JP2000088941A

JP2000088941A - 磁界センサ

Info

Publication number: JP2000088941A
Application number: JP10276633A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Suzuki; 英之鈴木; Osamu Shinoura; 治篠浦; Yukio Asakawa; 幸雄浅川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】量産性が良く、オフセットが小さく、高感度
で小型な磁界センサを提供する。【解決手段】所定の間隔を空けて配列された複数の磁
気抵抗効果素子を有し、当該磁気抵抗効果素子の配列方
向に沿って、磁極が変化するように多極着磁磁石が配置
されているように構成する。さらには、複数の磁気抵抗
効果素子の隣り合う素子の間隔をＤ、前記多極着磁磁石
の着磁ピッチをＰとした場合、素子間隔Ｄを着磁ピッチ
Ｐの奇数倍に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、外部磁界の変化を電気信号に変
換する磁界センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁界センサは、外部磁界の変化を電気信
号に変換するセンサであり、強磁性体や半導体薄膜等の
磁界検出膜をパターニングし、形成した磁気抵抗効果素
子に電流を流し電圧変化として外部磁界の変化を電気信
号に変換するものである。ここでいう磁気抵抗効果素子
は、パターニングによって形成された素子部を指し、こ
こでいう磁界センサは、２個以上の磁気抵抗効果素子を
含む素子全体を指している。

【０００３】ところで、強磁性磁気抵抗効果センサは、
強磁性体金属の電気抵抗が外部磁界により変化する現象
（磁気抵抗効果、ＭＲ効果）を利用して磁界強度を測定
するセンサである。単層膜では古くから知られている強
磁性体金属膜の磁気異方性磁気抵抗効果（以下、単にＡ
ＭＲ効果と呼ぶ）を利用していたが、最近では、例えば
特開平５−２５９５３０号公報に開示されているよう
に、多層構造からなる膜による結合型巨大磁気抵抗効果
（ＧＭＲ効果）を用いたセンサも開発されている。

【０００４】ＧＭＲ効果を示す磁性膜を利用した磁界セ
ンサでは、ＧＭＲ素子の抵抗変化が膜面内における磁界
の方向には依存せず、絶対値のみで決まる。また、素子
単体では磁界変化に対する抵抗変化も直線的でない。そ
のため、IEEE Trans. Mag. (30) 4608 〜 4610 (1994)
や、Sensors and Actuators A (59) 30 〜 37 (1997)
に示されているように、通常、ＧＭＲ素子をブリッジ接
続し、ペアとなるＧＭＲ素子に反対方向のバイアス磁界
を印加することにより、磁界の変化に対して直線的に応
答する磁界センサを形成している。これらの技術はすで
に周知であり、参考のため、図７には、４個のＧＭＲ素
子をブリッジ接続した場合の等価回路とバイアスを印加
した状態でのそれぞれのＧＭＲ素子の磁気抵抗曲線が示
される。また、図８にはブリッジ接続した場合の出力波
形が示されている。図８の斜線部は、直流磁界を検出す
る際に使われる実際の作動領域を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術である、
IEEE Trans. Mag. (30) 4608 〜 4610 (1994) には、
一つの永久磁石（バイアス磁石）を用い、ブリッジ接続
した４個のＧＭＲ素子のうちの２つのペアの中心部か
ら、互いに外方向に向けた逆方向のバイアス磁界を印加
させる手段が開示されている。

【０００６】しかしながら、上記の手段では、オフセッ
ト値（理想的にはゼロが望ましい）と抵抗が所望の値に
なるように、ブリッジ接続したＧＭＲ素子に対し、最も
適切な位置に一つのバイアス磁石を配置させなければな
らず、磁石の位置調整に時間がかかるという問題があ
る。また、この方法では、バイアス磁石の内側の領域に
４個の磁気抵抗素子を配置することができないと考えら
れ、磁界センサそのものを小型化することが難しいと言
える。

【０００７】また、上記先行技術である、Sensors and
Actuators A (59) 30 〜 37 (1997)には、当該文献中の
第１１図等に示されるように、コバルト白金からなる硬
磁性磁性膜の磁石を紫外線硬化樹脂によりＧＭＲ素子上
に貼り付け、所望のバイアス磁界を印加する方法が提案
されている。この文献では、コバルト白金の硬磁性膜と
ＧＭＲ素子が同一基板上に形成されていない。もし、仮
に、コバルト白金からなる硬磁性磁性膜をＧＭＲ素子が
形成されている基板の裏面に形成し、貼り付けの工程及
び、位置調整の時間を節約することができたとしても、
コバルト白金は２５０℃に加熱した基板上で成膜されな
ければならない。さらに、成膜後６００℃で熱処理を行
わなければならない。その後、所望の形状を得るために
さらに、フォトレジストのパターニングやコバルト白金
のエッチングを行わなければならず工程数が格段と多く
なり、コストがかかり、歩留まりも悪くなると考えられ
る。また、このようにして形成されたコバルト白金磁性
膜の磁界分布は、磁性膜の上部と磁性膜の間（中間層
部）で異なる。その結果、４個の磁気抵抗効果素子に均
一な磁界が印加されず、オフセットの値が０からずれる
という問題が生じる。また、磁石形成のための着磁操作
も、近接する２つの硬磁性膜に、互いに異なる方向に行
う必要があり極めて困難な操作を伴う。

【０００８】このような実状のもとに本発明は創案され
たものであって、その目的は、複数の磁気抵抗効果素子
に多極着磁磁石によりバイアスを印加することにより、
量産性が良く、オフセットが小さく、高感度で小型な磁
界センサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、所定の間隔を空けて配列された複数の磁
気抵抗効果素子を有する磁界センサであって、当該磁界
センサは、磁気抵抗効果素子の配列方向に沿って、磁極
が変化するように多極着磁磁石を配置してなるように構
成される。

【００１０】また、本発明の好ましい態様として、前記
複数の磁気抵抗効果素子の隣り合う素子の間隔をＤ、前
記多極着磁磁石の着磁ピッチをＰとした場合、素子間隔
Ｄが着磁ピッチＰの奇数倍に設定される。

【００１１】また、本発明の好ましい態様として、隣り
合う磁気抵抗効果素子に及ぼすバイアス磁界が互いに逆
方向となるように、磁気抵抗効果素子の配列方向に沿っ
て多極着磁磁石が配置されるように構成される。

【００１２】また、本発明の好ましい態様として、４ｎ
（ｎ：正の整数）個の磁気抵抗効果素子を備え、これら
の磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されてなるように構
成される。

【００１３】また、本発明の好ましい態様として、前記
磁気抵抗効果素子が巨大磁気抵抗効果を示す磁性膜から
形成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照しつつ説明する。

【００１５】図１には、本発明の磁界センサ１の平面図
が示され、図２には図１のＡ−Ａ断面矢視図が示され
る。なお、図１においては、発明の理解を容易するため
に基板５は図面上、省略されている。これらの図面（特
に、図２）に示されるように、本発明の磁界センサ１
は、基板５の片側平面上（図面の上側）に、所定の間隔
Ｄを空けて配列された４つの磁気抵抗効果素子１１，１
２，１３，１４（長さＬ；図２）を有し、基板５の他方
の片側平面上（図面の下側）に、多極着磁磁石２０を有
している。

【００１６】多極着磁磁石２０は、磁気抵抗効果素子１
１，１２，１３，１４にバイアス磁界を印加するために
設けられている。図１の例では、４つの磁気抵抗効果素
子に関し、隣り合う磁気抵抗効果素子に及ぼすバイアス
磁界が互いに逆方向となるように、多極着磁磁石２０が
配置されている。この場合、バイアス磁界は、基板５の
裏面から４つの磁気抵抗効果素子に対して印加されてい
る。

【００１７】バイアス磁界についてさらに詳細に説明す
ると、本発明における磁界センサは、磁気抵抗効果素子
の配列方向に沿って、磁極が変化するように多極着磁磁
石が配置される。すなわち、４個の磁気抵抗効果素子１
１，１２，１３，１４が配列される方向（図２；矢印
（α）方向）を含む平面と、多極着磁磁石２０の磁極が
変化する方向（図２；矢印（β）方向）を含む平面が平
行になっており、かつ、磁気抵抗効果素子１１，１２，
１３，１４と多極着磁磁石２０との間隔が一定（図２に
おいて当該間隔は、ほぼ基板５の厚さ）となるように配
置される。

【００１８】より具体的に、磁気抵抗効果素子が配列さ
れる方向とは、図２に示されるように隣合う磁気抵抗効
果素子を結ぶ直線に平行な方向を指している。一方、多
極着磁磁石２０の磁極が変化する方向とは、図２に示さ
れるように、Ｓ→Ｎ→Ｓ→Ｎ…と変化する磁極の変化す
る方向を示している。

【００１９】多極着磁磁石２０と、磁気抵抗効果素子と
の間隔は、バイアス磁界強度に大きな影響を及ぼすこと
から厳密に管理されることが望ましい。このため、例え
ばこれらを接着するために用いられる接着剤の樹脂中
に、目標の間隔が粒子の直径として制御できるように、
当該粒子径を有する略球状の固形粒子を分散しておくこ
とが望ましい。これにより、再現良く安定した間隔を保
つことができる。

【００２０】多極着磁磁石２０は、例えば、フェライト
等の微粒子をバイダーとともに加温圧縮成形することで
得られるボンド磁石等に、ギャップを有する磁気ヘッド
を用いてＳ→Ｎ→Ｓ→Ｎ…と順次着磁することにより形
成される。より具体的には、磁気ヘッドと磁石を相対的
に移動させながら、磁気ヘッドに異なる方向の電流を印
加すればよい。これにより磁化方向が反対の着磁を、正
確な着磁ピッチで行うことが可能となる。また、着磁の
際にリングヘッドではなく、モノボールヘッドを用いる
と垂直磁化も可能である。この場合、裏面に補助磁極を
設けることで着磁性能が向上する。

【００２１】その他の多極着磁方法としては、例えば、
やや弱い磁界中で、レーザーを用いて局部的に加熱しキ
ュリー点を利用して行うことも可能である。

【００２２】上記図１および図２に示される実施の形態
では、４つの磁気抵抗効果素子が、等間隔で配列されて
おり、隣り合う素子の間隔をＤ（素子の間隔Ｄは、素子
の中心からの距離であり、図１の例では等間隔であるた
めすべて一定の値となっている）、前記多極着磁磁石２
０の着磁ピッチをＰとした場合、素子間隔Ｄが着磁ピッ
チＰの奇数倍に設定されている。つまり、Ｄ＝Ｎ・Ｐ
（Ｎは、奇数であり１，３，５，…の値をとる）の関係
式で表される。上記実施形態ではＮ＝１である。このよ
うな関係を満たすことにより、隣り合う磁気抵抗効果素
子に及ぼすバイアス磁界が大きさの絶対値が等価で、か
つ磁界方向が互いに逆方向となるように作用させること
が可能となる。なお、上記関係式は、４つの磁気抵抗効
果素子が、等間隔で配列されていない場合でも適用され
る。これについては、後述する。

【００２３】図１および図２に示されるように、隣り合
う磁気抵抗効果素子に及ぼすバイアス磁界が互いに逆方
向となるように４つの磁気抵抗効果素子と多極着磁磁石
２０を適正に配置させ、４つの磁気抵抗効果素子をブリ
ッジ接続した場合、４個の磁気抵抗効果素子の等価回路
は、図７に示されるような形態をとり、隣り合う２素子
に、絶対値が等価で、方向が反対のバイアス磁界が印加
される。そのため、１個の磁気抵抗効果素子が持つのと
同じ大きさの抵抗変化率が得られるだけでなく、外部磁
界に対する出力波形が直線的になる。ブリッジ接続の場
合、磁気抵抗効果素子の数は、４ｎ（ｎ：正の整数、通
常はｎ＝１）個が一組となる。

【００２４】本発明に用いられる磁界検出用の磁気抵抗
効果素子（磁性膜）１１，１２，１３，１４は、磁気抵
抗効果を有する膜であり、単層膜構造、多層膜構造のい
ずれであってもよい。磁気抵抗効果とは、磁場の変化に
よって電気抵抗が変化する現象をいう。素子を構成する
磁性膜は、特に検出感度が高くて検出する磁界強度を大
きく変化させることが可能な巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭ
Ｒ膜）を用いることが好ましい。

【００２５】巨大磁気抵抗効果膜は、金属人工格子（藤
森啓安、アグネ技術センター、１９９５年発行）３４７
ページに紹介されているように、強磁性体膜と非磁性体
膜との多層膜であり、その多層膜の界面散乱変化により
抵抗が変化することが知られている。

【００２６】巨大磁気抵抗効果膜としては、（強磁性
体／非磁性導電体）構造のアンチフェロ（結合）型、
（高保磁力強磁性体／非磁性導電体／低保磁力強磁性
体）構造の誘導フェリ（非結合）型、（半強磁性体／
強磁性体／非磁性導電体／強磁性体）構造のスピンバル
ブ型、Ｃｏ／Ａｇ系統の非固溶系グラニュラー型に大
別される。

【００２７】これらの各巨大磁気抵抗効果膜は、その構
造や組成により、検出可能な磁界強度、すなわち、磁気
抵抗効果の飽和磁界強度が大きく異なる。例えば、（Ｆ
ｅ／Ｃｒ）系アンチフェロ型では１０ＫＯｅ以上、（Ｃ
ｏＮｉＦｅ／Ｃｕ）系アンチフェロ型では、０．１Ｏｅ
から１ＫＯｅ、（ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）系誘導
フェリ型では、５Ｏｅから２０Ｏｅ程度、（ＦｅＭｎ／
ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ）系スピンバルブ型では、数
Ｏｅ、そして、グラニュラー型では１００Ｏｅから５Ｋ
Ｏｅ程度までの磁界検出が可能である。磁界感度は、最
大磁気抵抗変化率を飽和磁界強度で割り算したものであ
り、最大磁気抵抗変化率が大きくても、飽和磁界が大き
い場合には磁界感度は悪い。反対に、最大磁気抵抗変化
率が小さくても、飽和磁界が非常に小さい場合には磁界
感度は良い。このため、検出すべき磁界強度により最高
の磁界感度が得られるように、上記の各種の巨大磁気抵
抗効果膜から、基本系を選択し、さらに組成系の変更や
細かな構造を最適化して用いる。

【００２８】好ましい巨大磁気抵抗効果膜の構造として
は(Co/Cu), (NiFe/Cu), (NiFeCo/Cu), (CoFe/Cu), (NiF
eCo/Cu/Co/Cu), (NiFe/Cu/Co/Cu), (CoFe/Cu/NiFe/Cu)
等の構造を５回以上繰り返して成膜した多層膜構造であ
る。これらの多層膜構造を有する巨大磁気抵抗効果膜に
おいては最も薄い層の層厚が１０ｎｍ以下であることが
好ましく、特に好ましくは３ｎｍ以下である。最も薄い
層の層厚が１０ｎｍを越えると高いＭＲ変化率が得られ
にくくなるという傾向が生じる。

【００２９】このような磁気抵抗効果膜（磁性膜）は、
真空成膜法、例えば、蒸着法、スパッタ法などにより成
膜される。より具体的には、基板５の全面に磁気抵抗効
果膜を成膜した後、所望のパターン形状にパターニング
して磁界検出用の磁気抵抗効果素子とし、さらに、この
膜に接合され電流を流すための導電体電極膜３１（図
１）を所定のパターンに形成する。導電体電極膜３１
は、磁気抵抗効果素子である磁性膜部分に比べて小さな
抵抗を有することが重要である。このため導電体電極膜
は、導電性の高い金属、例えば銅、金、アルミニウム等
を用いて比較的厚い仕様、例えば、０．３から５．０μ
ｍの厚さに成膜される。導電体電極膜の形成には、真空
成膜法に加えて湿式成膜法も利用可能である。また、最
初に、導電体電極膜の導電層を形成してから磁気抵抗効
果素子を形成しても差し支えない。

【００３０】また、このように磁気抵抗効果素子および
導電体電極膜を個別に異種の材料から構成するのではな
くて、磁気抵抗効果素子および導電体電極膜をすべて同
一材質から一体的に形成（成膜）させてもよい。ただ
し、この場合には磁気抵抗効果素子および導電体電極膜
の各々の機能が発揮できる範囲内での同一材質とするこ
とが必要である。磁性膜の部分は感磁パターン部であ
り、導電体電極膜の部分は、感磁パターン部である必要
はない。そこで、感磁パターン部と電極部の電流密度を
変化させるために、電極部の幅は感磁パターン部の幅よ
りも広く設計される。すなわち、同一材質で構成された
パターンの両端部分の幅を広くすることで導電体電極膜
としての機能を付与できる。同一材質から構成すること
により、１回のパターニング工程で感磁部分である磁気
抵抗効果素子と電極部である導電体電極膜が同時に形成
でき、極めて高い生産性を実現することができる。

【００３１】磁気抵抗効果素子は、一般に、２００ｎｍ
以下の薄膜として形成されるために、使用環境における
耐食性が問題となることが多い。このため、少なくとも
磁気抵抗効果素子の上層に保護膜を設け、周囲の雰囲気
から磁気抵抗効果素子を保護することが好ましい。保護
膜の材質としては、ＳｉＯ₂ やＡｌ₂ Ｏ₃ 等の無機材料
や、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂等の有機材料を用
いることが好ましい。本発明に用いられる基板５の材質
は、特に制限されるものではなく、ガラス、シリコン、
セラミック等の無機系のものや、樹脂等の有機系のもの
いずれを用いてもよい。これらのなかでは特に、いわゆ
る可撓性に優れ、薄くて軽いものを用いることが好まし
く、例えば、印刷配線板等として広く使用されているプ
ラスチックフィルムと同様の基板が好適に使用できる。
より具体的には、プラスチックフィルム材質として公知
の各種の材料、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）、ポリポロピレン（ＰＰ）、テフ
ロン等が利用可能である。

【００３２】本発明の磁界センサに用いられる基板５の
厚さは、通常、５００μｍが好ましく、特に好ましくは
１００μｍ以下（１〜１００μｍ）である。これはバイ
アス磁石を基板に固定することから、（１）磁石を基板
裏面に固定する場合には、磁石からのバイアス磁界を有
効に磁気抵抗効果素子に印加するため、および（２）磁
石を基板表面に固定する場合には検出すべき外部磁界は
基板裏面から磁気抵抗効果素子に印加されることから、
検出分解能を高めるため、である。このような薄い基板
としてポリイミド等の有機物フィルムが特に好ましく用
いられる。

【００３３】図２に示されるように、４つの磁気抵抗効
果素子１１，１２，１３，１４の配列方向に沿って、磁
極が変化するように多極着磁磁石２０を配置し、４つの
磁気抵抗効果素子でブリッジ接続した場合には、ブリッ
ジ接続された４個の磁気抵抗効果素子の等価回路は図７
に示されるようになり、隣り合う２つの磁気抵抗効果素
子に、絶対値が等価で、方向が反対のバイアス磁界が印
加されるため、１個の磁気抵抗効果素子が持つのと同じ
大きさの抵抗変化率が得られるだけでなく、外部磁界に
対する出力波形が直線的になる（図８）。

【００３４】ところで、すでに説明した基板５の裏側に
多極着磁磁石２０を配置させる形態（図２）とは異な
り、図３に示されるように磁気抵抗効果素子１１，１
２，１３，１４の上側に多極着磁磁石２０（バイアス磁
石）を配置させた構造としてもよい。図３に示される上
側配置の場合において、多極着磁磁石２０として金属磁
石などのように導電性の高い磁石を用いる場合には、予
め、磁気抵抗効果素子の表面に絶縁体膜７（ポリイミド
樹脂、テフロン、ＳｉＯ₂ など）を形成しておき、この
絶縁体膜７の上に多極着磁磁石２０が配置される。この
一方で、多極着磁磁石２０として、フェライト磁石のよ
うに高抵抗の材料から構成される磁石を用いる場合に
は、必ず絶縁体膜７を介在させる必要性はない。

【００３５】図４には、基板となるウェハー５０上に、
図１と同様に４つの磁気抵抗効果素子１１，１２，１
３，１４を、１組（符号１０で示す）として、このもの
を複数組パターニングし、ウェハー５０の裏側（あるい
は、磁気抵抗効果素子の上）に多極着磁磁石２０（バイ
アス磁石）を配置した場合の平面図が示される。本発明
においては、多極着磁磁石２０をバイアス磁石として使
うと、多極着磁磁石２０が磁気抵抗効果素子１１，１
２，１３，１４が配列された方向（矢印（α）方向）に
移動しても、４個の素子に印加される磁界が対称なた
め、１組を構成する４個の素子１１，１２，１３，１４
の形状が同一であればオフセット電圧は常に０となる。
また、ブリッジ抵抗を所望の値に設定するには、多極着
磁磁石２０を磁気抵抗効果素子が配置された方向（矢印
（α）方向）に少しずつ移動させるとよい。

【００３６】この操作により、磁気抵抗効果素子に印加
される磁界の強弱が周期的に変化する特性を利用し、多
極着磁磁石２０に面する一列（磁石の幅が広ければ数列
分）の磁気抵抗効果素子（磁界センサ）全てを、同時に
調整することが可能となるという極めて優れた効果が発
現する。さらに、図４から明らかなように、磁気抵抗効
果素子が占める面積と多極着磁磁石２０が占める面積と
はほぼ同一となるため、１枚のウエハー５０から、面積
の無駄なく小型の磁界センサを多量に得ることができ
る。

【００３７】なお、多極着磁磁石２０はウェハー５０に
固定される前に、予め多極着磁されていることが一般的
であるが、場合によっては、ウェハー５０に固定させた
後に、磁気抵抗効果素子の配置に合わせて多極着磁させ
ることも可能である。

【００３８】また、ウエハー５０を複数の部分に分割し
てから、多極着磁磁石を固定したり、あるいは着磁して
も構わない。特に、一列に磁界センサを配列した状態で
は、細長いバー状態となり取扱が容易となるというメリ
ットがある。

【００３９】また、さらに別に作製された磁石を基板と
なるウエハー５０に固定するばかりでなく、高保磁力を
示す強磁性体粉末を分散させたコンパウンドを、直接ウ
エハー上で圧縮成形することでウエハーを一体化させる
ことも可能である。この場合、フェライト、ＮｄＦｅ
Ｂ、ＳｍＣｏ等の希土類磁性体、ＣｏＰｔ磁性体、Ｎｉ
Ｃｏ磁性体等の公知の磁性体粉末が使用可能である。

【００４０】また、樹脂、溶剤を適宜選定することで、
流動性の高い磁性塗料とし、このものをスピンコーター
で塗布し磁石層をウエハー上に直接形成することも可能
である。この態様において、磁石層の導電性が高い場合
には、予め絶縁層を形成しておくことが望ましい。さら
に、ウエハー全面に成膜された磁石層をパターニングす
ることも可能である。例えば、磁性層上にネガレジスト
でパターンを形成し、磁石層を形成する樹脂は溶解でき
るが、ネガレジストは溶解できない有機溶媒、例えばア
セトン等の中に浸漬させて、不要部分の磁性層を溶解除
去させるようにする。溶解中は超音波を印加することが
好ましい。

【００４１】ところで、前述したように図２に示される
磁界センサでは、磁気抵抗効果素子が配列される素子間
隔Ｄが、多極着磁磁石２０の着磁ピッチをＰと等しくな
っている。しかしながら、この実施の形態に限定される
ことなく、図５に示されるように素子間隔Ｄが着磁ピッ
チＰの奇数倍（図５では３倍）になっている限り、同等
な特性が得られる。ここで、素子間隔Ｄとは、反対方向
のバイアス磁界を印加する素子間の最小距離を言う。前
述したように素子の間隔Ｄは、素子の中心からの距離で
表される。また、素子間隔Ｄは等間隔である必要はな
く、ブリッジ接続した４個の磁気抵抗効果素子に図７に
示されるような対称なバイアス磁界が印加される限り、
素子の配置を例えば図６に示されるように変えても構わ
ない。図６において、素子間隔Ｄ１は、１Ｐ；素子間隔
Ｄ２は、５Ｐ；素子間隔Ｄ３は、１Ｐであり、いずれの
素子間隔Ｄ１〜Ｄ３も着磁ピッチＰの奇数倍に設定され
ている。この場合、ブリッジ回路の出力はＤ１とＤ３の
間隔で置かれた両端の２組の抵抗の差に起因する。この
ような配置とすることにより、いわゆる強さに傾斜のあ
る外部磁界（漸増的および／または漸減的に変化する外
部磁界）を検出する傾度測定器として、この磁界センサ
をギアツゥースセンサ等に応用することも可能となる。

【００４２】上述してきたように、多極着磁磁石２０を
用いて、例えばブリッジ接続された磁気抵抗効果素子に
バイアスを均一に印加するように構成することにより、
量産性に優れ、オフセット値が小さく、小型な磁界セン
サを得ることができる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。

【００４４】（実施例１）厚さ５０μｍ、３インチ径の
ポリイミドフィルムを基板として用いた。この基板の上
に、スパッタ装置にて、１００Å−Ｔｉ（１５Å−Ｎｉ
ＦｅＣｏ／２０Å−Ｃｕ）×２０の多層ＧＭＲ膜（磁気
抵抗効果素子）を成膜した。ここで膜構造は最初に１０
０ÅのＴｉ、次に１５ÅのＮｉＦｅＣｏ合金と２０Åの
Ｃｕを順に各々２０層づつ積層した全厚８００Åの多層
膜である。

【００４５】なお、密着性を向上させるために、ＧＭＲ
膜を成膜する前に、アルゴンイオンにより基板表面のイ
オンミリングを行った。用いたターゲットはいずれも純
度９９．９％以上のターゲット組成とし、到達圧力とし
て４×１０^-7Ｔｏｒｒまで真空引きした後にアルゴンガ
スを導入し、成膜中の真空度は１．４×１０^-4Ｔｏｒｒ
とした。成膜時のアルゴンイオンの加速電圧は３００
Ｖ、ビーム電流（アルゴンイオン量に比例）は３０ｍ
Ａ、ＮｉＦｅＣｏおよびＣｕの平均成膜速度は０．０３
ｎｍ／ｓｅｃであった。

【００４６】成膜後、フォトリソグラフィ手法によりマ
スクを通じて露光、現像して、磁気抵抗効果素子のパタ
ーンを形成した。パターン形状は、パターン全長４８０
０μｍ、パターン線幅１０μｍ、素子幅１１０μｍ、素
子間隔Ｄは３００μｍとして、図２に示されるような磁
気抵抗効果素子のパターンを形成した。抵抗率は２７μ
Ωｃｍであった。これらの磁気抵抗効果素子をブリッジ
接続した。

【００４７】次いで、この磁気抵抗効果素子のパターン
の上に、粒径５０μｍのほぼ球形のシリコン球を分散さ
せた熱伝導性の高いシリコーン樹脂を塗布するととも
に、この樹脂を介して予め準備しておいてたフェライト
多極着磁磁石を素子表面に置き、上記ブリッジ接続した
磁気抵抗効果素子の抵抗をモニターしながら、着磁ピッ
チＰが３００μｍに形成されたフェライト多極着磁磁石
を素子表面に置き、磁気抵抗効果素子が配列された方向
に平行に磁石を少しずつ移動させた。抵抗が最適な値に
なったところで、フェライト多極着磁磁石の移動を止め
て位置決めし、しかる後、樹脂を硬化させ、フェライト
多極着磁磁石を固定した。

【００４８】（実施例２）上記実施例１において、着磁
ピッチＰが１００μｍのフェライト多極着磁磁石に変え
た（素子間隔Ｄ＝３Ｐ）。それ以外は、上記実施例１と
同様にして実施例２の磁界センサを作製した。

【００４９】（実施例３）上記実施例１において、磁気
抵抗効果素子の素子間隔Ｄを図６に示されるように変え
た。すなわち、素子間隔Ｄ１は、１Ｐ；素子間隔Ｄ２
は、５Ｐ；素子間隔Ｄ３は、１Ｐとし、いずれの素子間
隔Ｄ１〜Ｄ３も着磁ピッチＰの奇数倍に設定した。それ
以外は、上記実施例１と同様にして実施例３の磁界セン
サを作製した。

【００５０】（比較例１）先行技術であるIEEE Trans.
Mag. (30) 4608 〜 4610 (1994) のＦｉｇ．３に示さ
れる作用ができるだけ再現できるように、下記の要領で
４つの磁気抵抗効果素子と一つの永久磁石を用いて磁界
センサを作製した。

【００５１】すなわち、上記実施例１と同様な成膜方法
にて磁気抵抗効果素子のパターンをIEEE Trans. Mag.
(30) 4608 〜 4610 (1994) のＦｉｇ．３と同様の配
置で形成した。４個の磁気抵抗効果素子の形状は、各
々、実施例１と全く同様にした。すなわち、素子のパタ
ーン長８００μｍ、パターン全長４８００μｍ、パター
ン線幅１０μｍ、素子幅１１０μｍとした。抵抗率は２
７μΩｃｍであった。ペアとなっている２つの素子の間
隔は１. ２ｍｍ、１つのバイアス磁石の大きさは縦１.
２ｍｍ×横１ｍｍ×高さ１mmとした。

【００５２】紫外線硬化樹脂を基板上に塗布し、抵抗を
モニターしながら４個の磁気抵抗効果素子の略中央に配
置された一つのバイアス磁石の位置を調整しつつ、抵抗
が最適な値になったところで、磁石の移動を止めて位置
決めし、しかる後、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して
樹脂を硬化させ磁石を固定した。

【００５３】（比較例２）先行技術であるSensors and
Actuators A (59) 30 〜 37 (1997)の第１１図に示され
る形態を可能な範囲で再現して磁界センサを作製した。

【００５４】すなわち、２５０℃に加熱した１００μｍ
厚さのシリコン基板の上に、デュアルイオンビームスパ
ッタ装置にてコバルト白金を成膜し、その後コバルト白
金膜を６００℃で２時間熱処理した。次いで、上記実施
例１と同様に、フォトレジストをマスクを通じて露光、
現像し、当該文献の第１１図に示されるような磁石パタ
ーンを形成した。磁石パターンを形成させた後、王水
（硝酸と塩酸の混合比３：１）を用いてエッチングし、
所望のパターンを形成した。その後センサ素子の大きさ
にシリコン基板を切断し、着磁し、バイアス磁石として
のコバルト白金膜を準備した。

【００５５】磁気抵抗効果素子は、上記実施例１と同様
な成膜方法にて形成した。磁気抵抗効果素子のパターン
は、当該文献の第１１図に示されるパターンとし、４個
の磁気抵抗効果素子の各々の形状は、上記実施例１と全
く同様にした。

【００５６】磁気抵抗効果素子のパターンを形成後、磁
気抵抗効果素子素子の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、
１００μｍのガラスよりなるスペーサ、さらにその上
に、上記の切断したコバルト白金膜を置いた。しかる
後、ブリッジ接続された磁気抵抗効果素子の抵抗をモニ
ターしながらコバルト白金膜の位置を調整し、最適位置
で紫外線を照射し樹脂を硬化させた。

【００５７】このようにして作製した各種サンプル（実
施例１〜３；比較例１〜２）について、（１）オフセッ
ト電圧のばらつき、（２）リードタイム、（３）磁界セ
ンサの取り数を、それぞれ、下記の要領で評価した。

【００５８】（１）オフセット電圧のばらつきブリッジ接続された磁気抵抗効果素子に１Ｖの電圧を印
加し、オフセット電圧を求め、サンプル数１０個の平均
値からのずれ（単位：ｍＶ）を、ばらつきとして評価し
た。

【００５９】（２）リードタイム磁界センサの製造に要する時間を（生産効率の指標とな
る）を、リードタイムとし、実施例１の磁界センサの製
造に要する時間を『１』とした場合の相対評価値で表し
た。

【００６０】（３）磁界センサの取り数３インチウエハーから実際に得られるセンサの個数を、
取り数として評価した。

【００６１】結果を下記表１に示した。

【００６２】

【表１】表１から明らかなように、本発明における多極着磁磁石
によりバイアスを印加した場合に、オフセットが最も小
さく、リードタイム（製造時間）も最も短いことがわか
る。また、バルクの磁石を２組の磁気抵抗効果素子の中
間に配置する場合（比較例１）や薄膜磁石によりバイア
スを印加する方法（比較例２）に比べて磁界センサのサ
イズを小さくすることが可能となり、３インチウェハー
から得られる磁界センサの個数を多くすることができ
る。

【００６３】

【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明の磁界センサは、所定の間隔を
空けて配列された複数の磁気抵抗効果素子を有し、当該
磁気抵抗効果素子の配列方向に沿って、磁極が変化する
ように多極着磁磁石が配置されているので、量産性が良
く、オフセットが小さく、高感度で小型な磁界センサを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁界センサの平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面矢視図である。

【図３】本発明の磁界センサの他の実施形態を示す平面
図である。

【図４】本発明の磁界センサをウエハー上に形成した場
合の配置を説明するための図面である。

【図５】本発明の磁界センサの他の実施形態を示す平面
図である。

【図６】本発明の磁界センサの他の実施形態を示す平面
図である。

【図７】ブリッジ接続した磁気抵抗素子の等価回路を説
明するための図面である。

【図８】ブリッジ接続した場合の出力波形を説明するた
めの図面である。

【符号の説明】

１…磁界センサ５…基板１１，１２，１３，１４…磁気抵抗効果素子２０…多極着磁磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅川幸雄東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB09 AC09 AD21 AD55 AD63 AD65 BA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隔を空けて配列された複数の磁
気抵抗効果素子を有する磁界センサであって、当該磁界センサは、磁気抵抗効果素子の配列方向に沿っ
て、磁極が変化するように多極着磁磁石を配置してなる
ことを特徴とする磁界センサ。
【請求項２】前記複数の磁気抵抗効果素子の隣り合う
素子の間隔をＤ、前記多極着磁磁石の着磁ピッチをＰと
した場合、素子間隔Ｄが着磁ピッチＰの奇数倍に設定さ
れている請求項１に記載の磁界センサ。
【請求項３】隣り合う磁気抵抗効果素子に及ぼすバイ
アス磁界が互いに逆方向となるように、磁気抵抗効果素
子の配列方向に沿って多極着磁磁石が配置される請求項
１または請求項２に記載の磁界センサ。
【請求項４】４ｎ（ｎ：正の整数）個の磁気抵抗効果
素子を備え、これらの磁気抵抗効果素子がブリッジ接続
されてなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
磁界センサ。
【請求項５】前記磁気抵抗効果素子が巨大磁気抵抗効
果を示す磁性膜から形成される請求項１ないし請求項４
のいずれかに記載の磁界センサ。