JP2001274478A

JP2001274478A - 磁気抵抗センサ

Info

Publication number: JP2001274478A
Application number: JP2000087343A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sato; 秀樹佐藤; Toshinao Suzuki; 利尚鈴木; Akira Kaneko; 明金子
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気トンネル効果素子を用いて外部磁界の変
化を検出する磁気抵抗センサにおいて温度補償を図る。【解決手段】基板１０上に下部電極層２１を設けると
ともに、同下部電極層２１上に強磁性膜２２，２３、絶
縁層２４、強磁性膜２５、ダミー膜２６からなる一対の
磁気トンネル効果素子を形成する。一対の磁気トンネル
効果素子は層間絶縁膜２７により分離されるとともに、
上部電極層２８によって直列に接続される。一対の磁気
トンネル効果素子の側方には、層間絶縁膜２７に連続し
て設けた絶縁膜３２を基板１０上に形成し、絶縁膜３２
上に長尺状に形成した金属抵抗膜３２を形成する。金属
抵抗膜３２の両端は、上部電極層２８により磁気トンネ
ル効果素子に直列に接続される。この金属抵抗膜３２の
温度による抵抗変化によって磁気トンネル効果素子の温
度による抵抗変化が補償される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上磁性層と下磁性
層との間に絶縁層を挟んで構成した磁気トンネル効果素
子を用いて、外部磁界の変化を検出する磁気抵抗センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば特開平１０−４２２７
号公報に示されているように、磁化の向きを固定した固
定磁化層及び磁化の向きを外部磁界によって自由に変化
させるようにした自由磁化層の一方を下磁性層とすると
もに他方を上磁性層とし、下磁性層と上磁性層との間に
絶縁層を挟んで磁気トンネル効果を有する磁気トンネル
効果素子を構成し、同磁気トンネル効果素子に対する外
部磁界の強さ、方向の変化に応じて変化する抵抗値を用
いて外部磁界の変化を検出する磁気抵抗センサは知られ
ている。これによれば、磁気トンネル効果素子の磁気抵
抗変化率は大きな値を示すので、外部磁界の強さ、方向
などの変化が感度よく検出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の磁
気トンネル効果素子を用いた磁気抵抗センサにおいて
は、図２(Ａ)に示すように、磁気トンネル効果素子の磁
界変化による最小抵抗値Ｒｏ及び最大抵抗値Ｒｏ＋ΔＲ
が温度Ｔの上昇にしたがって減少する。これにより、従
来の磁気抵抗センサにあっては、環境温度が変化する
と、同センサ（磁気トンネル効果素子）の磁界変化によ
る最小及び最大抵抗値Ｒｏ，Ｒｏ＋ΔＲが大きく変化
し、外部磁界の変化の検出にとって好ましくない。

【０００４】また、前記のように磁気抵抗センサの磁界
変化による最小及び最大抵抗値Ｒｏ，Ｒｏ＋ΔＲが変化
するとともに、最大抵抗値Ｒｏ＋ΔＲの温度変化に対す
る減少率は最小抵抗値Ｒｏの温度変化に対する減少率に
比べて大きい。したがって、基準値Ｒef1との大小比較
により外部磁界の変化を検出する場合、この磁気抵抗セ
ンサの使用温度範囲は最大でも最小抵抗値Ｒｏと最大抵
抗値Ｒｏ＋ΔＲとがそれぞれ等しくなる２点間の温度範
囲（例えば、図示Ｔ１−Ｔ２間）に制限され、温度が大
きく変化する環境下では使用することができない。

【０００５】

【発明の概略】本発明は、上記問題に対処するためにな
されもので、その目的は、磁気抵抗センサの磁界変化に
よる最小及び最大抵抗値の温度変化による影響を少なく
して外部磁界の変化の検出精度を高くするとともに、使
用温度範囲を大きくして温度が大きく変化する環境下で
も使用することが可能な磁気トンネル効果素子を用いた
磁気抵抗センサを提供することにある。

【０００６】上記目的を達成するために、本発明の構成
上の特徴は、上磁性層と下磁性層との間に絶縁層を挟ん
で構成した磁気トンネル効果素子と、前記磁気トンネル
効果素子に電気的に直列に接続した温度補償用の金属抵
抗とを備えたことにある。

【０００７】この場合、前記磁気トンネル効果素子を構
成する上磁性層及び下磁性層のいずれか一方を、ＣｏＣ
ｒ，ＮｉＣｒなどの強磁性膜からなる固定磁化層で構成
したり、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＩｒＭｎなどの反強磁性
膜からなる固定磁化層で構成することができる。

【０００８】上記のように構成した本発明においては、
磁気トンネル効果素子の抵抗値に金属抵抗の抵抗値が加
算され、この金属抵抗の抵抗値をＲｍとするとともに、
磁気トンネル効果素子の磁界変化による最小抵抗値及び
最大抵抗値をそれぞれＲｏ，Ｒｏ＋ΔＲとすると、磁気
抵抗センサ全体の磁界変化による最小抵抗値及び最大抵
抗値はそれぞれＲｏ＋Ｒｍ，Ｒｏ＋ΔＲ＋Ｒｍとなる。
この場合、金属抵抗の抵抗値Ｒｍは温度Ｔの上昇にした
がって増加するので，温度Ｔに対する磁気抵抗センサ全
体の磁界変化による最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍ及び最大抵抗
値Ｒｏ＋ΔＲ＋Ｒｍの変化を小さくすることができる。
したがって、本発明によれば、磁気抵抗センサの環境温
度が変化しても、精度よく外部磁界の変化を検出できる
ようになる。

【０００９】また、金属抵抗の量すなわち抵抗値Ｒｍの
大きさに応じて、磁気抵抗センサ全体の磁界変化による
最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍ及び最大抵抗値Ｒｏ＋ΔＲ＋Ｒｍ
の温度Ｔに対する変化を種々の態様で変更することがで
きる。例えば、前記最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍの温度Ｔの上
昇にしたがった減少率を小さくするように補正すれば
（図２(Ｂ)参照）、最小抵抗値Ｒｏと最大抵抗値Ｒｏ＋
ΔＲとがそれぞれ等しくなる２点間の温度範囲が大きく
なる。また、最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍを温度Ｔの上昇にし
たがって増加するように補正してもよい（図２(Ｃ)参
照）。したがって、基準値Ｒef2，Ｒef3との大小比較に
より外部磁界の変化を検出する場合、この磁気抵抗セン
サの使用温度範囲は広くなり、同磁気抵抗センサを温度
が大きく変化する環境下でも使用することができるよう
になる。

【００１０】また、前記磁気抵抗センサにおいて、前記
磁気トンネル効果素子と前記金属抵抗とを同一基板上に
形成するとよい。この場合、前記金属抵抗を前記基板上
にて前記磁気トンネル効果素子と並設するとともに、前
記磁気トンネル効果素子と前記金属抵抗とを電極層によ
り電気的に接続することができる。また、前記金属抵抗
を前記磁気トンネル効果素子のための電極層で構成する
こともできる。これによれば、磁気抵抗センサを単体で
構成できるので、金属抵抗の温度を磁気トンネル効果素
子の温度に正確に追従させることができる。

【００１１】また、前記磁気抵抗センサにおいて、前記
磁気トンネル効果素子を前記基板上に複数設けるように
するとよい。これによれば、一つの磁気トンネル効果素
子の抵抗値が小さくても、磁気センサ全体の抵抗値を大
きくすることができるので、抵抗値の変化を検出し易く
なる。

【００１２】また、前記磁気抵抗センサにおいて、前記
金属抵抗を前記磁気トンネル効果素子を設けた基板の近
傍に設けるようにしてもよい。これによっても、磁気ト
ンネル効果素子と金属抵抗との温度をほぼ同一に保つこ
とができる。

【００１３】また、前記磁気抵抗センサにおいて、前記
金属抵抗として単体金属を用いるとよい。単体金属の温
度上昇にしたがった抵抗値の増加率は、合金に比べて大
きいので、金属抵抗として少量のみを用いても、温度特
性の補償を充分に行うことができる。また、金属抵抗を
少量のみ用いることは、金属抵抗の抵抗値Ｒｍを小さく
することを意味し、下記数１のようにして計算される磁
気抵抗変化率ΔＲ／(Ｒo＋Ｒm)からも理解できるよう
に、前記温度特性の補償に伴う磁気抵抗変化率の低下を
最小限に抑えることができる。

【００１４】

【数１】{(Ｒo＋ΔＲ＋Ｒm)−(Ｒo＋Ｒm)}／(Ｒo＋Ｒm)
＝ΔＲ／(Ｒo＋Ｒm)

【００１５】この場合、単体金属としては、Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｍｏなどのうちのいずれか一つを用いたり、Ｎｉ，
Ｓｎ，Ｆｅなどのうちのいずれか一つを用いたりすると
よい。Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｏなどの単体金属の前記温度特性
は、特に室温（２５℃）付近で直線性がよいので、これ
らのＡｌ，Ｃｕ，Ｍｏのうちのいずれか一つを金属抵抗
として用いた磁気抵抗センサは室温付近の狭い範囲内で
使用するのに適する。また、Ｎｉ，Ｓｎ，Ｆｅなどの単
体金属の前記温度特性はその傾きが大きいので、前記温
度特性の補償に伴う磁気抵抗変化率の低下を最小限に抑
えることができ、高い磁気抵抗変化率を必要とする磁気
抵抗センサに適する。

【００１６】

【発明の実施の形態】ａ．基本構成例以下、本発明の実施形態に係る磁気抵抗センサについ
て、図面を用いて説明する。図１(Ａ)はこの磁気抵抗セ
ンサの第1基本構成例を概略平面図により示しており、
図１(Ｂ)は同センサの第２基本構成例を概略平面図によ
り示している。

【００１７】第１基本構成例においては、基板１０上
に、上磁性層と下磁性層との間に絶縁層を挟んで構成し
た磁気トンネル効果素子１１と、同素子１１に電気的に
直列に接続した温度補償用の金属抵抗１２とが設けられ
ている。第２基本構成例においては、第１基板１０ａ及
び第２基板１０ｂが密着され、第１基板１０ａ上には前
記と同様な磁気トンネル効果素子１１が設けられ、第２
基板１０ｂ上には前記と同様な金属抵抗１２が設けられ
ている。この場合も、磁気トンネル効果素子１１と金属
抵抗１２は、リード線などにより電気的に直列に接続さ
れている。

【００１８】上記のように構成した第１基本構成例にお
いても、第２基本構成例においても、磁気トンネル効果
素子１１及び金属抵抗１２は近接しているので、ほぼ同
じ温度に保たれる。磁気トンネル効果素子１１の磁界変
化による最小抵抗値及び最大抵抗値をそれぞれＲｏ，Ｒ
ｏ＋ΔＲとするとともに、金属抵抗１２の抵抗値をＲｍ
とすると、各抵抗値Ｒｏ，Ｒｏ＋ΔＲ，Ｒｍは温度Ｔの
変化に対して図２(Ａ)に示すように変化する。そして、
磁気トンネル効果素子１１と金属抵抗１２は直列に接続
されているので、磁気抵抗センサ全体の磁界変化による
最小抵抗値及び最大抵抗値はそれぞれＲｏ＋Ｒｍ，Ｒｏ
＋ΔＲ＋Ｒｍとなる。

【００１９】この場合、金属抵抗の抵抗値Ｒｍは温度Ｔ
の上昇にしたがって増加するので，温度Ｔに対する磁気
抵抗センサ全体の磁界変化による最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍ
及び最大抵抗値Ｒｏ＋ΔＲ＋Ｒｍの変化を小さくするこ
とができる。したがって、第１及び第２基本構成例によ
れば、磁気抵抗センサの環境温度が変化しても、精度よ
く外部磁界の変化を検出できるようになる。

【００２０】また、金属抵抗の量すなわち抵抗値Ｒｍの
大きさに応じて、磁気抵抗センサ全体の磁界変化による
最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍ及び最大抵抗値Ｒｏ＋ΔＲ＋Ｒｍ
の温度Ｔに対する変化を種々の態様で変更することがで
きる。例えば、前記最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍの温度Ｔの上
昇にしたがった減少率を小さくするように補正すれば
（図２(Ｂ)参照）、最小抵抗値Ｒｏと最大抵抗値Ｒｏ＋
ΔＲとがそれぞれ等しくなる２点間の温度範囲が大きく
なる。また、最小抵抗値Ｒｏ＋Ｒｍを温度Ｔの上昇にし
たがって増加するように補正してもよい（図２(Ｃ)参
照）。したがって、基準値Ｒef2，Ｒef3との大小比較に
より外部磁界の変化を検出する場合、この磁気抵抗セン
サの使用温度範囲は広くなり、同磁気抵抗センサを温度
が大きく変化する環境下でも使用することができるよう
になる。

【００２１】また、前記のように構成した磁気抵抗セン
サの磁気抵抗変化率について説明しておくと、同磁気抵
抗変化率Ｒｒは下記数２のように表される。

【００２２】

【数２】Ｒｒ＝{(Ｒo＋ΔＲ＋Ｒm)−(Ｒo＋Ｒm)}／(Ｒo
＋Ｒm)＝ΔＲ／(Ｒo＋Ｒm)

【００２３】前記数２からも理解できるように、磁気抵
抗変化率Ｒｒは金属抵抗１２の抵抗値Ｒｍの増加にした
がって減少するので、磁気抵抗変化率Ｒｒの観点からす
れば、金属抵抗１２の抵抗値Ｒｍを小さくすることが望
ましい。すなわち、金属抵抗１２の抵抗値Ｒｍを磁気ト
ンネル効果素子１１の磁界変化による最小抵抗値Ｒｏに
比べて極めて小さく設定すれば、磁気抵抗変化率Ｒｒの
減少を小さく抑えて、磁気抵抗変化率Ｒｒを大きく保つ
ことができる。

【００２４】ｂ．第１具体例上記第１基本構成例の第１具体例について図面を用いて
説明すると、図３は層間絶縁膜２７を省略した状態で同
第１具体例に係る磁気抵抗センサを平面視した同センサ
の概略平面図であり、図４は図３の４−４線に沿って見
た同センサの一部の拡大断面図である。なお、図３及び
後述する磁気抵抗センサの概略平面図においては、積層
されている各部の関係を示すために各部を若干ずらして
示している。

【００２５】この第１具体例は、ＳｉＯ_２／Ｓｉ、ガラ
ス又は石英からなる基板１０上に、一対の磁気トンネル
効果素子を一組とした磁気トンネル構造部２０と、磁気
トンネル構造部２０の温度補償のための金属抵抗を構成
する金属抵抗部３０とを交互にジグザク上に直列接続し
て、同磁気トンネル構造部２０及び金属抵抗部３０をマ
トリクス上に配置させている。なお、図３及び後述する
磁気抵抗センサの概略平面図においては、少ない数の磁
気トンネル構造部２０及び金属抵抗部３０を配置して示
しているが、実際には、多数の磁気トンネル構造部２０
及び金属抵抗部３０が配置されている。

【００２６】磁気トンネル構造部２０においては、基板
１０上に、平面形状を長方形状に形成した複数の下部電
極層２１が図示横方向に所定の間隔を隔てて複数列に配
置されており、同下部電極層２１は、導電性非磁性金属
材料であるＣｒ（又はＴｉ）により膜厚１０ｎｍ程度に
形成されている。各下部電極層２１上には、下部電極層
２１と同一平面形状に形成され、ＣｏＰｔＣｒからなり
膜厚３０ｎｍ程度の複数の強磁性膜２２がそれぞれ積層
されている。この強磁性膜２２は、磁気抵抗センサの製
造工程中に又は完成後に磁化されるもので、少なくとも
同磁気抵抗センサの使用時には、この強磁性膜２２は所
定方向に既に磁化されている。

【００２７】複数の強磁性膜２２上には、膜厚５ｎｍ程
度のＮｉＦｅからなる一対の強磁性膜２３，２３が間隔
を隔てて積層されている。この強磁性膜２３，２３は、
強磁性膜２２と共に磁化の向きを固定した固定磁化層を
構成するもので、その平面形状は長方形状（例えば、２
０×１２０μｍ）に形成され、各長辺を平行に対向させ
て配置されている。この強磁性膜２３としては、磁気ト
ンネル効果素子の磁気抵抗変化率を大きくするために、
分極率の大きな材料が用いられるとともに、前記固定磁
化層全体の保磁力の低下を回避するために膜厚をなるべ
く薄く、例えば１〜２０ｎｍ程度に設定することが好ま
しい。なお、これらの強磁性膜２２，２３が磁気トンネ
ル効果素子の一部を構成する下磁性層に相当する。

【００２８】各強磁性膜２３上には、各強磁性膜２３と
同一平面形状を有する絶縁層２４及び強磁性膜２５がそ
れぞれこの順に積層されている。絶縁層２４は、膜厚１
〜４ｎｍ程度のＡｌ_２Ｏ_３からなる絶縁材料により構成
されている。強磁性膜２５は、絶縁層２４に接する膜厚
２ｎｍ程度のＣｏ膜を下層とし、同Ｃｏ膜に接する膜厚
６０ｎｍ程度のＮｉＦｅ膜を上層とする２層構造に構成
されていて、絶縁層２４及び強磁性膜２２，２３（固定
磁化層）と共に磁気トンネル効果素子を形成するもので
ある。この強磁性膜２５は、その磁化の向きを外部磁界
の向きに応じて自由（フリー）に変える自由磁化層を構
成するもので、磁気トンネル効果素子の一部を構成する
上磁性層に相当する。

【００２９】各強磁性膜２５上には、同各強磁性膜２５
と同一平面形状のダミー膜２６がそれぞれ形成されてい
る。これは、後述するコンタクトホール２７ａを形成す
る際、強磁性膜２５及び絶縁層２４にまでエッチングが
及ばないようにするためである。このダミー膜２６は、
膜厚３０ｎｍ程度の導電性非磁性金属材料からなるＭｏ
膜によって構成されている。

【００３０】基板１０、下部電極層２１、強磁性膜２
２，２３、絶縁層２４、強磁性膜２５及びダミー膜２６
を覆う領域には、各強磁性膜２２上に設けた一対の強磁
性膜２３、絶縁層２４、強磁性膜２５及びダミー膜２６
をそれぞれ絶縁分離するための層間絶縁膜２７が設けら
れている。この層間絶縁膜２７は、例えばＳｉＯ_２から
なって膜厚２５０ｎｍ程度に形成されている。この層間
絶縁膜２７には、各ダミー膜２６上にてコンタクトホー
ル２７ａがそれぞれ形成されている。このコンタクトホ
ール２７ａを埋設するように、例えば膜厚３００ｎｍの
Ａｌからなる上部電極層２８，２８がそれぞれ形成され
ている。

【００３１】金属抵抗部３０は、基板１０上にて、前述
した層間絶縁膜２７を延長して同時に一体形成した絶縁
膜３１を備えている。この絶縁膜３１上には、平面形状
を長方形状に形成した複数の金属抵抗膜３２が各磁気ト
ンネル構造部２０の各間にて配置されており、同金属抵
抗膜３２は、導電性非磁性金属材料であるＡｌにより膜
厚５〜５０ｎｍ程度に形成されている。なお、この金属
抵抗膜３２は図示横方向の長さ、同方向と直角方向の
幅、及び膜厚を種々に変更することにより、その材料に
応じて抵抗値を適当に定めることができる。この金属抵
抗膜３２の両端には前述した上部電極層２８の各端部が
積層されている。

【００３２】このような構成により、一対の磁気トンネ
ル効果素子を直列接続した磁気トンネル構造部２０と、
金属抵抗部３０とが、基板１０上にて順次直列接続され
た構成となっている。なお、磁気トンネル構造部２０及
び金属抵抗部３０を直列に順次接続するために、折り返
し部に相当する図３にて左右両端に位置する磁気トンネ
ル構造部２０に関しては、上下に位置する一対のダミー
膜２６，２６間が図示縦方向に長尺状の上部電極層２８
により接続されている。

【００３３】上記のように構成した第１具体例に係る磁
気抵抗センサにおいては、多数の磁気トンネル構造部２
０及び金属抵抗部３０が直列かつ交互に順次接続されて
いるが、同センサの等価回路は、図１(Ａ)に示す第１基
本構成例に示したものと同じである。したがって、この
第１具体例に係る磁気抵抗センサにおいても、磁気トン
ネル構造部２０が金属抵抗部３０によって上述したよう
に温度補償されて、温度変化に対する磁気抵抗センサの
抵抗値の変化が小さくなり外部磁界の変化の検出精度が
良好になるとともに、使用可能な温度範囲を広くするこ
とができて同磁気抵抗センサを温度が大きく変化する環
境下でも使用することができるようになる。

【００３４】次に、上記のように構成した磁気抵抗セン
サにおける温度と抵抗値の変化に関する実験結果につい
て説明しておく。この実験においては、金属抵抗部３０
を有していない従来の磁気抵抗センサ及び金属抵抗部３
０を付加した本発明に係る磁気抵抗センサのそれぞれ対
して１ｍＡの定電流を流すとともに、各磁気抵抗センサ
に対して外部磁界を−１００エルステッドから１００エ
ルステッドまで連続的に往復して変化させながら、各磁
気抵抗センサの両端間の電圧を測定した。

【００３５】図５は、従来技術に相当する金属抵抗部３
０を有さず、２５℃（室温）での磁界変化による最大及
び最小抵抗値がそれぞれ１．３８Ω，１．１７Ωであ
り、１５０℃での磁界変化による最大及び最小抵抗値が
それぞれ１．２８Ω，１．１３Ωである磁気トンネル効
果素子を１０００個（上記磁気トンネル構造部２０を５
００個）直列に接続した磁気抵抗センサについて、２５
℃における磁気−抵抗変化特性（図示実線）及び１５０
℃における磁気−抵抗変化特性（図示破線）を示してい
る。これによれば、磁気抵抗センサ全体における２５℃
（室温）での磁界変化による最大及び最小抵抗値がそれ
ぞれ１．３８ｋΩ，１．１７ｋΩとなるとともに、１５
０℃での磁界変化による最大及び最小抵抗値がそれぞれ
１．２８Ω，１．１３ｋΩとなり、同磁気抵抗センサの
磁気抵抗変化率は、２５℃で１８％、１５０℃で１３％
であった。

【００３６】図６は、前記１０００個の磁気トンネル効
果素子に、抵抗値が２５℃で０．１４Ω、１５０℃で
０．２Ωの金属抵抗部３０を１０００個直列に接続した
磁気抵抗センサについて、２５℃における磁気−抵抗変
化特性（図示実線）及び１５０℃における磁気−抵抗変
化特性（図示破線）を示している。これによれば、磁気
抵抗センサ全体における２５℃（室温）での磁界変化に
よる最大及び最小抵抗値がそれぞれ１．５２ｋΩ，１．
３１ｋΩとなるとともに、１５０℃での磁界変化による
最大及び最小抵抗値がそれぞれ１．４８Ω，１．３３ｋ
Ωとなり、同磁気抵抗センサの磁気抵抗変化率は、２５
℃で１３％、１５０℃で１１％であった。

【００３７】この実験結果からも、温度変化に対する本
発明に係る磁気抵抗センサの抵抗値の変化が小さくなり
外部磁界の変化の検出精度が良好になるとともに、使用
可能な温度範囲を広くすることができて同磁気抵抗セン
サを温度が大きく変化する環境下でも使用することがで
きることが解る。また、前記結果から、金属抵抗部３０
を付加しても、磁気抵抗センサの磁気抵抗変化率はそれ
ほど低下しないことも理解できる。

【００３８】次に、前記第１具体例の変形例について説
明すると、図７は層間絶縁膜２７を省略した状態で同変
形例に係る磁気抵抗センサを平面視した同センサの概略
平面図であり、図８(Ａ)は図７の８Ａ−８Ａ線に沿って
見た同センサの一部の拡大断面図であり、図８(Ｂ)は図
７の８Ｂ−８Ｂ線に沿って見た同センサの一部の拡大断
面図である。

【００３９】この変形例は、一対の磁気トンネル効果素
子を一組とした磁気トンネル構造部２０を基板１０上に
短い間隔で順次配置するとともに、金属抵抗部３０を一
箇所に集中させて配置している。金属抵抗部３０は、上
記第１具体例と同様に、基板１０上に設けた絶縁膜３１
を介して金属抵抗膜３２を設けるとともに、同金属抵抗
膜３２の両端上に上部電極層２８，２８を設けたもので
あるが、絶縁膜３１及び金属抵抗膜３２は上記第１具体
例の場合よりも図示横方向に長く構成されている。

【００４０】このように構成した変形例においても、金
属抵抗膜３２は磁気トンネル構造部２０と同一基板１０
上に近接して設けられており、また金属抵抗膜３２の膜
厚、長さ、幅などを調整することによって抵抗値を上記
第１具体例と同じにすることができる。したがって、こ
の変形例においても、上記第１具体例と同様な効果が期
待できる。

【００４１】なお、上記第１具体例の変形例において
は、長く構成した金属抵抗膜３２を有する金属抵抗部３
０を基板１０上の一箇所にだけ設けるようにしたが、同
金属抵抗部３０を基板１０上の複数箇所に設けるように
してもよい。

【００４２】ｃ．第２具体例次に、上記第１基本構成例の第２具体例について説明す
ると、図９は層間絶縁膜２７を省略した状態で同第２具
体例に係る磁気抵抗センサを平面視した同センサの概略
平面図であり、図１０は図９の１０−１０線に沿って見
た同センサの一部の拡大断面図である。

【００４３】この第２具体例は、上記第１具体例の磁気
トンネル構造部２０を順次連結して構成されているが、
一対の磁気トンネル効果素子の各間の下部電極層２１及
び強磁性膜２２を同磁気トンネル構造部２０の配列方向
（図示横方向）に長く構成して、同下部電極層２１及び
強磁性膜２２が金属抵抗部３０を構成するようにしてい
る。

【００４４】すなわち、各磁気トンネル構造部２０を構
成する直列接続された一対の磁気トンネル効果素子間を
流れる電流は下部電極層２１及び強磁性膜２２を通り、
これらの下部電極層２１及び強磁性膜２２は、前記電流
の流れる方向に長く設定されているので、温度上昇にし
たがって抵抗値を増加させる機能を有し、同下部電極層
２１及び強磁性膜２２が金属抵抗部３０を構成する。な
お、この場合、磁気トンネル構造部２０の配列方向に長
く構成した各下部電極層２１及び強磁性膜２２の膜厚、
長さ、幅などを調整することにより、金属抵抗部３０の
合計抵抗値の大きさを調整できる。他の構成について
は、上記第１具体例と同じである。

【００４５】次に、前記第２具体例の変形例について説
明すると、図１１は層間絶縁膜２７を省略した状態で同
変形例に係る磁気抵抗センサを平面視した同センサの概
略平面図であり、図１２(Ａ)は図１１の１２Ａ−１２Ａ
線に沿って見た同センサの一部の拡大断面図であり、図
１２(Ｂ)は図１１の１２Ｂ−１２Ｂ線に沿って見た同セ
ンサの一部の拡大断面図である。

【００４６】この変形例は、上記第１具体例の変形と同
様に、一対の磁気トンネル効果素子を一組とした磁気ト
ンネル構造部２０を基板１０上に短い間隔で順次配置す
るとともに、金属抵抗部３０を一箇所に集中させて配置
している。金属抵抗部３０は、上記第２具体例と同様
に、両端部に一対の磁気トンネル効果素子を配置すると
ともに、基板１０上に設けた下部電極層２１及び強磁性
膜２２により構成されるものであるが、下部電極層２１
及び強磁性膜２２は上記第２具体例の場合よりも図示横
方向に長く構成されている。この場合、金属抵抗部３０
を構成する強磁性膜２２は層間絶縁膜２７により覆われ
ていない。なお、下部電極層２１及び強磁性膜２２の膜
厚、長さ、幅などを調整することにより、金属抵抗部３
０の合計抵抗値の大きさを調整できる。

【００４７】また、この第２具体例の変形例において
も、長く構成した下部電極層２１及び強磁性膜２２から
なる金属抵抗部３０を基板１０上の一箇所にだけ設ける
ようにしたが、同金属抵抗部３０を基板１０上の複数箇
所に設けるようにしてもよい。

【００４８】このように構成した第２具体例及びその変
形例においても、金属抵抗部３０を構成する下部電極層
２１及び強磁性膜２２は磁気トンネル構造部２０と同一
基板１０上に近接して設けられており、また下部電極層
２１及び強磁性膜２２の膜厚、長さ、幅などを調整する
ことによって抵抗値を上記第１具体例と同じにすること
ができる。したがって、この第２具体例及びその変形例
においても、上記第１具体例と同様な効果が期待でき
る。

【００４９】ｄ．第３具体例次に、上記第１基本構成例の第３具体例について説明す
ると、図１３は層間絶縁膜２７を省略した状態で同第３
具体例に係る磁気抵抗センサを平面視した同センサの概
略平面図であり、図１４(Ａ)は図１３の１４Ａ−１４Ａ
線に沿って見た同センサの一部の拡大断面図であり、図
１４(Ｂ)は図１３の１４Ｂ−１４Ｂ線に沿って見た同セ
ンサの一部の拡大断面図でありる。

【００５０】この第３具体例は、上記第１及び第２具体
例の各変形例と同様に、一対の磁気トンネル効果素子を
一組とした磁気トンネル構造部２０を基板１０上に短い
間隔で順次配置するとともに、金属抵抗部３０を一箇所
に集中させて配置している。この場合、金属抵抗部３０
は、上記各例と同様な一つの磁気トンネル効果素子のダ
ミー膜２６を金属抵抗膜として利用している。なお、製
造上の共通化のために、基板１０上に、下部電極層２
１、強磁性膜２２，２３、絶縁層２４及び強磁性膜２５
からなる積層構造を有し、同積層構造上にダミー膜２６
（金属抵抗膜）を設けているが、この積層構造は磁気ト
ンネル効果素子としては機能しない。そして、この積層
構造及びダミー膜２６（金属抵抗膜）は、上記各例にお
ける一組の磁気トンネル効果素子よりも図示横方向に長
く構成されており、その両端は上部電極層２８，２８に
接続されている。なお、この場合、ダミー膜２６（金属
抵抗膜）の膜厚、長さ、幅などを調整することにより、
金属抵抗部３０の合計抵抗値の大きさを調整できる。

【００５１】また、この第３具体例においても、長く構
成したダミー膜２６（金属抵抗膜）からなる金属抵抗部
３０を基板１０上の一箇所にだけ設けるようにしたが、
同金属抵抗部３０を基板１０上の複数箇所に設けるよう
にしてもよい。

【００５２】このように構成した第３具体例において
も、金属抵抗部３０を構成するダミー膜２６（金属抵抗
膜）は磁気トンネル構造部２０と同一基板１０上に近接
して設けられており、またダミー膜２６（金属抵抗膜）
の膜厚、長さ、幅などを調整することによって抵抗値を
上記各例と同じにすることができる。したがって、この
第３具体例及びその変形例においても、上記第１具体例
と同様な効果が期待できる。

【００５３】ｅ．その他の変形例上記図７，１１，１３に示すように金属抵抗部３０を長
尺状に形成した場合には、その中間部に切欠きなどを設
けて抵抗値を調整することもできる。例えば、図１５
は、上記第２具体例の変形例（図１１）をさらに変形し
た磁気抵抗センサを概略平面図により示している。この
変形例においては、金属抵抗膜３０を構成する強磁性膜
２２及び下部電極層２１にトリミングを行ってその一部
に切欠き２２ａを設けたものであり、これにより、強磁
性膜２２及び下部電極層２１の抵抗値を簡単に調整する
ことができる。

【００５４】また、上記第１具体例及びその変形例では
金属抵抗部３０を構成する金属抵抗膜３２をＡｌで構成
し、上記第２具体例及びその変形例では金属抵抗部３０
の一部を構成する下部電極層２１をＣｒ又はＴｉで構成
し、上記第３具体例及びその変形例では金属抵抗部３０
を構成するダミー膜２６（金属抵抗膜）をＭｏで構成し
た。しかし、これらの金属抵抗部３０を構成する各膜及
び層をそれぞれ単体金属であるＡｌ，Ｃｕ，Ｍｏなどの
うちのいずれか一つで構成できる。この場合、Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｍｏなどの単体金属の前記温度特性は、特に室温
（２５℃）付近で直線性がよいので、これらのＡｌ，Ｃ
ｕ，Ｍｏなどのうちのいずれか一つを金属抵抗部３０に
用いた磁気抵抗センサは室温付近の狭い範囲内で使用す
るのに適する。

【００５５】また、前記金属抵抗部３０を構成する各膜
及び層をそれぞれ単体金属であるＮｉ，Ｓｎ，Ｆｅなど
のうちのいずれか一つで構成できる。この場合、Ｎｉ，
Ｓｎ，Ｆｅなどは温度上昇にしたがった抵抗値の増加に
おける傾きが大きいので、温度特性の補償に伴う磁気抵
抗変化率の低下を最小限に抑えることができ、高い磁気
抵抗変化率を必要とする磁気抵抗センサに適する。

【００５６】また、上記実施形態では、強磁性膜２２を
ＣｏＰｔＣｒで構成したが、この強磁性膜２２をＣｏＣ
ｒ、ＣｏＴａＣｒ，ＮｉＣｒなどの保磁力の大きな合金
で構成することができる。また、強磁性膜２３の磁化の
向きを固定するための強磁性膜２２を、ＰｔＭｎ，Ｎｉ
Ｍｎ，ＩｒＭｎ，ＲｈＭｎ，ＦｅＭｎ等の反強磁性膜で
置換することもできる。

【００５７】上記各具体例及びその変形例においては、
一つの磁気トンネル構造部２０において、下部電極層２
１及び強磁性膜２２（又は反強磁性膜）を共通にし、同
共通の強磁性膜２２上に、各一対の強磁性膜２３、絶縁
層２４、強磁性膜２５及びダミー膜２６を分離して設け
るようにした。しかし、下部電極層２１、強磁性膜２２
（又は反強磁性膜）及び強磁性膜２３までを共通にし、
同共通の強磁性膜２３上に、各一対の絶縁層２４、強磁
性膜２５及びダミー膜２６を分離して設けるように構成
してもよい。

【００５８】また、下部電極層２１のみを共通にし、同
共通の下部電極層２１上に、各一対の強磁性膜２２（又
は反強磁性膜）、強磁性膜２３、絶縁層２４、強磁性膜
２５及びダミー膜２６を分離して設けるようにしてもよ
い。特に、第２具体例（図９,１０）及びその変形例
（図１１，１２）においては、金属抵抗部３０を下部電
極層２１及び強磁性膜２２で構成したので、この場合に
は、金属抵抗部３０は下部電極層２１のみで構成される
ことになる。そして、この下部電極層２１は単体金属で
構成されるので、この電極層２１の膜厚、長さ、幅など
を変更すれば、同変更が金属抵抗部３０の抵抗値の変化
に直接関係するので、本発明には好適である。

【００５９】また、自由磁化層である強磁性膜２５を下
部電極層２１と絶縁層２４と間に配置して下磁性層とす
るとともに、固定磁化層としての強磁性膜（又は反強磁
性膜）２２及び強磁性膜２３を絶縁層２４とダミー膜２
６との間に配置して上磁性層としてもよい。この場合、
強磁性膜２５を構成するＣｏ膜を絶縁層２４に接するよ
うにするとともに、Ｃｏ膜と下部電極層２１との間にＮ
ｉＦｅ膜を配置するようにする。また、固定磁化層を構
成する強磁性膜２３を絶縁層２４に接するようにすると
ともに、強磁性膜２２を絶縁層２４とダミー膜２６との
間に配置するようにする。

【００６０】さらに、上記第２基本構成例を具体化する
場合には、上記第１及び第２具体例の各変形例並びに上
記第３具体例及びその変形例における金属抵抗部３０を
磁気トンネル構造部２０とは異なる基板に形成するよう
にすればよい。ただし、この場合でも、金属抵抗部３０
の温度変化を磁気トンネル構造部２０の温度変化に追従
させるために金属抵抗部３０と磁気トンネル構造部２０
とを近接させて使用するようにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 (Ａ)は本発明に係る磁気抵抗センサの第1基
本構成例を示す概略平面図であり、(Ｂ)は同センサの第
２基本構成例を示す概略平面図である。

【図２】 (Ａ)は磁気トンネル効果素子の磁界変化によ
る最大及び最小抵抗値、並びに金属抵抗の抵抗値の温度
変化特性を示すグラフであり、(Ｂ)は本発明に係る磁気
抵抗センサの磁界変化による最大及び最小抵抗値の温度
変化特性の一例を示すグラフであり、(Ｃ)は本発明に係
る磁気抵抗センサの磁界変化による最大及び最小抵抗値
の温度変化特性の他の例を示すグラフである。

【図３】前記第１基本構成例の第１具体例を表す磁気
抵抗センサの概略平面図である。

【図４】図３の４−４線に沿って見た磁気抵抗センサ
の一部の拡大断面図である。

【図５】従来の磁気抵抗センサの磁気−抵抗変化特性
を表すグラフである。

【図６】本発明に係る磁気抵抗センサの磁気−抵抗変
化特性を表すグラフである。

【図７】前記第１具体例の変形例を表す磁気抵抗セン
サの概略平面図である。

【図８】 (Ａ)は図７の８Ａ−８Ａ線に沿って見た磁気
抵抗センサの一部の拡大断面図であり、(Ｂ)は図７の８
Ｂ−８Ｂ線に沿って見た磁気抵抗センサの一部の拡大断
面図である。

【図９】前記第１基本構成例の第２具体例を表す磁気
抵抗センサの概略平面図である。

【図１０】図９の１０−１０線に沿って見た磁気抵抗
センサの一部の拡大断面図である。

【図１１】前記第２具体例の変形例を表す磁気抵抗セ
ンサの概略平面図である。

【図１２】 (Ａ)は図１１の１２Ａ−１２Ａ線に沿って
見た磁気抵抗センサの一部の拡大断面図であり、(Ｂ)は
図１１の１２Ｂ−１２Ｂ線に沿って見た磁気抵抗センサ
の一部の拡大断面図である。

【図１３】前記第１基本構成例の第３具体例を表す磁
気抵抗センサの概略平面図である。

【図１４】 (Ａ)は図１３の１４Ａ−１４Ａ線に沿って
見た磁気抵抗センサの一部の拡大断面図であり、(Ｂ)は
図１３の１４Ｂ−１４Ｂ線に沿って見た磁気抵抗センサ
の一部の拡大断面図である。

【図１５】前記第２具体例の変形例をさらに変形した
磁気抵抗センサの概略平面図である。

【符号の説明】

１０…基板、２０…磁気トンネル構造部、２１…下部電
極層、２２，２３，２５…強磁性膜、２４…絶縁層、２
６…ダミー膜（金属抵抗膜）、２７…層間絶縁膜、２８
…上部電極層、３０…金属抵抗部、３１…絶縁膜、３２
…金属抵抗膜。

フロントページの続き (72)発明者金子明静岡県浜松市中沢町10番１号ヤマハ株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB05 AB07 AC04 AD55 AD62 AD63 AD65 5D034 BA04 BA15 BA16 CA03 CA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上磁性層と下磁性層との間に絶縁層を挟ん
で構成した磁気トンネル効果素子と、前記磁気トンネル
効果素子に電気的に直列に接続した温度補償用の金属抵
抗とを備えた磁気抵抗センサ。
【請求項２】前記磁気トンネル効果素子と前記金属抵抗
とを同一基板上に形成した前記請求項１に記載の磁気抵
抗センサ。
【請求項３】前記請求項２に記載の磁気抵抗センサにお
いて、前記金属抵抗を前記基板上にて前記磁気トンネル
効果素子と並設するとともに、前記磁気トンネル効果素
子と前記金属抵抗とを電極層により電気的に接続した磁
気抵抗センサ。
【請求項４】前記請求項２に記載の磁気抵抗センサにお
いて、前記金属抵抗を前記磁気トンネル効果素子のため
の電極層で構成した磁気抵抗センサ。
【請求項５】前記請求項２乃至請求項４のうちのいずれ
か一つに記載の磁気抵抗センサにおいて、前記磁気トン
ネル効果素子を前記基板上に複数設けるようにした磁気
抵抗センサ。
【請求項６】前記請求項１に記載の磁気抵抗センサにお
いて、前記金属抵抗を前記磁気トンネル効果素子を設け
た基板の近傍に設けた磁気抵抗センサ。
【請求項７】前記請求項１乃至請求項６のいずれか一つ
に記載の磁気抵抗センサにおいて、前記金属抵抗として
単体金属を用いたことを特徴とする磁気抵抗センサ。