JP2005197364A - 磁界検出素子、磁界検出器、磁界検出方法および磁界検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな信号出力と高精度の外部磁界応答性とを両立させた磁界検出素子、磁界検出器および磁界検出方法を提供する。
【解決手段】 連続した１つの層から構成され、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層７と、その自由層の上に位置し、磁化方向が第１の方向３ａに固定された第１の固着層５ａと、第１の固着層と同形で、上記の自由層の上に位置し、磁化方向が第１の方向と反平行な第２の方向３ｂに固定された第２の固着層５ｂとを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁界検出素子、磁界検出器および磁界検出方法に関し、より具体的には、巨大磁気抵抗効果若しくはトンネル磁気抵抗効果により磁界検出を行う磁界検出素子、磁界検出器、磁界検出方法および磁界検出素子の製造方法に関するものである。

磁気抵抗（ＭＲ：magnetoresistive）効果は、磁性体に磁界を加えることにより電気抵抗が変化する現象であり、磁界検出器や磁気ヘッドなどに利用されている。近年、非常に大きな磁気抵抗効果を示す巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：giant magnetoresistance）効果材料として、Ｆｅ／Ｃｒ、Ｃｏ／Ｃｕなどの人工格子膜などが、たとえば後掲する非特許文献１，２で紹介されている。

また、強磁性層間の交換結合作用がなくなる程度の厚さの非磁性金属層が間に挟まれるように配置された、強磁性層／非磁性層／強磁性層／反強磁性層からなる多層構造において、強磁性層／反強磁性層を交換結合させて、その強磁性層の磁気モーメントを固定し、他方の強磁性層のスピンのみを外部磁界で容易に反転できるようにした、いわゆるスピンバルブ膜が知られている。反強磁性体としては、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどが用いられている。この場合、２つの強磁性層間の交換結合が弱く小さな磁界でスピンが反転できるので、上記交換結合膜に比べて高感度の磁気抵抗素子を提供できる。このため、上記スピンバルブ膜は、膜面内方向に電流を流すことにより高密度磁気記録用再生ヘッドとして用いられている。

一方、膜面に対して垂直方向に電流を流す垂直磁気抵抗効果を利用すると、さらに大きな磁気抵抗効果が得られることが、たとえば後掲する非特許文献３に示されている。

さらには、強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる３層膜において、外部磁界によって２つの強磁性層のスピンを互いに平行または反平行にすることにより、膜面垂直方向のトンネル電流の大きさが異なることを利用した、強磁性トンネル接合によるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magneto-resistive）効果が、たとえば後掲する非特許文献４に示されている。

近年、ＧＭＲおよびＴＭＲ素子を、磁気ヘッドや磁界検出器ではなく、不揮発性磁気記憶半導体装置（ＭＲＡＭ：magnetic random access memory）に利用する研究が、たとえば非特許文献５〜７に示されている。

上記不揮発性磁気記憶半導体装置にＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いることを目的にして、保磁力の異なる２つの強磁性層で非磁性金属層を挟んだ擬スピンバルブ型や、前述のスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が検討されている。磁界検出器にＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が用いられた場合、これらの素子の磁性層が外部磁界に応答して、各素子を構成する２つの磁性層の相対角を互いに変えることにより、信号読出しを行う。この際の読出しはＧＭＲやＴＭＲ効果を利用して行なわれる。

以下にスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁界検出器の具体的な検出動作について説明する。ここでは、１個の磁気抵抗効果素子からなる場合であり、無磁界において自由層の磁化方向と固着層の磁化方向とが９０°の角をなす場合を考える。固着層の磁化方向に沿って外部磁界が印加されると、自由層の磁化はその外部磁界によりその方向を変化させる。この際、自由層の磁化方向と固着層の磁化方向とがなす角に応じて、素子の抵抗値は線形に変化する。

具体的には固着層の磁化方向を０度方向とし、それに対して外部磁界Ｈが印加された際に自由層の磁化方向が上記固着層の磁化方向となす角をθとしたとき、素子抵抗の変化はcosθに反比例する。自由層が一軸異方性を持った軟磁性膜である場合、cosθ＝｜Ｈｋ｜／Ｈとなる。ここでＨｋは自由層の異方性磁界である。この結果、素子抵抗Ｒ＝Ｒｍ＋（ΔＲ／２）・（Ｈ／｜Ｈｋ｜）となる。ここでＲｍは素子抵抗がとり得る最大の抵抗値と最小の抵抗値との中間の抵抗値であり、無磁界中での素子抵抗である。ΔＲは素子の磁気抵抗変化率である。上記素子抵抗Ｒは外部磁界に比例するため、素子抵抗を得ることにより外部磁界の大きさを検出することが可能である。また、固着層の磁化方向において検出可能な磁界領域、すなわち動作領域はＨ≦｜Ｈｋ｜である。

上記の外部磁界に依存した素子抵抗により素子を流れる電流または素子にかかる電圧が変化するので、この電流または電圧を測定することにより磁界を検出することができる。

上記の説明は単体のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁界検出器の例であったが、４つのスピンバルブ型素子を用いてブリッジ回路を形成する例が、後掲する特許文献１において提案されている。

上記提案では、４つのスピンバルブ型磁気抵抗効果素子をブリッジ回路の抵抗素子として、隣り合う固着層の磁化方向が互いに反平行となるように配置している。このブリッジ回路で電位差の差動検出を行うことにより、高出力の磁界検出器を形成することができる。外部磁界Ｈ、電流Ｉのとき、上記磁界検出器で得られる電位差はΔＶ＝（Ｉ／２）・（ΔＲ・Ｈ／｜Ｈｋ｜）である。
特許第３０１７０６１号公報 D.H. Mosca et al.,"Oscillatory interlayer coupling and giant magnetoresistance in Co/Cu multilayers", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 94 (1991) pp.L1-L5 S.S.P.Parkin et al.,"Oscillatory Magnetic Exchange Coupling through Thin Copper Layers", Physical Review Letters, vol.66, No.16, 22 April 1991, pp.2152-2155 W.P.Pratt et al.,"Perpendicular Giant Magnetoresistances of Ag/Co Multilayers", Physical Review Letters, vol.66, No.23, 10 June 1991, pp.3060-3063 T. Miyazaki et al.,"Giant magnetic tunneling effect in Fe/Al2O3/Fe junction", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 139 (1995), pp.L231-L241 S.Tehrani et al.,"High density submicron magnetoresistive random access memory (invited)", Journal of Applied Physics, vol.85, No.8, 15 April 1999, pp.5822-5827 S.S.P.Parkin et al.,"Exchange-biased magnetic tunnel junctions and application to nonvolatile magnetic random access memory (invited)", Journal of Applied Physics, vol.85, No.8, 15 April 1999, pp.5828-5833 ISSCC 2001 Dig of Tech. Papers, p.122

上記ブリッジ回路によれば、大きな出力信号を得ることは可能であるが、独立した４個のスピンバルブ型素子において等しいＨｋを得る必要がある。Ｈｋは自由層の形状に依存するので、これは製造工程における形状のバラツキの影響を大きく受けることを意味する。また、固着層と自由層の形状が同じ場合、それぞれに最適な形状を用いることができず、形状磁気異方性を十分に活用することができない。さらには、磁界検出器を小型化した場合、素子間の静磁結合により検出される磁界に誤差が生じる可能性がある。すなわち、上記磁界検出器は大きな出力信号を得ることはできるが高精度の外部磁界応答性を得ることが難しい。このため、大きな信号出力と高精度の外部磁界応答性とを両立させた磁界検出素子、磁界検出器および磁界検出方法の開発が要望されていた。

本発明の目的は、大きな信号出力と高精度の外部磁界応答性とを両立させた磁界検出素子、磁界検出器、磁界検出方法および磁界検出素子の製造方法を提供することにある。

本発明の磁界検出素子は、連続した１つの層から構成され、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、その自由層の上に位置し、磁化方向が第１の方向に固定された第１の固着層と、第１の固着層と同形で、上記の自由層の上に位置し、磁化方向が第１の方向と反平行な第２の方向に固定された第２の固着層とを含む。

上記構成により、１つの自由層の上に同じ形状の２つの固着層を、フォトリソグラフィ技術を用いて、精度よく揃えて形成することができる。このため大きな信号出力と、高精度な外部磁界応答性とを兼ね備えることができる。

なお、上記各固着層は、平面的に見てもまた厚み方向に沿っても、自由層に対して同形である。したがって、上記自由層と、各固着層との間にトンネル絶縁層を挟む場合、各固着層に共通した同じ厚さの同じ材料で構成されるトンネル絶縁層が介在する。また、「自由層の上に位置する」とは、とくに限定しなければ、自由層に接触して上に位置する場合と、自由層と接触しないで自由層との間に他の層を介在させて位置する場合の両方をさす。以後においても同様とする。

本発明の磁界検出方法は、連続した１つの層からなり、磁界によって磁化方向が変化する自由層に対して、第１の方向に磁化した固着層と、第１の方向に反平行に磁化した固着層とを配置して、磁界に対して前記２つの固着層に生じる電気抵抗の差を測定することにより、磁界を検出する。

また、本発明の別の磁界検出方法は、連続した１つの層からなり、磁界によって磁化方向が変化する自由層に対して、第１の方向に磁化した固着層と、第１の方向に対し反平行に磁化した固着層とを配置した磁界検出素子を２つ並列に固着層の磁化の向きを揃えて結合し、その４つの固着層によりブリッジ回路を形成し、そのブリッジ回路により平行および反平行の関係にある固着層に生じる電気抵抗の差を測定して磁界を検出する。

本発明の磁界検出素子の製造方法は、強磁性層からなる自由層を準備する工程と、自由層の上に強磁性層からなる固着層を成膜する工程と、自由層の上における固着層を２つの固着層に分離し、その２つの固着層が同じ形状となるように、フォトリソグラフィによりパターニングする工程とを含む。

この構成により、１つの自由層の上に２つの固着層の形状を精度よく揃えて形成することができる。このため大きな信号出力と、高精度な外部磁界応答性とを兼ね備えることができる。しかも上記フォトリソグラフィの技術は長年にわたって膨大な累積のある半導体製造技術と共通するものであり、したがって半導体製造技術を適用して高精度の磁界検出素子を高能率で製造することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、その具体例を図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における磁界検出器を示す斜視図である。ここに示す磁界検出素子は１つの自由層７と２つの固着層５ａ，５ｂとからなり、その間にトンネル絶縁層６ａ，６ｂが存在する。自由層７は、その形状磁気異方性によりその磁化容易軸は、形状の長手方向となる。これに対し２つの固着層の磁化３ａ，３ｂは、自由層の磁化容易軸２に対し垂直方向となるように形成され、かつ互いに逆の方向（反平行方向）を向いている。自由層７には電流を供給するための配線８が接続されている。各固着層５ａ，５ｂに、１つの配線９ａ，９ｂがこのあと説明する反強磁性層を介在させて接続され、検出回路１０へと接続されている。

自由層７は強磁性層よりなっており、たとえばＮｉＦｅ層よりなっている。トンネル絶縁層６ａ，６ｂはたとえばＡｌＯ_x層よりなっている。図１ではトンネル絶縁層６ａ，６ｂは互いに分離しているが、トンネル絶縁層６ａ，６ｂは１つの連続した層であってもよい（〒：よろしいですか）。

固着層５ａ，５ｂは、たとえば反強磁性層４ａ，４ｂと強磁性層との積層構造とすることにより磁化方向を固定されている。つまり、反強磁性層が強磁性層のスピンの向きを固定することで、強磁性層の磁化方向が一定に保たれている。この反強磁性層が強磁性層の上に形成されている。強磁性層５ａ，５ｂはたとえばＣｏＦｅ層よりなっており、反強磁性層４ａ，４ｂはたとえばＩｒＭｎ層よりなっている。

自由層７および固着層５ａ，５ｂは、たとえばフォトリソグラフィーにより形成する。この場合、自由層、トンネル絶縁膜および固着層の膜を形成した後、この上にフォトレジストによるパターンを形成する。その後、第一にたとえばイオンミリングまたは反応性イオンエッチングにより自由層７の形状を形成し、第二に同様にして固着層５ａ，５ｂおよび反強磁性層４ａ，４ｂの形状を形成する。この第二の固着層形状の形成時には、固着層５ａ，５ｂまたはトンネル絶縁層６ａ，６ｂまでのエッチングでプロセスを停止する。これにより自由層７と固着層５ａ，５ｂとでそれぞれ異なる形状を得ることが可能である。固着層とトンネル絶縁層とは、平面的に見て互いに同形となる。

固着層５ａ，５ｂの磁化方向３ａ，３ｂの固定は、たとえば熱処理により可能である。ここでは図示しないがたとえば自由層７の両端に配線を接続し、配線８からこれらに電流１１を流す。配線８が２つの固着層５ａ，５ｂの間に位置する場合、電流は自由層７のそれぞれ両端に向かって流れる。これにより固着層５ａ，５ｂにはそれぞれ逆向きの磁界が印加される。反強磁性層４ａ，４ｂと固着層５ａ，５ｂの磁気的相互作用が無くなるブロッキング温度以上において、固着層の飽和磁化を発生するための電流を流す。この状態でブロッキング温度以下に温度を下げることにより、固着層５ａ，５ｂにおいてそれぞれ逆向きでかつ自由層７の長手方向２に垂直な磁化３ａ，３ｂが得られる。

上記の固着層の磁化方向は、例えば外部磁界を印加した状態で反強磁性層４ａに局所的に熱処理を実施し、その後に逆向きの磁界を印加した状態で反強磁性層４ｂに局所的に熱処理を実施することによっても形成可能である。

なお、配線８，９ａ，９ｂは、たとえばＡｌ層よりなっている。

次に、本実施の形態の磁界検出器における検出動作について説明する。

図１に示すとおり、磁界検出時に、配線８に矢印１１で示す方向に電流を流す。これにより、自由層を介して２つのＴＭＲ素子にそれぞれ垂直に電流Ｉが流れる。この際、外部磁界が印加されたときの自由層の磁化２２と、ＴＭＲ素子１ａにおける固着層の磁化３ａとのなす角（〒：よろしいでしょうか）がθであるとした場合（図２参照）、もう１方の素子１ｂでは、その固着層の磁化３ｂと自由層の磁化２２とのなす角は１８０°−θである。この結果、ＴＭＲ素子１ａにおける素子抵抗はＲａ＝Ｒｍ＋ΔＲ／２・Ｈ／｜Ｈｋ｜となり、またＴＭＲ素子１ｂにおける素子抵抗はＲｂ＝Ｒｍ−ΔＲ／２・Ｈ／｜Ｈｋ｜となる。すなわち、２つのＴＭＲ素子はＲｍに対しそれぞれ逆の抵抗変化を示す。

これによりＴＭＲ素子１ａおよび１ｂを流れる電流Ｉａ、Ｉｂは、それぞれＩａ＝Ｉ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）、Ｉｂ＝Ｉ・Ｒａ／（Ｒａ＋Ｒｂ）となり、両者の差ΔＩ＝Ｉ／２・ΔＲ／Ｒｍ・Ｈ／｜Ｈｋ｜が出力信号として検出される。

本実施の形態によれば、自由層７が２つのＴＭＲ素子１ａ，１ｂに共有されているために、その２つの磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂにおいて同じ磁気応答性が得られ、かつ差動検出を用いているために大きな出力信号が得られる。これにより検出性能の信頼性が向上する。また、自由層７が共有されているために自由層同士の磁気的な相互作用もない。さらに、自由層７と固着層５ａ，５ｂの形状が異なるために、自由層７の形状の自由度が増し、所望の形状磁気異方性が得られ、これにより所望の磁気応答特性が得られる。

なお、２つのＴＭＲ素子１ａ，１ｂは、平面的に見て同形であるだけでなく、その厚み方向の構成においても、固着層の磁化の方向が互いに反平行であること以外は、同形である。すなわち、各層の厚みや材料構成など同じである。以後の実施の形態においても同じである。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における磁界検出器を示す斜視図である。ここに示す磁界検出器は、実施の形態１で示した磁界検出器と実質的に同様な形態であるが、自由層７が磁気的に結合した積層膜により構成される。ここでは、たとえば自由層７は、磁性層1７ａ、１７ｂ、非磁性層２７、磁性層３７により形成される。

上記積層構造の自由層を形成するとき、実施の形態１において説明したように、固着層５ａ，５ｂおよびトンネル絶縁層を形成するときと同様に、自由層７を異なる材料の積層膜で構成することにより、自由層７内での各層のエッチングプロセスの停止が容易となる。たとえば、反応性イオンエッチングにより固着層５ａ，５ｂおよびトンネル絶縁層を形成する場合、自由層のなかの最上層の磁性層１７ａ，１７ｂがエッチングされ易く、かつその下の非磁性層２７がエッチングされ難いエッチングガスを用いることにより非磁性層２７におけるエッチングの停止が可能となる。このとき、固着層５ａ，５ｂと、トンネル絶縁層６ａ，６ｂと、自由層のなかの最上層１７ａ，１７ｂとは、平面的に見て同形となる。

磁性層１７ａ，１７ｂ，３７は強磁性層よりなっており、たとえばＮｉＦｅ層よりなっている。非磁性層２７は、磁性層１７ａ，１７ｂまたは３７とエッチング選択比が得られる材料であり、かつ磁性層１７ａ，１７ｂと磁性層３７との磁気的結合が得られればよくたとえばＲｕ層よりなっている。エッチングに用いるガスは例えば塩素を含む混合ガスであればよい。

磁性層１７ａ，１７ｂと磁性層３７とは磁気的に結合しているため、本実施の形態の磁界検出器における検出動作は実施の形態１と実質的に同一である。

また、本実施の形態によれば、固着層５ａ，５ｂの形成の際、自由層７のエッチングによる磁気特性の劣化を防ぐことが可能である。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における磁界検出器を示す図である。ここに示す磁界検出器は、実施の形態１で示した磁界検出素子を２つ並列に配線で接続した形態となっており、ブリッジ回路を形成している。４つの固着層の磁化３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ隣接する素子同士では逆向きとなっており、対角線に位置する素子同士では同一の方向を向いている。すなわち、四辺形の各コーナーに位置する各固着層が隣の固着層と互いに反平行の磁化を有し、任意の対向する２辺に外部端子を設け、残りの対向する２辺の間に検出計器を配置したブリッジ回路を構成し、磁界に対して検出計器に生じる電気抵抗の差を測定する。

前記実施の形態１で示した磁界検出素子を２つ並列に接続するための配線９ａ，９ｂは固着層同士を接続しており、それぞれ電位差検出用の配線１２ａ，１２ｂが接続されている。なお、上記の自由層７ａ，７ｂは、互いに分離した自由層であるが、それらを連続した１つの自由層として、１つの自由層の上に４つの固着層を形成してもよい。（〒：よろしいですか）
次に、本実施の形態の磁界検出器における検出動作について説明する。

図４に示されたとおり、磁界検出時に、配線８ａに矢印１１で示す方向に電流が流される。これにより、自由層を介して２個の素子１ａ，１ｂにそれぞれ垂直に電流Ｉが流れる。この電流は素子１ｃ、１ｄを介して配線８ｂへと流れる。ここでは、配線９ａと９ｂとの間における電位差を検出する。この際のそれぞれの素子を流れる電流は、外部磁場の有無にかかわらずＩ／２であり（〒：よろしいですか。）、電位は、配線９ａにおいてはＶａ＝Ｉ／２・Ｒａ＝Ｉ／２・（Ｒ０＋ΔＲ／２・Ｈ／｜Ｈｋ｜）、また配線９ｂにおいてはＶｂ＝Ｉ／２・Ｒｂ＝Ｉ／２・（Ｒ０−ΔＲ／２・Ｈ／｜Ｈｋ｜）である。

これにより検出される電位差、ΔＶ＝Ｉ／２・ΔＲ・Ｈ／｜Ｈｋ｜が出力信号として検出される。

本実施の形態によれば、実施の形態１で述べた効果に加え、さらに大きな出力信号を得ることが可能となる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における磁界検出器を示す断面図である。ここに示す磁界検出器は、実施の形態３で示した磁界検出器を積層構造により形成した形態となっており、ブリッジ回路を形成している。４つの固着層の磁化３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ隣接する素子同士では逆向きとなっており、対角線に位置する素子同士で同一の方向を向いている。前記実施の形態１で示した磁界検出素子を２つ並列に接続するための接続には、それぞれ金属層１３ａ，１３ｂが用いられる。その他は実施の形態２と同様である。

本実施の形態の磁界検出器における検出動作は実施の形態３と同一である。

本実施の形態によれば、実施の形態３で述べた磁界検出器を小型化することが可能である。

次に、上記の実施の形態を含めて、本発明の実施の形態について、羅列的に説明する。

まず、上記の自由層が、磁性層および／または非磁性層からなる層をさらに含み、少なくともそのうちの１つの層は第１および第２の固着層と同形にすることができる。

上記の構成によれば、磁界検出素子の形成のエッチング工程における自由層の損傷を防止可能であり、これによる素子の磁気応答特性の劣化を防止可能となる。

本発明の磁界検出器は、上記のいずれかの磁界検出素子を備え、自由層に磁界が印加された場合に、第１の固着層および第２の固着層を流れる電流の差、または第１の固着層を含む部分および第２の固着層を含む部分にかかる電圧の差、を差動方式で検出することができる。

上記の磁界検出器によれば、上記のいずれかの磁界検出素子において、大きな出力信号を得ることが可能となる。

上記本発明の磁界検出器において、上記いずれかの磁界検出素子が２つ並列に磁化の向きを揃えて位置し、その４つの固着層によりブリッジ回路を形成するようにできる。

上記の構成により 上記磁界検出器の効果と同様な効果に加え、さらに大きな出力信号を得ることが可能となる。

上記本発明の磁界検出器において、上記いずれかの磁界検出素子が２つ並列に磁化の向きを揃えて積層して位置し、その４つの固着層によりブリッジ回路を形成することができる。

この構成によれば、上記磁界検出器と同様なブリッジ回路による大きな出力信号を得る効果に加え、磁界検出器の小型化が可能である。

本発明の磁界検出素子の製造方法におけるパターニング工程では、固着層を選択的にエッチングし、自由層をエッチングしにくい異方性エッチングを用いることができる。

この構成により、下層の連続した自由層を共通にして精度よく固着層を形成することができる。上記本発明の製造方法は、長年にわたって培った高精度で高能率の半導体製造方法の技術を適用することができる。

また、上記においては磁界検出器について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、磁気記憶装置、磁気記録ヘッド、磁気記録媒体などのパターン化された磁気素子、および電流検出器、電力検出器、位置検出器、回転検出器などの被測定物が磁界を発する検出器など、類似する他の装置に広く適用することが可能である。

また、上記においては、２つまたは４つのトンネル磁気抵抗効果素子から構成される磁界検出器について説明したが、検出器にはそれ以外の数のトンネル磁気抵抗効果素子が含まれていてもよい。またトンネル磁気抵抗効果素子に限定されるものではない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

磁化方向が固定された固着層と、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層とを有する磁気抵抗効果素子を２つ以上備えた磁界検出素子であって、磁化方向が互いに異なる２つ以上の固着層が１つの自由層を共有するため、上記複数の磁界検出素子において同じ磁気応答性が得られるように容易に加工することができる。これにより検出性能の信頼性が向上する。また、自由層が共有されているために自由層同士の磁気的な相互作用もない。さらに、自由層と固着層の形状が異なるために、自由層の形状の自由度が増し、所望の形状磁気異方性が得られ、所望の磁界応答特性を得ることが可能である。このため、今後、高精度で高出力の磁界検出装置として広範に利用されることが期待される。

本発明の実施の形態１における磁界検出器を説明するための斜視図である。 図１の磁気抵抗効果素子における自由層および固着層の磁化方向を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における磁界検出器を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態３における磁界検出器を説明するための図である。 本発明の実施の形態４における磁界検出器を説明するための断面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 磁気抵抗効果素子、２ 無磁界における自由層の磁化方向、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 固着層の磁化方向、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 反強磁性層、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 固着層、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ トンネル絶縁層、７ 自由層、８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１２ａ，１２ｂ 金属配線、１０ センスアンプ、１１ 磁界検出時の電流方向、１３ａ，１３ｂ 接続用金属層、1７ａ，１７ｂ，３７ 積層膜からなる自由層における磁性層、２２ 磁界が印加された場合の自由層の磁化方向、２７ 積層膜からなる自由層における非磁性層。

Claims (9)

1. 連続した１つの層から構成され、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層と、
   前記自由層の上に位置し、磁化方向が第１の方向に固定された第１の固着層と、
   前記第１の固着層と同形で、前記自由層の上に位置し、磁化方向が前記第１の方向と反平行な第２の方向に固定された第２の固着層とを含む、磁界検出素子。
2. 前記自由層が、磁性層および／または非磁性層からなる層をさらに含み、少なくともそのうちの１つの層は前記第１および第２の固着層と同形である、請求項１に記載の磁界検出素子。
3. 請求項１または２に記載の磁界検出素子を備え、前記自由層に磁界が印加された場合に、前記第１の固着層および第２の固着層を流れる電流の差、または前記第１の固着層を含む部分および前記第２の固着層を含む部分にかかる電圧の差、を差動方式で検出する、磁界検出器。
4. 請求項１または２に記載の磁界検出素子が２つ並列に磁化の向きを揃えて位置し、その４つの固着層によりブリッジ回路を形成する、磁界検出器。
5. 請求項１または２に記載の磁界検出素子が２つ並列に磁化の向きを揃えて積層して位置し、その４つの固着層によりブリッジ回路を形成する、磁界検出器。
6. 連続した１つの層からなり、磁界によって磁化方向が変化する自由層に対して、第１の方向に磁化した固着層と、第１の方向に反平行に磁化した固着層とを配置して、磁界に対して前記２つの固着層に生じる電気抵抗の差を測定することにより、磁界を検出する磁界検出方法。
7. 連続した１つの層からなり、磁界によって磁化方向が変化する自由層に対して、第１の方向に磁化した固着層と、第１の方向に対し反平行に磁化した固着層とを配置した磁界検出素子を２つ並列に前記固着層の磁化の向きを揃えて結合し、その４つの固着層によりブリッジ回路を形成し、そのブリッジ回路により平行および反平行の関係にある固着層に生じる電気抵抗の差を測定して磁界を検出する、磁界検出方法。
8. 強磁性層からなる自由層を準備する工程と、
   前記自由層の上に強磁性層からなる固着層を成膜する工程と、
   前記自由層の上における前記固着層を２つの固着層に分離し、その２つの固着層が同じ形状となるように、フォトリソグラフィによりパターニングする工程とを含む、磁界検出素子の製造方法。
9. 前記パターニング工程において、前記固着層を選択的にエッチングし、前記自由層をエッチングしにくい異方性エッチングを用いる、請求項８に記載の磁界検出素子の製造方法。

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