenth magnetoresistive effect element and one end of the sixteenth magnetoresistive effect element to form a thirteenth connection portion; One end of the fourteenth magnetoresistance effect element and the first A fourteenth connection portion is formed by connecting one end of the magnetoresistive effect element, and a fifteenth connection portion is formed by connecting the other end of the thirteenth magnetoresistive effect element and the other end of the fifteenth magnetoresistive effect element. A sixteenth connection portion is formed by connecting the other end of the sixteenth magnetoresistance effect element and the other end of the fourteenth magnetoresistance effect element, and the thirteenth connection portion and the fourteenth connection portion. A predetermined potential is applied between the fifteenth connection portion and the sixteenth connection portion, and an output corresponding only to a temperature change is performed. The output of the third bridge circuit is output by the output of the fourth bridge circuit. It is characterized by correction.

これによれば、本発明の磁気センサは、この第4ブリッジ回路の出力を用いて、温度変化とともに出力が変化する第3ブリッジ回路の出力を補正することで、温度変化による第3ブリッジ回路の中点電位ドリフトを補正することができる。しかも、第1方向及び第2方向にピン止めされた第1ブリッジ回路とは違い、第3方向及び第4方向にピン止めされた第3ブリッジ回路を有しているので、第1ブリッジ回路がセンシングする軸方向とは違う軸方向のセンシングが行えるようになる。   According to this, the magnetic sensor of the present invention uses the output of the fourth bridge circuit to correct the output of the third bridge circuit whose output changes with the temperature change, so that the third bridge circuit due to the temperature change is corrected. The midpoint potential drift can be corrected. In addition, unlike the first bridge circuit pinned in the first direction and the second direction, the first bridge circuit has the third bridge circuit pinned in the third direction and the fourth direction. Sensing in an axial direction different from the axial direction to be sensed can be performed.

また、本発明の磁気センサは、前記磁気抵抗効果素子の全てが同一ウェハ上に形成されていることを特徴としている。   The magnetic sensor of the present invention is characterized in that all of the magnetoresistive effect elements are formed on the same wafer.

これによれば、本発明の磁気センサは、同じピン止め方向の磁気抵抗効果素子を同一タイミングで形成することができる。このため、ピン止め方向が同じ磁気抵抗効果素子のそれぞれの温度特性が全く同じものとなる。これにより、測定用の磁気抵抗効果素子と温度補償用の磁気抵抗効果素子が全く同じ温度特性とり、温度変化によるブリッジ回路の出力の中点電位ドリフトをより正確に補正することができる。このことにより、磁気センサの補正がより正確に行われ、磁気センサの測定精度をより向上させることができる。   According to this, the magnetic sensor of this invention can form the magnetoresistive effect element of the same pinning direction at the same timing. For this reason, the temperature characteristics of the magnetoresistive elements having the same pinning direction are exactly the same. Thereby, the magnetoresistive effect element for measurement and the magnetoresistive effect element for temperature compensation have exactly the same temperature characteristics, and the midpoint potential drift of the output of the bridge circuit due to temperature change can be more accurately corrected. Thereby, the correction of the magnetic sensor is performed more accurately, and the measurement accuracy of the magnetic sensor can be further improved.

本発明の磁気センサは、この第2ブリッジ回路の出力を用いて、温度変化とともに出力が変化する第1ブリッジ回路の出力を補正することで、温度変化による第1ブリッジ回路の出力の中点電位ドリフトを補正することができる。このことにより、磁気センサの検出精度を向上させることができる。   The magnetic sensor of the present invention uses the output of the second bridge circuit to correct the output of the first bridge circuit whose output changes with the temperature change, so that the midpoint potential of the output of the first bridge circuit due to the temperature change is corrected. The drift can be corrected. Thereby, the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.

本発明の第1実施形態の磁気センサを説明する図であって、磁気センサに用いられるチップ素子の上面構成図である。It is a figure explaining the magnetic sensor of 1st Embodiment of this invention, Comprising: It is a top surface block diagram of the chip element used for a magnetic sensor. 本発明の第1実施形態に係わる磁気センサの磁気抵抗効果素子を説明する断面構成図である。It is a section lineblock diagram explaining the magnetoresistive effect element of the magnetic sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係わる磁気センサのチップ素子を説明する図であって、図3(a)及び図3(b)は、図1に示す磁気抵抗効果素子のパターン例を示した図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating a chip element of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating a pattern example of the magnetoresistive effect element illustrated in FIG. It is. 本発明の第1実施形態に係わる磁気センサの磁気抵抗効果素子をブリッジ接続した回路図であって、図4(a)は、測定用のブリッジ回路であり、図4(b)は、温度補償用のブリッジ回路である。FIG. 4A is a circuit diagram in which magnetoresistive elements of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention are bridge-connected, FIG. 4A is a measurement bridge circuit, and FIG. 4B is temperature compensation. It is a bridge circuit for. 本発明の第1実施形態に係わる磁気センサの磁気抵抗効果素子の製造工程を説明する平面工程図である。It is a plane process drawing explaining the manufacturing process of the magnetoresistive effect element of the magnetic sensor concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の磁気センサにおける効果を説明するグラフである。It is a graph explaining the effect in the magnetic sensor of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係わる磁気センサの変形例1を説明する図であって、図7(a)は、測定用のブリッジ回路であり、図7(b)は、温度補償用のブリッジ回路である。FIGS. 7A and 7B illustrate a first modification of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 7A is a bridge circuit for measurement, and FIG. 7B is a bridge for temperature compensation. Circuit. 従来例1の回転角度センサ800を説明する図であって、図8(a)は、回転角度センサ800の斜視図であり、図8(b)は、スピンバルブ素子(磁気抵抗効果素子)810の膜構成を説明する斜視図である。FIG. 8A is a perspective view of the rotation angle sensor 800, and FIG. 8B is a spin valve element (magnetoresistance effect element) 810. FIG. It is a perspective view explaining the film | membrane structure of this. 従来例2の磁気センサを説明する図であって、図9(a)は、磁気センサを構成するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(SVGMR素子)をブリッジ接続した回路図であり、図9(b)は、磁気センサに用いられるSVGMR素子の膜の構成を示す断面図である。FIG. 9A is a circuit diagram for explaining a magnetic sensor of Conventional Example 2 and FIG. 9A is a circuit diagram in which spin valve type giant magnetoresistive elements (SVGMR elements) constituting the magnetic sensor are bridge-connected. b) is a cross-sectional view showing the structure of the film of the SVGMR element used in the magnetic sensor.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態の磁気センサを説明する図であって、磁気センサに用いられるチップ素子111の上面構成図である。図1には、それぞれの磁気抵抗効果素子Mの感度軸方向を示している。また、磁気抵抗効果素子Mの詳細なパターンは省略している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention, and is a top view of the chip element 111 used in the magnetic sensor. In FIG. 1, the sensitivity axis direction of each magnetoresistive effect element M is shown. Detailed patterns of the magnetoresistive effect element M are omitted.

本発明の第1実施形態の磁気センサは、図1に示すチップ素子111と、チップ素子111から信号を取り出すためのリード端子とが、電気的に接続されて、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングされている。より具体的には、図1に示すソース用パッドVdd、グランド用パッドGND、信号用パッドSc及び信号用パッドSsのそれぞれと、パッケージの外に引き出されたリード端子とが、パーケージ内でワイヤボンディングされて電気的に接続されている。   The magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention is packaged with a thermosetting synthetic resin in which the chip element 111 shown in FIG. 1 and a lead terminal for taking out a signal from the chip element 111 are electrically connected. Have been More specifically, each of the source pad Vdd, the ground pad GND, the signal pad Sc, and the signal pad Ss shown in FIG. 1 and a lead terminal drawn out of the package are wire-bonded in the package. Have been electrically connected.

また、磁気センサは、図1に示すように、1つのチップ素子111内に16個の磁気抵抗効果素子Mを備えており、それぞれの磁気抵抗効果素子Mが、配線パターンP1により、ソース用パッドVdd、グランド用パッドGND、信号用パッドSc及び信号用パッドSsと適宜接続されている。そして、1つのチップ素子111内に4つのブリッジ回路を構成している。なお、ブリッジ回路については、後で詳細に説明する。   Further, as shown in FIG. 1, the magnetic sensor includes 16 magnetoresistive elements M in one chip element 111, and each magnetoresistive element M is connected to a source pad by a wiring pattern P1. Vdd, ground pad GND, signal pad Sc, and signal pad Ss are appropriately connected. In addition, four bridge circuits are configured in one chip element 111. The bridge circuit will be described in detail later.

先ず、磁気抵抗効果素子Mについて説明する。図2は、本発明の第1実施形態の磁気センサに係わる磁気抵抗効果素子Mの層構成を説明する断面構成図である。図3(a)及び図3(b)は、図1に示す磁気抵抗効果素子Mのパターン例を示した図である。   First, the magnetoresistive element M will be described. FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a layer configuration of the magnetoresistive element M according to the magnetic sensor of the first embodiment of the present invention. FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams showing pattern examples of the magnetoresistive effect element M shown in FIG.

磁気抵抗効果素子Mは、図2に示すように、シリコン等の基板19上に、NiFeCr或いはCr等で形成されシード層S8を介して、磁化方向がある方向にピン止めされた固定磁性層2、非磁性材料層3、磁化方向が外部磁界の方向に回転するフリー磁性層4、保護層H7の順に積層されて成膜される。磁気抵抗効果素子Mを構成する各層は、例えばスパッタにて成膜される。   As shown in FIG. 2, the magnetoresistive effect element M is formed on a substrate 19 made of silicon or the like, and is formed of NiFeCr or Cr, and is pinned in a certain direction through a seed layer S8. The nonmagnetic material layer 3, the free magnetic layer 4 whose magnetization direction rotates in the direction of the external magnetic field, and the protective layer H7 are stacked in this order. Each layer constituting the magnetoresistive element M is formed by sputtering, for example.

また、磁気抵抗効果素子Mは、例えば図3(a)に示すように、X方向に帯状に長く延びる複数の素子部MaがY方向に間隔を空けてパターニングされている。そして、各素子部MaのY1側端部間、及びY2側端部間が導電部Mcにより接続されてミアンダ形状のパターンになっている。また、磁気抵抗効果素子Mは、例えば図3(b)に示すように、Y方向に帯状に長く延びる複数の素子部MaがX方向に間隔を空けてパターニングされており、導電部Mcにより接続されてミアンダ形状のパターンになっている。なお、導電部Mcは非磁性、磁性の別を問わないが、電気抵抗の低いことが好適である。   Further, in the magnetoresistive element M, for example, as shown in FIG. 3A, a plurality of element portions Ma extending in a strip shape in the X direction are patterned with an interval in the Y direction. And between the Y1 side edge part of each element part Ma and between Y2 side edge part is connected by the electroconductive part Mc, it is a meander-shaped pattern. In the magnetoresistive element M, for example, as shown in FIG. 3B, a plurality of element parts Ma extending in a strip shape in the Y direction are patterned at intervals in the X direction, and are connected by the conductive part Mc. It has become a meander-shaped pattern. The conductive portion Mc may be non-magnetic or magnetic, but preferably has a low electrical resistance.

磁気抵抗効果素子Mの固定磁性層2は、図2に示すように、第1磁性層12と第2磁性層22とが非磁性中間層42を介して積層されたSFP(Synthetic Ferri Pin)構造である。この第1磁性層12の固定磁化方向(図2に示す矢印)と第2磁性層22の固定磁化方向(図2に示す矢印)とは、反平行に磁化固定されている。このSFP構造により、所謂セルフピン止め型の磁気抵抗効果素子Mになっている。   As shown in FIG. 2, the pinned magnetic layer 2 of the magnetoresistive element M has an SFP (Synthetic Ferri Pin) structure in which a first magnetic layer 12 and a second magnetic layer 22 are stacked with a nonmagnetic intermediate layer 42 interposed therebetween. It is. The fixed magnetization direction (arrow shown in FIG. 2) of the first magnetic layer 12 and the fixed magnetization direction (arrow shown in FIG. 2) of the second magnetic layer 22 are magnetization-fixed antiparallel. This SFP structure results in a so-called self-pinned magnetoresistive element M.

磁気抵抗効果素子Mの非磁性材料層3は、Cu(銅)などの非磁性導電材料が用いられる。また、フリー磁性層4は、NiFe、CoFe、CoFeNiなどの軟磁性材料が用いられ、それら単層構造、或いは積層構造で構成される。また、保護層H7は、Ta(タンタル)などが用いられる。   The nonmagnetic material layer 3 of the magnetoresistive effect element M is made of a nonmagnetic conductive material such as Cu (copper). The free magnetic layer 4 is made of a soft magnetic material such as NiFe, CoFe, or CoFeNi, and has a single layer structure or a laminated structure. Further, Ta (tantalum) or the like is used for the protective layer H7.

以上のように構成された磁気抵抗効果素子Mでは、固定磁性層2を図2に示したセルフピン止め構造により形成することで、磁場中でのアニール処理が不必要になり、成膜時に磁界をかけることにより、感度軸方向を任意の方向に揃えることができる。このため、複数回の成膜を行うことで、同一の基板19上に感度軸方向が異なる複数の磁気抵抗効果素子Mを形成することが可能になる。このセルフピン止め構造は、一旦、磁化固定してしまえば、第1磁性層12と第2磁性層22間に生じる強いRKKY(Rudermann、Kittel、Kasuya、Yoshida)相互作用により、次の磁気抵抗効果素子Mの固定磁性層2に対する磁場中成膜によっても、既に成膜された固定磁性層2の磁化固定方向が揺らぐことは無い。   In the magnetoresistive effect element M configured as described above, the pinned magnetic layer 2 is formed by the self-pinning structure shown in FIG. By applying, the sensitivity axis direction can be aligned in an arbitrary direction. For this reason, it is possible to form a plurality of magnetoresistive elements M having different sensitivity axis directions on the same substrate 19 by performing the film formation a plurality of times. This self-pinned structure, once fixed in magnetization, has the following magnetoresistive effect element due to strong RKKY (Rudermann, Kittel, Kasuya, Yoshida) interaction generated between the first magnetic layer 12 and the second magnetic layer 22. Even when the M pinned magnetic layer 2 is formed in a magnetic field, the magnetization pinned direction of the pinned magnetic layer 2 already formed does not fluctuate.

次に、ブリッジ回路について説明する。図4は、本発明の第1実施形態の磁気センサに係わる磁気抵抗効果素子Mをブリッジ接続した回路図であって、図4(a)は、測定用のブリッジ回路であり、図4(b)は、温度補償用のブリッジ回路である。図4には、それぞれの磁気抵抗効果素子Mの感度軸方向を示している。なお、感度軸方向は、固定磁性層2(第2磁性層22)の磁化方向と一致している。   Next, the bridge circuit will be described. 4 is a circuit diagram in which the magnetoresistive effect element M related to the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention is bridge-connected, and FIG. 4A is a measurement bridge circuit, and FIG. ) Is a bridge circuit for temperature compensation. FIG. 4 shows the sensitivity axis direction of each magnetoresistive element M. The sensitivity axis direction coincides with the magnetization direction of the pinned magnetic layer 2 (second magnetic layer 22).

本発明の第1実施形態の4つのブリッジ回路は、4つの磁気抵抗効果素子Mを用いた第1ブリッジ回路BC1と、4つの磁気抵抗効果素子Mを用いた第2ブリッジ回路BC2と、4つの磁気抵抗効果素子Mを用いた第3ブリッジ回路BC3と、4つの磁気抵抗効果素子Mを用いた第4ブリッジ回路BC4と、を有して構成されている。   The four bridge circuits of the first embodiment of the present invention include a first bridge circuit BC1 using four magnetoresistive elements M, a second bridge circuit BC2 using four magnetoresistive elements M, The third bridge circuit BC3 using the magnetoresistive effect element M and the fourth bridge circuit BC4 using the four magnetoresistive effect elements M are configured.

先ず、第1ブリッジ回路BC1は、図4(a)に示すように、第1方向D1(図1に示すY1方向)にピン止めされた第1磁気抵抗効果素子M1と、第1方向D1にピン止めされた第2磁気抵抗効果素子M2と、第2方向D2(図1に示すY2方向)にピン止めされた第3磁気抵抗効果素子M3と、第2方向D2にピン止めされた第4磁気抵抗効果素子M4と、から構成されている。つまり、図1に示すように、第1磁気抵抗効果素子M1及び第2磁気抵抗効果素子M2の感度軸方向(第1方向D1)と、第3磁気抵抗効果素子M3及び第4磁気抵抗効果素子M4の感度軸方向(第2方向D2)とは、反平行に配設されている。この4つの磁気抵抗効果素子Mは、図3(a)に示すパターンを用いている。   First, as shown in FIG. 4A, the first bridge circuit BC1 includes a first magnetoresistive element M1 pinned in the first direction D1 (Y1 direction shown in FIG. 1), and a first direction D1. The second magnetoresistive element M2 pinned, the third magnetoresistive element M3 pinned in the second direction D2 (Y2 direction shown in FIG. 1), and the fourth pinned in the second direction D2. And a magnetoresistive element M4. That is, as shown in FIG. 1, the sensitivity axis direction (first direction D1) of the first magnetoresistive effect element M1 and the second magnetoresistive effect element M2, and the third magnetoresistive effect element M3 and the fourth magnetoresistive effect element. It is arranged antiparallel to the sensitivity axis direction (second direction D2) of M4. The four magnetoresistive elements M use the pattern shown in FIG.

また、図4(a)に示すように、第1磁気抵抗効果素子M1の一端と第4磁気抵抗効果素子M4の一端とを接続して第1接続部CN1が形成され、第2磁気抵抗効果素子M2の一端と第3磁気抵抗効果素子M3の一端とを接続して第2接続部CN2が形成され、第1磁気抵抗効果素子M1の他端と第3磁気抵抗効果素子M3の他端とを接続して第3接続部CN3が形成され、第4磁気抵抗効果素子M4の他端と第2磁気抵抗効果素子M2の他端とを接続して第4接続部CN4が形成されている。   Further, as shown in FIG. 4A, a first connection portion CN1 is formed by connecting one end of the first magnetoresistive effect element M1 and one end of the fourth magnetoresistive effect element M4, and the second magnetoresistive effect. A second connection portion CN2 is formed by connecting one end of the element M2 and one end of the third magnetoresistive effect element M3, and the other end of the first magnetoresistive effect element M1 and the other end of the third magnetoresistive effect element M3. Is connected to form the third connection portion CN3, and the other end of the fourth magnetoresistance effect element M4 and the other end of the second magnetoresistance effect element M2 are connected to form the fourth connection portion CN4.

そして、第1ブリッジ回路BC1では、第1接続部CN1と第2接続部CN2の間に所定の電位が印加されて、第3接続部CN3と第4接続部CN4から温度及び外部磁界の変化に対応した出力が行われるように構成されている。   In the first bridge circuit BC1, a predetermined potential is applied between the first connection part CN1 and the second connection part CN2, and the temperature and the external magnetic field are changed from the third connection part CN3 and the fourth connection part CN4. Corresponding output is performed.

このような第1ブリッジ回路BC1を有した磁気センサに対して、例えば外部磁界が図1に示すX1方向に作用したとすると、外部磁界が各感度軸方向(第1方向D1及び第2方向D2)に対して直交する方向から作用するため、磁気抵抗効果素子M(M1、M2、M3、M4)の電気抵抗値は等しくなり、図4(a)に示す第3接続部CN3及び第4接続部CN4の中点電位は変動しない(センサ出力はゼロである)。   For example, if an external magnetic field acts on the magnetic sensor having the first bridge circuit BC1 in the X1 direction shown in FIG. 1, the external magnetic field is applied to each sensitivity axis direction (first direction D1 and second direction D2). ) Acts from a direction orthogonal to the magnetoresistive effect element M (M1, M2, M3, M4), and the third resistance CN3 and the fourth connection shown in FIG. The midpoint potential of the part CN4 does not change (the sensor output is zero).

また、例えば外部磁界が回転して、図1に示すY1方向に作用したとすると、第1磁気抵抗効果素子M1及び第2磁気抵抗効果素子M2の感度軸方向(第1方向D1)と外部磁界の方向とが一致するため、電気抵抗値は小さくなり、一方、第3磁気抵抗効果素子M3及び第4磁気抵抗効果素子M4では、感度軸方向(第2方向D2)と外部磁界の方向とが反対方向であるため、電気抵抗値は大きくなる。このため、第3接続部CN3及び第4接続部CN4の中点電位がそれぞれ逆符号で変動することとなり、この変動の差分値が磁気センサの出力値として出力されるようになる。この差分値は、外部磁界の方向の向きに伴い変動し、外部磁界の方向に対応した値が得られるようになる。   For example, if the external magnetic field rotates and acts in the Y1 direction shown in FIG. 1, the sensitivity axis direction (first direction D1) of the first magnetoresistive element M1 and the second magnetoresistive element M2 and the external magnetic field Therefore, in the third magnetoresistive effect element M3 and the fourth magnetoresistive effect element M4, the sensitivity axis direction (second direction D2) and the direction of the external magnetic field are different from each other. Since it is the opposite direction, an electrical resistance value becomes large. For this reason, the midpoint potential of the third connection part CN3 and the fourth connection part CN4 fluctuates with opposite signs, and the difference value of this fluctuation is output as the output value of the magnetic sensor. This difference value varies with the direction of the external magnetic field, and a value corresponding to the direction of the external magnetic field can be obtained.

次に、第2ブリッジ回路BC2は、図1及び図4(b)に示すように、第2方向D2にピン止めされた第5磁気抵抗効果素子M5と、第1方向D1にピン止めされた第6磁気抵抗効果素子M6と、第1方向D1にピン止めされた第7磁気抵抗効果素子M7と、第2方向D2にピン止めされた第8磁気抵抗効果素子M8と、から構成されている。つまり、図1に示すように、第6磁気抵抗効果素子M6及び第7磁気抵抗効果素子M7の感度軸方向(第1方向D1)と、第5磁気抵抗効果素子M5及び第8磁気抵抗効果素子M8の感度軸方向(第2方向D2)とは、反平行に配設されている。この4つの磁気抵抗効果素子Mも、図3(a)に示すパターンを用いている。   Next, as shown in FIG. 1 and FIG. 4B, the second bridge circuit BC2 is pinned in the first direction D1 with the fifth magnetoresistive element M5 pinned in the second direction D2. The sixth magnetoresistance effect element M6, the seventh magnetoresistance effect element M7 pinned in the first direction D1, and the eighth magnetoresistance effect element M8 pinned in the second direction D2. . That is, as shown in FIG. 1, the sensitivity axis direction (first direction D1) of the sixth magnetoresistive effect element M6 and the seventh magnetoresistive effect element M7, and the fifth magnetoresistive effect element M5 and the eighth magnetoresistive effect element. It is arranged antiparallel to the sensitivity axis direction of M8 (second direction D2). The four magnetoresistive elements M also use the pattern shown in FIG.

また、図4(b)に示すように、第5磁気抵抗効果素子M5の一端と第8磁気抵抗効果素子M8の一端とを接続して第5接続部CN5が形成され、第6磁気抵抗効果素子M6の一端と第7磁気抵抗効果素子M7の一端とを接続して第6接続部CN6が形成され、第5磁気抵抗効果素子M5の他端と第7磁気抵抗効果素子M7の他端とを接続して第7接続部CN7が形成され、第8磁気抵抗効果素子M8の他端と第6磁気抵抗効果素子M6の他端とを接続して第8接続部CN8が形成されている。   Further, as shown in FIG. 4B, a fifth connection portion CN5 is formed by connecting one end of the fifth magnetoresistive element M5 and one end of the eighth magnetoresistive element M8, and the sixth magnetoresistive effect. A sixth connection portion CN6 is formed by connecting one end of the element M6 and one end of the seventh magnetoresistive effect element M7, and the other end of the fifth magnetoresistive effect element M5 and the other end of the seventh magnetoresistive effect element M7. Is connected to form the seventh connection portion CN7, and the other end of the eighth magnetoresistance effect element M8 and the other end of the sixth magnetoresistance effect element M6 are connected to form an eighth connection portion CN8.

そして、第2ブリッジ回路BC2では、第5接続部CN5と第6接続部CN6の間に所定の電位が印加されて、第7接続部CN7及び第8接続部CN8から温度変化にのみ対応する出力が行われるように構成されている。   In the second bridge circuit BC2, a predetermined potential is applied between the fifth connection portion CN5 and the sixth connection portion CN6, and an output corresponding only to a temperature change from the seventh connection portion CN7 and the eighth connection portion CN8. Is configured to be performed.

このような第2ブリッジ回路BC2を有した磁気センサに対して、例えば外部磁界が図1に示すX1方向に作用したとすると、外部磁界が各感度軸方向(第1方向D1及び第2方向D2)に対して直交する方向から作用するため、磁気抵抗効果素子M(M5、M6、M7、M8)の電気抵抗値は等しくなり、図4(b)に示す第7接続部CN7及び第8接続部CN8の中点電位は変動しない(センサ出力はゼロである)。   For example, if an external magnetic field acts on the magnetic sensor having the second bridge circuit BC2 in the X1 direction shown in FIG. 1, the external magnetic field is applied to each sensitivity axis direction (first direction D1 and second direction D2). ) From the direction orthogonal to the magnetoresistive effect element M (M5, M6, M7, M8), the electric resistance values are equal, and the seventh connection portion CN7 and the eighth connection shown in FIG. The midpoint potential of the part CN8 does not change (the sensor output is zero).

また、例えば外部磁界が回転して、図1に示すY1方向に作用したとすると、第6磁気抵抗効果素子M6及び第7磁気抵抗効果素子M7の感度軸方向(第1方向D1)と外部磁界の方向とが一致するため、電気抵抗値は小さくなり、一方、第5磁気抵抗効果素子M5及び第8磁気抵抗効果素子M8では、感度軸方向(第2方向D2)と外部磁界の方向とが反対方向であるため、電気抵抗値は大きくなる。しかしながら、第2ブリッジ回路BC2では、第7接続部CN7及び第8接続部CN8で振り分けられた磁気抵抗効果素子Mにおける、電気抵抗値の変動が同じ変動量なので、第7接続部CN7及び第8接続部CN8の中点電位は変動するが、第7接続部CN7及び第8接続部CN8の差分値は出力されない(センサ出力はゼロである)。このように、第2ブリッジ回路BC2は、外部磁界の方向の向きに影響を受けない構成となっている。   For example, if the external magnetic field rotates and acts in the Y1 direction shown in FIG. 1, the sensitivity axis direction (first direction D1) of the sixth magnetoresistive element M6 and the seventh magnetoresistive element M7 and the external magnetic field Therefore, in the fifth magnetoresistive effect element M5 and the eighth magnetoresistive effect element M8, the sensitivity axis direction (second direction D2) and the direction of the external magnetic field are different from each other. Since it is the opposite direction, an electrical resistance value becomes large. However, in the second bridge circuit BC2, since the variation of the electrical resistance value in the magnetoresistive effect element M distributed by the seventh connection unit CN7 and the eighth connection unit CN8 is the same amount of variation, the seventh connection unit CN7 and the eighth connection unit CN8. Although the midpoint potential of the connection portion CN8 varies, the difference value between the seventh connection portion CN7 and the eighth connection portion CN8 is not output (the sensor output is zero). Thus, the second bridge circuit BC2 is configured not to be affected by the direction of the external magnetic field.

一方、磁気抵抗効果素子Mは、温度によってもその抵抗値が変動するので、それぞれの磁気抵抗効果素子Mにおける僅かな温度特性の違いにより、低温時及び高温時においては、第7接続部CN7及び第8接続部CN8の中点電位が変動し、この変動の差分値が磁気センサの出力値として出力されるようになる。なお、第1ブリッジ回路BC1においても同様に、低温時及び高温時における出力値が変動している。   On the other hand, since the resistance value of the magnetoresistive effect element M varies depending on the temperature, the seventh connection portion CN7 and the magnetoresistive effect element M at the low temperature and the high temperature are different due to a slight temperature characteristic difference between the magnetoresistive effect elements M. The midpoint potential of the eighth connection CN8 varies, and the difference value of the variation is output as the output value of the magnetic sensor. Similarly, in the first bridge circuit BC1, the output value at the low temperature and at the high temperature fluctuates.

これにより、この第2ブリッジ回路BC2の出力を用いて、温度変化とともに出力が変化する第1ブリッジ回路BC1の出力を補正することで、温度変化による第1ブリッジ回路BC1の出力の中点電位ドリフトを補正することができる。このことにより、磁気センサの検出精度を向上させることができる。   Accordingly, the output of the first bridge circuit BC1 whose output changes with a change in temperature is corrected using the output of the second bridge circuit BC2, so that the midpoint potential drift of the output of the first bridge circuit BC1 due to the temperature change is corrected. Can be corrected. Thereby, the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.

また、本発明の第1実施形態の磁気センサは、上述した第1ブリッジ回路BC1及び第2ブリッジ回路BC2の組合せのように、更に第3ブリッジ回路BC3と第3ブリッジ回路BC3に対する温度補償を行うための第4ブリッジ回路BC4と、を有している。   Further, the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention further performs temperature compensation for the third bridge circuit BC3 and the third bridge circuit BC3 as in the combination of the first bridge circuit BC1 and the second bridge circuit BC2 described above. A fourth bridge circuit BC4.

先ず、第3ブリッジ回路BC3は、第3方向D3(図1に示すX1方向)にピン止めされた第9磁気抵抗効果素子M9と、第3方向D3にピン止めされた第10磁気抵抗効果素子M10と、第4方向D4(図1に示すX2方向)にピン止めされた第11磁気抵抗効果素子M11と、第4方向D4にピン止めされた第12磁気抵抗効果素子M12と、から構成されている。つまり、図1に示すように、第9磁気抵抗効果素子M9及び第10磁気抵抗効果素子M10の感度軸方向(第3方向D3)と、第11磁気抵抗効果素子M11及び第12磁気抵抗効果素子M12の感度軸方向(第4方向D4)とは、反平行に配設されている。この4つの磁気抵抗効果素子Mも、図3(a)に示すパターンを用いている。この4つの磁気抵抗効果素子Mは、図3(b)に示すパターンを用いている。   First, the third bridge circuit BC3 includes a ninth magnetoresistive element M9 pinned in the third direction D3 (X1 direction shown in FIG. 1) and a tenth magnetoresistive element pinned in the third direction D3. M10, an eleventh magnetoresistive element M11 pinned in the fourth direction D4 (X2 direction shown in FIG. 1), and a twelfth magnetoresistive element M12 pinned in the fourth direction D4. ing. That is, as shown in FIG. 1, the sensitivity axis direction (third direction D3) of the ninth magnetoresistance effect element M9 and the tenth magnetoresistance effect element M10, and the eleventh magnetoresistance effect element M11 and the twelfth magnetoresistance effect element. It is arranged antiparallel to the sensitivity axis direction of M12 (fourth direction D4). The four magnetoresistive elements M also use the pattern shown in FIG. These four magnetoresistive elements M use the pattern shown in FIG.

また、図4(a)に示すように、第9磁気抵抗効果素子M9の一端と第12磁気抵抗効果素子M12の一端とを接続して第9接続部CN9が形成され、第10磁気抵抗効果素子M10の一端と第11磁気抵抗効果素子M11の一端とを接続して第10接続部CN10が形成され、第9磁気抵抗効果素子M9の他端と第11磁気抵抗効果素子M11の他端とを接続して第11接続部CN11が形成され、第12磁気抵抗効果素子M12の他端と第10磁気抵抗効果素子M10の他端とを接続して第12接続部CN12が形成されている。   Further, as shown in FIG. 4A, a ninth connection portion CN9 is formed by connecting one end of the ninth magnetoresistance effect element M9 and one end of the twelfth magnetoresistance effect element M12, and the tenth magnetoresistance effect is formed. A tenth connection portion CN10 is formed by connecting one end of the element M10 and one end of the eleventh magnetoresistive element M11, and the other end of the ninth magnetoresistive element M9 and the other end of the eleventh magnetoresistive element M11. Is connected to form the eleventh connection portion CN11, and the other end of the twelfth magnetoresistance effect element M12 and the other end of the tenth magnetoresistance effect element M10 are connected to form a twelfth connection portion CN12.

そして、第9接続部CN9と第10接続部CN10の間に所定の電位が印加されて、第11接続部CN11と第12接続部CN12から温度及び外部磁界の変化に対応した出力が行われるように構成されている。そして、第3ブリッジ回路BC3の出力値は、第1ブリッジ回路BC1に対して、位相がずれた出力値となっている。   Then, a predetermined potential is applied between the ninth connection portion CN9 and the tenth connection portion CN10, and an output corresponding to changes in temperature and external magnetic field is performed from the eleventh connection portion CN11 and the twelfth connection portion CN12. It is configured. The output value of the third bridge circuit BC3 is an output value out of phase with respect to the first bridge circuit BC1.

この第3ブリッジ回路BC3は、第1ブリッジ回路BC1と同様に、第11接続部CN11と第12接続部CN12からの出力値の差分が、外部磁界の方向の向きに伴い変動し、外部磁界の方向に対応した値が得られるようになっている。   In the third bridge circuit BC3, similarly to the first bridge circuit BC1, the difference between the output values from the eleventh connection part CN11 and the twelfth connection part CN12 varies with the direction of the external magnetic field, and the external magnetic field A value corresponding to the direction can be obtained.

最後に、第4ブリッジ回路BC4は、図1及び図4(b)に示すように、第3方向D3にピン止めされた第13磁気抵抗効果素子M13と、第4方向D4にピン止めされた第14磁気抵抗効果素子M14と、第4方向D4にピン止めされた第15磁気抵抗効果素子M15と、第3方向D3にピン止めされた第16磁気抵抗効果素子M16と、から構成されている。つまり、図1に示すように、第13磁気抵抗効果素子M13及び第16磁気抵抗効果素子M16の感度軸方向(第3方向D3)と、第14磁気抵抗効果素子M14及び第15磁気抵抗効果素子M15の感度軸方向(第4方向D4)とは、反平行に配設されている。この4つの磁気抵抗効果素子Mは、図3(b)に示すパターンを用いている。   Finally, the fourth bridge circuit BC4 is pinned in the fourth direction D4 and the thirteenth magnetoresistive element M13 pinned in the third direction D3, as shown in FIGS. 1 and 4B. The fourteenth magnetoresistance effect element M14, the fifteenth magnetoresistance effect element M15 pinned in the fourth direction D4, and the sixteenth magnetoresistance effect element M16 pinned in the third direction D3. . That is, as shown in FIG. 1, the sensitivity axis direction (third direction D3) of the thirteenth magnetoresistive element M13 and the sixteenth magnetoresistive element M16, the fourteenth magnetoresistive element M14, and the fifteenth magnetoresistive element It is arranged antiparallel to the sensitivity axis direction (fourth direction D4) of M15. These four magnetoresistive elements M use the pattern shown in FIG.

また、図4(b)に示すように、第13磁気抵抗効果素子M13の一端と第16磁気抵抗効果素子M16の一端とを接続して第13接続部CN13が形成され、第14磁気抵抗効果素子M14の一端と第15磁気抵抗効果素子M15の一端とを接続して第14接続部CN14が形成され、第13磁気抵抗効果素子M13の他端と第15磁気抵抗効果素子M15の他端とを接続して第15接続部CN15が形成され、第16磁気抵抗効果素子M16の他端と第14磁気抵抗効果素子M14の他端とを接続して第16接続部CN16が形成されている。   4B, one end of the thirteenth magnetoresistive effect element M13 and one end of the sixteenth magnetoresistive effect element M16 are connected to form a thirteenth connection portion CN13. One end of the element M14 and one end of the fifteenth magnetoresistive effect element M15 are connected to form a fourteenth connection portion CN14. The other end of the thirteenth magnetoresistive effect element M13 and the other end of the fifteenth magnetoresistive effect element M15 Are connected to form the fifteenth connection portion CN15, and the other end of the sixteenth magnetoresistive effect element M16 and the other end of the fourteenth magnetoresistive effect element M14 are connected to form a sixteenth connection portion CN16.

そして、第13接続部CN13と第14接続部CN14の間に所定の電位が印加されて、第15接続部CN15及び第16接続部CN16から温度変化にのみ対応する出力が行われるように構成されている。   A predetermined potential is applied between the thirteenth connection portion CN13 and the fourteenth connection portion CN14, and an output corresponding to only a temperature change is performed from the fifteenth connection portion CN15 and the sixteenth connection portion CN16. ing.

第4ブリッジ回路BC4は、第2ブリッジ回路BC2と同様に、第15接続部CN15及び第16接続部CN16からの出力値の差分が、外部磁界の方向の向きに影響を受けない構成となっている。一方、第4ブリッジ回路BC4は、それぞれの磁気抵抗効果素子Mにおける僅かな温度特性の違いにより、低温時及び高温時においては第15接続部CN15及び第16接続部CN16の中点電位が変動し、この変動の差分値が磁気センサの出力値として出力されるようになっている。なお、第3ブリッジ回路BC3においても同様に、低温時及び高温時における出力値が変動している。   Similar to the second bridge circuit BC2, the fourth bridge circuit BC4 has a configuration in which the difference between the output values from the fifteenth connection unit CN15 and the sixteenth connection unit CN16 is not affected by the direction of the external magnetic field. Yes. On the other hand, in the fourth bridge circuit BC4, the midpoint potentials of the fifteenth connection portion CN15 and the sixteenth connection portion CN16 fluctuate at low temperatures and high temperatures due to slight differences in temperature characteristics of the magnetoresistive elements M. The difference value of the fluctuation is output as the output value of the magnetic sensor. Similarly, in the third bridge circuit BC3, the output values at low temperatures and high temperatures are fluctuating.

これにより、この第4ブリッジ回路BC4の出力を用いて、温度変化とともに出力が変化する第3ブリッジ回路BC3の出力を補正することで、温度変化による第3ブリッジ回路BC3の中点電位ドリフトを補正することができる。しかも、第1方向D1及び第2方向D2にピン止めされた第1ブリッジ回路BC1とは違い、第3方向D3及び第4方向D4にピン止めされた第3ブリッジ回路BC3を有しているので、第1ブリッジ回路BC1がセンシングする軸方向とは違う軸方向のセンシングが行えるようになる。   Thus, the output of the third bridge circuit BC3 whose output changes with temperature change is corrected using the output of the fourth bridge circuit BC4, thereby correcting the midpoint potential drift of the third bridge circuit BC3 due to temperature change. can do. Moreover, unlike the first bridge circuit BC1 pinned in the first direction D1 and the second direction D2, the third bridge circuit BC3 is pinned in the third direction D3 and the fourth direction D4. Thus, sensing in an axial direction different from the axial direction sensed by the first bridge circuit BC1 can be performed.

次に、本発明の第1実施形態の磁気センサに係わるチップ素子111において、どのようにして同一の基板19に複数の磁気抵抗効果素子Mを形成するのか、図2及び図5を用いて簡単に説明する。図5は、本発明の第1実施形態に係わる磁気センサの磁気抵抗効果素子Mの製造工程を説明する平面工程図である。図5では、複数のチップ素子111を示しているが、実際の製造では、ウェハ19(基板19)に多数のチップ素子111を形成して、最終工程で、チップ素子111毎に切断して、一度に多数のチップ素子111を得ている。また、分かり易くするため、後の工程で作成する、ソース用パッドVdd、グランド用パッドGND、信号用パッドSc及び信号用パッドSsを2点鎖線で示している。また、感度軸方向(第1方向D1、第2方向D2、第3方向D3、第4方向D4)を矢印で示している。   Next, in the chip element 111 relating to the magnetic sensor of the first embodiment of the present invention, how to form a plurality of magnetoresistive effect elements M on the same substrate 19 will be described with reference to FIGS. Explained. FIG. 5 is a plan process diagram for explaining a manufacturing process of the magnetoresistive element M of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, a plurality of chip elements 111 are shown. However, in actual manufacturing, a large number of chip elements 111 are formed on the wafer 19 (substrate 19), and in the final process, each chip element 111 is cut. A large number of chip elements 111 are obtained at one time. For the sake of clarity, the source pad Vdd, the ground pad GND, the signal pad Sc, and the signal pad Ss, which are created in a later step, are indicated by two-dot chain lines. The sensitivity axis directions (first direction D1, second direction D2, third direction D3, and fourth direction D4) are indicated by arrows.

先ず、シリコン製のウェハ19を準備し、図5(a)に示すように、このウェハ19上に、第1磁気抵抗効果素子M1、第2磁気抵抗効果素子M2、第6磁気抵抗効果素子M6及び第7磁気抵抗効果素子M7を成膜する。その際に、磁場中成膜によりセルフピン止め構造の固定磁性層2を成膜し、それぞれの固定磁性層2の固定磁化方向が第1方向D1に向くようにする。   First, a silicon wafer 19 is prepared. As shown in FIG. 5A, a first magnetoresistive element M1, a second magnetoresistive element M2, and a sixth magnetoresistive element M6 are formed on the wafer 19. Then, a seventh magnetoresistance effect element M7 is formed. At this time, the pinned magnetic layer 2 having a self-pinned structure is formed by film formation in a magnetic field, and the fixed magnetization direction of each pinned magnetic layer 2 is directed to the first direction D1.

次に、図5(b)に示すように、ウェハ19上のスペースの空いた部分に、第3磁気抵抗効果素子M3、第4磁気抵抗効果素子M4、第5磁気抵抗効果素子M5及び第8磁気抵抗効果素子M8を成膜する。その際に、それぞれの固定磁性層2の固定磁化方向が第2方向D2に向くようにする。   Next, as shown in FIG. 5B, the third magnetoresistive element M3, the fourth magnetoresistive element M4, the fifth magnetoresistive element M5, and the eighth magnetoresistive element 8 are formed in the empty space on the wafer 19. A magnetoresistive element M8 is formed. At that time, the fixed magnetization direction of each fixed magnetic layer 2 is set to be in the second direction D2.

次に、図5(c)に示すように、ウェハ19上のスペースの空いた部分に、第9磁気抵抗効果素子M9、第10磁気抵抗効果素子M10、第13磁気抵抗効果素子M13及び第16磁気抵抗効果素子M16を成膜する。その際に、それぞれの固定磁性層2の固定磁化方向が第3方向D3に向くようにする。   Next, as shown in FIG. 5C, the ninth magnetoresistive effect element M9, the tenth magnetoresistive effect element M10, the thirteenth magnetoresistive effect element M13, and the sixteenth magnetoresistive effect element M9 A magnetoresistive element M16 is formed. At that time, the pinned magnetization direction of each pinned magnetic layer 2 is set to be in the third direction D3.

次に、図5(d)に示すように、ウェハ19上のスペースの空いた部分に、第11磁気抵抗効果素子M11、第12磁気抵抗効果素子M12、第14磁気抵抗効果素子M14及び第15磁気抵抗効果素子M15を成膜する。その際に、それぞれの固定磁性層2の固定磁化方向が第4方向D4に向くようにする。   Next, as shown in FIG. 5D, the eleventh magnetoresistive effect element M11, the twelfth magnetoresistive effect element M12, the fourteenth magnetoresistive effect element M14, and the fifteenth magnetoresistive effect element M11 are formed in the space on the wafer 19. A magnetoresistive element M15 is formed. At that time, the fixed magnetization direction of each fixed magnetic layer 2 is set to be in the fourth direction D4.

その後、成膜されたそれぞれの磁気抵抗効果素子Mを、フォトグラフィー法を用いてエッチング加工し、図3に示すようなミアンダ形状のパターンを形成する。そして、配線パターンP1、ソース用パッドVdd、グランド用パッドGND、信号用パッドSc及び信号用パッドSsを形成した後、最後に、ダイシングで切断して、チップ素子111を得ている。このようにして、磁気抵抗効果素子Mの全てが同一ウェハ19(基板19)上に形成されている1つのチップ素子111を得ることができる。   Thereafter, each of the formed magnetoresistive effect elements M is etched using a photolithography method to form a meander-shaped pattern as shown in FIG. Then, after forming the wiring pattern P1, the source pad Vdd, the ground pad GND, the signal pad Sc, and the signal pad Ss, finally, the chip element 111 is obtained by cutting by dicing. In this way, one chip element 111 in which all of the magnetoresistive effect element M is formed on the same wafer 19 (substrate 19) can be obtained.

上述したように、同じピン止め方向の磁気抵抗効果素子Mを同一タイミングで形成している。このため、ピン止め方向が同じ磁気抵抗効果素子Mのそれぞれの温度特性が全く同じものとなる。このため、測定用の磁気抵抗効果素子Mと温度補償用の磁気抵抗効果素子Mが全く同じ温度特性となり、温度変化によるブリッジ回路の出力の中点電位ドリフトをより正確に補正することができる。このことにより、磁気センサの補正がより正確に行われ、磁気センサの測定精度をより向上させることができる。   As described above, the magnetoresistive effect elements M in the same pinning direction are formed at the same timing. For this reason, the temperature characteristics of the magnetoresistive elements M having the same pinning direction are exactly the same. For this reason, the magnetoresistive element M for measurement and the magnetoresistive element M for temperature compensation have exactly the same temperature characteristics, and the midpoint potential drift of the output of the bridge circuit due to temperature change can be more accurately corrected. Thereby, the correction of the magnetic sensor is performed more accurately, and the measurement accuracy of the magnetic sensor can be further improved.

また、同一ウェハ19から得られる多数のチップ素子111は、ピン止め方向が同じ磁気抵抗効果素子Mのそれぞれの温度特性が全く同じものとなるので、同一バッチのチップ素子111を用いたそれぞれの磁気センサの特性バラツキを低減することができる。   In addition, since many chip elements 111 obtained from the same wafer 19 have exactly the same temperature characteristics of the magnetoresistive effect elements M having the same pinning direction, each magnetic element using the same batch of chip elements 111 is used. Variations in sensor characteristics can be reduced.

また、測定用の磁気抵抗効果素子Mを作製する同じ工程で、温度補償用の磁気抵抗効果素子Mを作製することができるので、工程を新たに増やすこと無しに、チップ素子111を作製することができる。このことにより、工程が複雑にならなく、製造コスト高を抑えることができる。   Moreover, since the magnetoresistive element M for temperature compensation can be manufactured in the same process for manufacturing the magnetoresistive element M for measurement, the chip element 111 can be manufactured without increasing the number of processes. Can do. As a result, the process is not complicated and the manufacturing cost can be increased.

以上のように構成された本発明の第1実施形態の磁気センサにおける、効果について、検証結果を交えながら、以下に纏めて説明する。図6は、本発明の第1実施形態の磁気センサにおける効果を説明するグラフである。図6の横軸は、磁気センサの環境温度を示し、縦軸は中点電位のドリフト量(V)を示している。また、図中の結果RA1は、本発明の第1実施形態に係わる磁気センサの結果であり、図中の結果RC1は、第2ブリッジ回路BC2及び第4ブリッジ回路BC4を有しない、比較例の磁気センサの結果である。   The effects of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described below together with verification results. FIG. 6 is a graph for explaining the effect of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. The horizontal axis in FIG. 6 represents the environmental temperature of the magnetic sensor, and the vertical axis represents the drift amount (V) of the midpoint potential. Also, the result RA1 in the figure is the result of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention, and the result RC1 in the figure is a comparative example that does not have the second bridge circuit BC2 and the fourth bridge circuit BC4. It is a result of a magnetic sensor.

本発明の第1実施形態の磁気センサは、温度変化にのみ対応して出力する第2ブリッジ回路BC2を設けたので、この第2ブリッジ回路BC2の出力を用いて、温度変化とともに出力が変化する第1ブリッジ回路BC1の出力を補正することで、温度変化による第1ブリッジ回路BC1の出力の中点電位ドリフトを補正することができる。このことにより、磁気センサの検出精度を向上させることができる。   Since the magnetic sensor of the first embodiment of the present invention includes the second bridge circuit BC2 that outputs only in response to a temperature change, the output changes with a temperature change using the output of the second bridge circuit BC2. By correcting the output of the first bridge circuit BC1, the midpoint potential drift of the output of the first bridge circuit BC1 due to temperature change can be corrected. Thereby, the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.

また、温度変化にのみ対応して出力する第4ブリッジ回路BC4を設けたので、この第4ブリッジ回路BC4の出力を用いて、温度変化とともに出力が変化する第3ブリッジ回路BC3の出力を補正することで、温度変化による第3ブリッジ回路BC3の中点電位ドリフトを補正することができる。このことは、図6に示す結果を見ても明らかなように、温度変化における中点電位のドリフトが大幅に改善され、ほぼドリフトしない状態まで改善がされている。   Further, since the fourth bridge circuit BC4 that outputs only corresponding to the temperature change is provided, the output of the third bridge circuit BC3 whose output changes with the temperature change is corrected using the output of the fourth bridge circuit BC4. Thus, the midpoint potential drift of the third bridge circuit BC3 due to the temperature change can be corrected. As is clear from the results shown in FIG. 6, this is a drastic improvement in the midpoint potential drift in the temperature change, and an improvement to a state where there is almost no drift.

しかも、第1方向D1及び第2方向D2にピン止めされた第1ブリッジ回路BC1とは違い、第3方向D3及び第4方向D4にピン止めされた第3ブリッジ回路BC3を有しているので、第1ブリッジ回路BC1がセンシングする軸方向とは違う軸方向のセンシングが行えるようになる。   Moreover, unlike the first bridge circuit BC1 pinned in the first direction D1 and the second direction D2, the third bridge circuit BC3 is pinned in the third direction D3 and the fourth direction D4. Thus, sensing in an axial direction different from the axial direction sensed by the first bridge circuit BC1 can be performed.

また、磁気抵抗効果素子Mの全てが同一ウェハ19上に形成されているので、同じピン止め方向の磁気抵抗効果素子Mを同一タイミングで形成している。このため、ピン止め方向が同じ磁気抵抗効果素子Mのそれぞれの温度特性が全く同じものとなる。これにより、測定用の磁気抵抗効果素子Mと温度補償用の磁気抵抗効果素子Mが全く同じ温度特性となり、温度変化によるブリッジ回路の出力の中点電位ドリフトをより正確に補正することができる。このことにより、磁気センサの補正がより正確に行われ、磁気センサの測定精度をより向上させることができる。   Further, since all the magnetoresistive effect elements M are formed on the same wafer 19, the magnetoresistive effect elements M in the same pinning direction are formed at the same timing. For this reason, the temperature characteristics of the magnetoresistive elements M having the same pinning direction are exactly the same. Thereby, the magnetoresistive effect element M for measurement and the magnetoresistive effect element M for temperature compensation have exactly the same temperature characteristics, and the midpoint potential drift of the output of the bridge circuit due to temperature change can be more accurately corrected. Thereby, the correction of the magnetic sensor is performed more accurately, and the measurement accuracy of the magnetic sensor can be further improved.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, it can deform | transform and implement as follows, These embodiments also belong to the technical scope of this invention.

図7は、本発明の第1実施形態に係わる磁気センサの変形例1を説明する図であって、図7(a)は、測定用のブリッジ回路であり、図7(b)は、温度補償用のブリッジ回路である。   FIG. 7 is a diagram for explaining a first modification of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7A is a bridge circuit for measurement, and FIG. It is a bridge circuit for compensation.

<変形例1>
上記第1実施形態では、第1方向D1及び第2方向D2と、第3方向D3及び第4方向D4を有する2軸のブリッジ回路を用いて構成したが、これに限るものではない。例えば、図7に示すように、第3方向D3及び第4方向D4を有した第3ブリッジ回路BC3及び第4ブリッジ回路BC4に加え、第5方向D5及び第6方向D6を有した第5ブリッジ回路BC5及び第6ブリッジ回路BC6と、第7方向D7及び第8方向D8を有した第7ブリッジ回路BC7及び第8ブリッジ回路BC8とを用いて、チップ素子を形成しても良い。その際の第5方向D5、第6方向D6、第7方向D7及び第8方向D8は、図1のX1−X2方向またはY1−Y2方向に対して45度傾いた方向となっている。これにより、磁気センサは、より感度の高い出力値を得ることができる。
<Modification 1>
In the first embodiment, the two-axis bridge circuit having the first direction D1 and the second direction D2, and the third direction D3 and the fourth direction D4 is used. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7, in addition to the third bridge circuit BC3 and the fourth bridge circuit BC4 having the third direction D3 and the fourth direction D4, the fifth bridge having the fifth direction D5 and the sixth direction D6. A chip element may be formed using the circuit BC5 and the sixth bridge circuit BC6, and the seventh bridge circuit BC7 and the eighth bridge circuit BC8 having the seventh direction D7 and the eighth direction D8. At this time, the fifth direction D5, the sixth direction D6, the seventh direction D7, and the eighth direction D8 are inclined by 45 degrees with respect to the X1-X2 direction or the Y1-Y2 direction in FIG. Thereby, the magnetic sensor can obtain an output value with higher sensitivity.

<変形例2>
また、第1ブリッジ回路BC1及び第2ブリッジ回路BC2のみか、第3ブリッジ回路BC3及び第4ブリッジ回路BC4のみで、構成しても良い。
<Modification 2>
Alternatively, the first bridge circuit BC1 and the second bridge circuit BC2 may be used alone, or the third bridge circuit BC3 and the fourth bridge circuit BC4 may be used.

<変形例3>
また、例えば第1磁気抵抗効果素子M1及び第3磁気抵抗効果素子M3を用いた測定用のハーフブリッジ回路と、第5磁気抵抗効果素子M5及び第7磁気抵抗効果素子M7を用いた温度補償用のハーフブリッジ回路と、を用いて構成しても良い。
<Modification 3>
Further, for example, a half bridge circuit for measurement using the first magnetoresistive effect element M1 and the third magnetoresistive effect element M3, and for temperature compensation using the fifth magnetoresistive effect element M5 and the seventh magnetoresistive effect element M7. The half-bridge circuit may be used.

本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

M 磁気抵抗効果素子
M1 第1磁気抵抗効果素子
M2 第2磁気抵抗効果素子
M3 第3磁気抵抗効果素子
M4 第4磁気抵抗効果素子
M5 第5磁気抵抗効果素子
M6 第6磁気抵抗効果素子
M7 第7磁気抵抗効果素子
M8 第8磁気抵抗効果素子
M9 第9磁気抵抗効果素子
M10 第10磁気抵抗効果素子
M11 第11磁気抵抗効果素子
M12 第12磁気抵抗効果素子
M13 第13磁気抵抗効果素子
M14 第14磁気抵抗効果素子
M15 第15磁気抵抗効果素子
M16 第16磁気抵抗効果素子
2 固定磁性層
12 第1磁性層
22 第2磁性層
42 非磁性中間層
3 非磁性材料層
4 フリー磁性層
19 ウェハ(基板)
BC1 第1ブリッジ回路
BC2 第2ブリッジ回路
BC3 第3ブリッジ回路
BC4 第4ブリッジ回路
CN1 第1接続部
CN2 第2接続部
CN3 第3接続部
CN4 第4接続部
CN5 第5接続部
CN6 第6接続部
CN7 第7接続部
CN8 第8接続部
CN9 第9接続部
CN10 第10接続部
CN11 第11接続部
CN12 第12接続部
CN13 第13接続部
CN14 第14接続部
CN15 第15接続部
CN16 第16接続部
D1 第1方向
D2 第2方向
D3 第3方向
D4 第4方向
M magnetoresistive effect element M1 1st magnetoresistive effect element M2 2nd magnetoresistive effect element M3 3rd magnetoresistive effect element M4 4th magnetoresistive effect element M5 5th magnetoresistive effect element M6 6th magnetoresistive effect element M7 7th Magnetoresistive effect element M8 8th magnetoresistive effect element M9 9th magnetoresistive effect element M10 10th magnetoresistive effect element M11 11th magnetoresistive effect element M12 12th magnetoresistive effect element M13 13th magnetoresistive effect element M14 14th magnetism Resistive effect element M15 15th magnetoresistive effect element M16 16th magnetoresistive effect element 2 Fixed magnetic layer 12 1st magnetic layer 22 2nd magnetic layer 42 Nonmagnetic intermediate layer 3 Nonmagnetic material layer 4 Free magnetic layer 19 Wafer (substrate)
BC1 1st bridge circuit BC2 2nd bridge circuit BC3 3rd bridge circuit BC4 4th bridge circuit CN1 1st connection part CN2 2nd connection part CN3 3rd connection part CN4 4th connection part CN5 5th connection part CN6 6th connection part CN7 7th connection section CN8 8th connection section CN9 9th connection section CN10 10th connection section CN11 11th connection section CN12 12th connection section CN13 13th connection section CN14 14th connection section CN15 15th connection section CN16 16th connection section D1 1st direction D2 2nd direction D3 3rd direction D4 4th direction

Claims (3)

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磁気抵抗効果素子が複数個、備えられてブリッジ回路を構成している磁気センサにおいて、
前記固定磁性層は、第1磁性層と第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、
前記ブリッジ回路は、第1ブリッジ回路と、前記第1ブリッジ回路に対する温度補償を行うための第2ブリッジ回路と、を有し、
前記第1ブリッジ回路は、第1方向にピン止めされた第1磁気抵抗効果素子と、前記第1方向にピン止めされた第2磁気抵抗効果素子と、第2方向にピン止めされた第3磁気抵抗効果素子と、前記第2方向にピン止めされた第4磁気抵抗効果素子と、からなり、
前記第1磁気抵抗効果素子の一端と前記第4磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第1接続部が形成され、
前記第2磁気抵抗効果素子の一端と前記第3磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第2接続部が形成され、
前記第1磁気抵抗効果素子の他端と前記第3磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第3接続部が形成され、
前記第4磁気抵抗効果素子の他端と前記第2磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第4接続部が形成されており、
前記第1接続部と前記第2接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第3接続部と前記第4接続部から温度及び外部磁界の変化に対応した出力が行われ、
前記第2ブリッジ回路は、前記第2方向にピン止めされた第5磁気抵抗効果素子と、前記第1方向にピン止めされた第6磁気抵抗効果素子と、前記第1方向にピン止めされた第7磁気抵抗効果素子と、前記第2方向にピン止めされた第8磁気抵抗効果素子と、からなり、
前記第5磁気抵抗効果素子の一端と前記第8磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第5接続部が形成され、
前記第6磁気抵抗効果素子の一端と前記第7磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第6接続部が形成され、
前記第5磁気抵抗効果素子の他端と前記第7磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第7接続部が形成され、
前記第8磁気抵抗効果素子の他端と前記第6磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第8接続部が形成されており、
前記第5接続部と前記第6接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第7接続部及び前記第8接続部から温度変化にのみ対応する出力が行われ、
前記第2ブリッジ回路の出力により前記第1ブリッジ回路の出力を補正することを特徴とする磁気センサ。
In a magnetic sensor comprising a plurality of magnetoresistive effect elements in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer to form a bridge circuit,
The pinned magnetic layer is a self-pinning type in which a first magnetic layer and a second magnetic layer are laminated via a nonmagnetic intermediate layer, and the first magnetic layer and the second magnetic layer are magnetization-fixed antiparallel. And
The bridge circuit includes a first bridge circuit and a second bridge circuit for performing temperature compensation on the first bridge circuit,
The first bridge circuit includes a first magnetoresistive element pinned in a first direction, a second magnetoresistive element pinned in the first direction, and a third pinned in a second direction. A magnetoresistive element, and a fourth magnetoresistive element pinned in the second direction,
A first connection portion is formed by connecting one end of the first magnetoresistance effect element and one end of the fourth magnetoresistance effect element,
A second connection portion is formed by connecting one end of the second magnetoresistance effect element and one end of the third magnetoresistance effect element;
A third connection portion is formed by connecting the other end of the first magnetoresistance effect element and the other end of the third magnetoresistance effect element;
A fourth connecting portion is formed by connecting the other end of the fourth magnetoresistive element and the other end of the second magnetoresistive element;
A predetermined potential is applied between the first connection part and the second connection part, and an output corresponding to a change in temperature and an external magnetic field is performed from the third connection part and the fourth connection part,
The second bridge circuit is pinned in the first direction with a fifth magnetoresistive element pinned in the second direction, a sixth magnetoresistive element pinned in the first direction, and A seventh magnetoresistive element, and an eighth magnetoresistive element pinned in the second direction,
A fifth connecting portion is formed by connecting one end of the fifth magnetoresistive element and one end of the eighth magnetoresistive element;
A sixth connection portion is formed by connecting one end of the sixth magnetoresistance effect element and one end of the seventh magnetoresistance effect element;
A seventh connecting portion is formed by connecting the other end of the fifth magnetoresistive element and the other end of the seventh magnetoresistive element;
An eighth connection portion is formed by connecting the other end of the eighth magnetoresistive element and the other end of the sixth magnetoresistive element;
A predetermined potential is applied between the fifth connection part and the sixth connection part, and an output corresponding only to a temperature change is performed from the seventh connection part and the eighth connection part,
A magnetic sensor, wherein the output of the first bridge circuit is corrected by the output of the second bridge circuit.
前記ブリッジ回路は、第3ブリッジ回路と、前記第3ブリッジ回路に対する温度補償を行うための第4ブリッジ回路と、を有し、
前記第3ブリッジ回路は、第3方向にピン止めされた第9磁気抵抗効果素子と、前記第3方向にピン止めされた第10磁気抵抗効果素子と、第4方向にピン止めされた第11磁気抵抗効果素子と、前記第4方向にピン止めされた第12磁気抵抗効果素子と、からなり、
前記第9磁気抵抗効果素子の一端と前記第12磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第9接続部が形成され、
前記第10磁気抵抗効果素子の一端と前記第11磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第10接続部が形成され、
前記第9磁気抵抗効果素子の他端と前記第11磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第11接続部が形成され、
前記第12磁気抵抗効果素子の他端と前記第10磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第12接続部が形成されており、
前記第9接続部と前記第10接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第11接続部と前記第12接続部から温度及び外部磁界の変化に対応した出力が行われ、
前記第4ブリッジ回路は、前記第3方向にピン止めされた第13磁気抵抗効果素子と、前記第4方向にピン止めされた第14磁気抵抗効果素子と、前記第4方向にピン止めされた第15磁気抵抗効果素子と、前記第3方向にピン止めされた第16磁気抵抗効果素子と、からなり、
前記第13磁気抵抗効果素子の一端と前記第16磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第13接続部が形成され、
前記第14磁気抵抗効果素子の一端と前記第15磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第14接続部が形成され、
前記第13磁気抵抗効果素子の他端と前記第15磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第15接続部が形成され、
前記第16磁気抵抗効果素子の他端と前記第14磁気抵抗効果素子の他端とを接続して第16接続部が形成されており、
前記第13接続部と前記第14接続部の間に所定の電位が印加されて、前記第15接続部及び前記第16接続部から温度変化にのみ対応する出力が行われ、
前記第4ブリッジ回路の出力により前記第3ブリッジ回路の出力を補正することを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
The bridge circuit includes a third bridge circuit and a fourth bridge circuit for performing temperature compensation for the third bridge circuit,
The third bridge circuit includes a ninth magnetoresistive element pinned in the third direction, a tenth magnetoresistive element pinned in the third direction, and an eleventh pinned in the fourth direction. A magnetoresistive effect element and a twelfth magnetoresistive effect element pinned in the fourth direction,
A ninth connection portion is formed by connecting one end of the ninth magnetoresistance effect element and one end of the twelfth magnetoresistance effect element,
A tenth connection portion is formed by connecting one end of the tenth magnetoresistive effect element and one end of the eleventh magnetoresistive effect element,
An eleventh connection portion is formed by connecting the other end of the ninth magnetoresistive element and the other end of the eleventh magnetoresistive element,
A twelfth connecting portion is formed by connecting the other end of the twelfth magnetoresistive element and the other end of the tenth magnetoresistive element;
A predetermined potential is applied between the ninth connection part and the tenth connection part, and an output corresponding to a change in temperature and an external magnetic field is performed from the eleventh connection part and the twelfth connection part,
The fourth bridge circuit is pinned in the fourth direction, a thirteenth magnetoresistive element pinned in the third direction, a fourteenth magnetoresistive element pinned in the fourth direction, and the fourth direction. A fifteenth magnetoresistance effect element and a sixteenth magnetoresistance effect element pinned in the third direction,
A thirteenth connection portion is formed by connecting one end of the thirteenth magnetoresistance effect element and one end of the sixteenth magnetoresistance effect element,
A fourteenth connection portion is formed by connecting one end of the fourteenth magnetoresistive effect element and one end of the fifteenth magnetoresistive effect element;
A fifteenth connection portion is formed by connecting the other end of the thirteenth magnetoresistance effect element and the other end of the fifteenth magnetoresistance effect element;
A sixteenth connection portion is formed by connecting the other end of the sixteenth magnetoresistance effect element and the other end of the fourteenth magnetoresistance effect element;
A predetermined potential is applied between the thirteenth connection portion and the fourteenth connection portion, and an output corresponding only to a temperature change is performed from the fifteenth connection portion and the sixteenth connection portion,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the output of the third bridge circuit is corrected by the output of the fourth bridge circuit.
前記磁気抵抗効果素子の全ては、同一ウェハ上に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein all of the magnetoresistive effect elements are formed on the same wafer.
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