JP2007064695A - 巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ及び同磁気センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 巨大磁気抵抗効果素子を利用した小型の磁気センサを提供すること。
【解決手段】 磁気センサが備えるＸ軸磁気センサ１１は、単一の基板１０ａと、複数のバイアス磁石膜１２〜１５と、単一膜固定層を備えた通常ＧＭＲ素子１６，１７と、多層膜積層固定層を備えたＳＡＦ素子１８，１９と、を備える。Ｘ軸磁気センサは、これらの通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子をフルブリッヂ接続した回路により外部磁界を検出する。通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子は、それらを構成する膜を基板上に形成し、それらの膜に同一方向の磁界を高温下で加えることにより、磁気検出方向が１８０度相違する巨大磁気抵抗効果素子となる。更に、各バイアス磁石膜は、通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子の両者にバイアス磁界を付与する。以上により、巨大磁気抵抗効果素子を近接配置できるので、小型な磁気センサが提供され得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、巨大磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ及びその製造方法に関する。

従来から知られる巨大磁気抵抗効果素子は、ピンド層及び同ピンド層の磁化の向きを固定するためのピニング層を含む固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、からなるスピンバルブ膜から構成されている。上記固定層のピンド層は、単一の強磁性体膜（例えばＣｏＦｅ層）のみを含むので、以下、便宜上、「単一膜固定層」と称呼する。また、このような単一膜固定層を有する巨大磁気抵抗効果素子を、本明細書においては、「通常ＧＭＲ素子」と称呼する。

この通常ＧＭＲ素子の抵抗値は、ピンド層の固定された磁化の向きとフリー層の磁化の向きのなす角度に応じて変化する。通常ＧＭＲ素子の抵抗値は、ピンド層の固定された磁化の向きとフリー層の磁化の向きが平行（相対角度０°）であるとき最小となり、ピンド層の固定された磁化の向きとフリー層の磁化の向きが反平行（相対角度１８０°）であるとき最大となる。

一方、一般に、フリー層の磁化の向きは、外部磁界が加わっていないときにピンド層と直交する向きになるように設定されている。ピンド層の固定された磁化の向きと直交する外部磁界の成分が一定又は無視できるほど小さい場合には、フリー層の磁化の向きは、ピンド層の固定された磁化の向きに沿う外部磁界の成分の大きさに基づいて回転する。従って、通常ＧＭＲ素子の抵抗値は、外部磁界のピンド層の磁化の向きに沿う成分の大きさに応じて変化する。

換言すると、通常ＧＭＲ素子は、固定層の固定された磁化の向き（ピンド層の向き）に沿って大きさが変化する磁界を検出することができるから、素子の磁気検出方向は「ピンド層の固定された磁化の向きに沿う向き（実際には、ピンド層の固定された磁化の向きと反平行の向き）」となる。ピンド層の磁化は、例えば、ピンド層となる強磁性体膜にピニング層となる反強磁性体膜を積層し、その積層された膜に所定の向きの磁界を加えながら同膜を高温下に置く磁場中熱処理を行うことにより同所定の向きに固定される。

ところで、このような通常ＧＭＲ素子を利用した磁気センサは、図２１（Ａ）に示したように、磁気検出方向が所定の向きの二つの通常ＧＭＲ素子１０１，１０２及び磁気検出方向が前記所定の向きと１８０度異なる二つの通常ＧＭＲ素子１０３，１０４を備え、これらの素子をフルブリッジ接続して図示した箇所の電位差を出力Ｖとして取り出している。図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示した磁気センサの磁気検出方向の外部磁界Ｈに対する出力Ｖを示す。

このブリッジ接続により、従来の磁気センサは、微小な磁界に対しても大きな出力を得ることが可能となる。また、各素子の温度は同様に変化するから、各素子の抵抗値も同様に変化する。即ち、例えば、一つの素子の温度が上昇したとき他の素子の温度も同様に上昇するから、各素子の抵抗値は同様に変化する。従って、出力Ｖは素子温度の変化の影響を受け難いので、上記磁気センサは、素子温度が変化した場合にも外部磁界を精度良く検出することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００４−１６３４１９号

一方、磁気検出方向を決定するピンド層の磁化の向きは磁場中熱処理において固定層となる層に与えられる磁界の向きと一致する。従って、図２１に示したように、上記ブリッジ接続に用いる磁気検出方向が互いに１８０度異なる複数の通常ＧＭＲ素子を形成するためには、向きが１８０度異なる磁界を複数の通常ＧＭＲ素子となる膜が形成された基板に付与しなければならない。

更に、直交する２軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）方向の磁界の成分をそれぞれ検出することが可能な磁気センサは、Ｘ軸正方向、Ｙ軸正方向、Ｘ軸負方向及びＹ軸負方向の各方向に磁気検出方向を有する通常ＧＭＲ素子を微小な基板上に備えなければならないので、磁場中熱処理において複数の通常ＧＭＲ素子となる膜が形成された基板にこの４方向の磁界を付与しなければならない。ところが、このような互いに向きが異なる磁界を狭い範囲に発生させることは容易でない。

そこで、上記特許文献は、以下に述べるセンサ構造とマグネットアレイとを採用することにより、このような磁気センサを製造する技術を開示している。即ち、先ず、平面図である図２２に示したように、略正方形の基板１００ａの各辺の近傍に各２個（合計で８個）の通常ＧＭＲ素子１０１〜１０８となる膜を形成する。

マグネットアレイは、四角柱の永久磁石を正方格子状に配列したものである。永久磁石は、複数の永久磁石の端面の総てが略同一平面上に存在し、且つ、最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久磁石の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置されている。図２３は、かかるマグネットアレイの一部の永久磁石１１０の斜視図である。図２３から理解されるように、マグネットアレイの上部にはＮ極からＳ極へ向う４方向の磁界が発生する。

そして、磁場中熱処理を実行するとき、マグネットアレイの上部に上記通常ＧＭＲ膜となる膜が形成された基板１００ａを配置する。これにより、図２４に示したように、マグネットアレイの上部に発生した４方向の磁界が磁場中熱処理の磁界として通常ＧＭＲ素子となる膜に付与される。以上により、図２２に示した磁気センサ１００が製造される。

この磁気センサ１００において、通常ＧＭＲ素子１０１〜１０４は、Ｘ軸方向の磁界成分を検出するための素子である。通常ＧＭＲ素子１０１，１０２の各ピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸負方向である。通常ＧＭＲ素子１０３，１０４の各ピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸正方向である。通常ＧＭＲ素子１０１〜１０４は、図２１のようにフルブリッジ接続されてＸ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気センサとなる。

通常ＧＭＲ素子１０５〜１０８は、Ｙ軸方向の磁界成分を検出するための素子である。通常ＧＭＲ素子１０５，１０６の各ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸正方向である。通常ＧＭＲ素子１０７，１０８の各ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸負方向である。通常ＧＭＲ素子１０５〜１０８も通常ＧＭＲ素子１０１〜１０４と同様にフルブリッジ接続され、Ｙ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気センサとなる。

しかしながら、このような磁気センサにおいては、基板１００ａの各辺の近傍に通常ＧＭＲ素子が配置されることになるので、磁気センサ（チップ）を十分に小型化できないという問題がある。

また、複数の通常ＧＭＲ素子間の距離が大きいと、基板１００ａや基板１００ａ等を覆う樹脂が熱や外部から加わる応力などによって変形したとき、同複数の通常ＧＭＲ素子に互いに異なる応力が加わって各通常ＧＭＲ素子が互いに異なるように変形する。従って、各通常ＧＭＲ素子の抵抗値が種々に変化するので、通常ＧＭＲ素子をブリッジ接続した回路を有する磁気センサにおいては、ブリッジ回路のバランスが崩れてしまう。その結果、かかる磁気センサは磁界を精度良く検出することがでいないという問題も有している。

更に、上記磁気センサにおいては、通常ＧＭＲ素子同士の距離が大きくなるので、それらをフルブリッジ接続するための配線の長さが長くなり、その配線の抵抗による損失が大きくなってしまうという問題もある。

本発明の磁気センサは、上記課題に対処するためになされたものであって、単一膜固定層の第１巨大磁気抵抗効果素子（第１巨大磁気抵抗効果素子膜）と、多重膜積層固定層の第２巨大磁気抵抗効果素子（第２巨大磁気抵抗効果素子膜）と、これらの巨大磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を付与する複数のバイアス磁石膜と、を単一の基板上に形成してなるセンサである。

前記第１巨大磁気抵抗効果素子は、
単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第１の向き（例えば、Ｘ軸正方向）に固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、
を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる。

前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、
第１強磁性体膜、同１強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第２強磁性体膜及び同第２強磁性体膜に接するピニング層からなり同第２強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第１強磁性体膜が同第２強磁性体膜と同交換結合膜を介して交換結合することにより同第１強磁性体膜の磁化の向きが第２の向き（例えば、Ｘ軸負方向）に固定されたピンド層を構成する固定層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、
を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる。

そして、前記第１巨大磁気抵抗効果素子と前記第２巨大磁気抵抗効果素子とは前記基板上に近接して配置される。前記第１巨大磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向き（即ち、第１の向き）と、前記第２巨大磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向き（即ち、第２の向き）とは１８０度相違している（反平行である。）。

ところで、基板上に前記単一膜固定層の第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜と前記多相膜固定層の第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜とを形成しておき、これらの膜に対して同一方向の磁界を高温下で与える磁場中熱処理を施すと、第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜の固定層のピンド層となる強磁性体膜の磁化及び第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜の第２強磁性体膜の磁化は、同一の向きに固定される。更に、第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜のピンド層となる第１強磁性体膜は交換結合膜を介して第２強磁性体膜と交換結合するので、第１強磁性体膜の磁化は第２強磁性体膜の磁化の向きと１８０度相違する向きに固定される。この結果、第１巨大磁気抵抗効果素子のピンド層（強磁性体膜）の磁化の向きと第２巨大磁気抵抗効果素子のピンド層（第１強磁性体膜）の磁化の向きとが１８０度相違するように固定される。

一方、前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、何れも、ピンド層の固定された磁化の向きと１８０度相違する向きに磁気検出方向を有する。換言すると、何れの素子においても、磁気検出方向はピンド層の固定された磁化の向きと反平行の向きとなる。この結果、これらの素子の磁気検出方向は互いに１８０度相違することになる。

以上のことから、本発明による磁気センサにおいては、従来の磁気センサのように「１８０度相違する向きの磁界を二つの巨大磁気抵抗効果素子に付与することを可能とするために同二つの巨大磁気抵抗効果素子間の距離を大きくしておくこと」が要求されない。即ち、本発明による磁気センサは、前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜と前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜とを近接させて形成しておき、これらの素子に同一の向きの磁界を付与する上記磁場中熱処理を施すことにより容易に製造され得る。従って、本発明によれば、磁気検出方向が１８０度相違する二つの巨大磁気抵抗効果素子の距離（第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子の距離）を小さく設定することができるので、非常に小型の磁気センサが提供される。

更に、本発明による磁気センサは、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子の一つの端部に接するように前記基板上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子に前記第１の向きと実質的に直交する第３の向きのバイアス磁界を付与する第１バイアス磁石膜と、
前記第２巨大磁気抵抗効果素子の一つの端部に接するように前記基板上に形成され、同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する第２バイアス磁石膜と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部の両方に接するように前記基板上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子及び同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する単一の第３バイアス磁石膜と、
を備える。

バイアス磁石膜は、第１巨大磁気抵抗効果素子及び第２巨大磁気抵抗効果素子に外部磁界が加わっていないときの各素子の各フリー層の磁化の向きを各固定層の磁化の向きに略直交する向きに一致させるためのバイアス磁界を発生する膜である。このバイアス磁石膜の存在により、磁気センサの外部磁界に対するヒステリシスが低減する。一般に、このようなバイアス磁石膜は、第１巨大磁気抵抗効果素子の両端部及び第２巨大磁気抵抗効果素子の両端部に配置される。

一方、磁気センサを小型化するためには、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とを極力接近させることが好ましい。そこで、本発明の磁気センサにおいては、前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部に接するバイアス磁石膜を、共通の単一バイアス磁石膜（第３バイアス磁石膜）とした。これにより、少なくとも２つのバイアス磁石膜を１つのバイアス磁石膜とすることができるので、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とをより接近させることが可能となる。従って、本発明によれば、より小型の磁気センサが提供され得る。また、第３バイアス磁石膜に接する二つの素子は、電気的に接続されることになるから、それらの間の配線を形成する必要がなく、巨大磁気抵抗効果素子をブリッヂ接続した構成を備えた磁気センサがより安価に提供され得る。

なお、本発明は、複数の第１巨大磁気抵抗効果素子膜が直列接続されて一つの第１巨大磁気抵抗効果素子を形成する場合、及び、複数の第２巨大磁気抵抗効果素子膜が直列接続されて一つの第２巨大磁気抵抗効果素子を形成する場合にも適用される。また、本発明は、一対の第１巨大磁気抵抗効果素子（又は第１巨大磁気抵抗効果素子膜）と一対の第２巨大磁気抵抗効果素子（又は第２巨大磁気抵抗効果素子膜）とを備え、これらをフルブリッヂ接続した磁気センサにも適用され得る。

即ち、本発明は、一端に第１電位が与えられる第１巨大磁気抵抗効果素子の他端と第２巨大磁気抵抗効果素子の一端とを直列接続するとともに同第２巨大磁気抵抗効果素子の他端を例えば接地して同他端に第２電位を与える第１回路要素と、一端に前記第１電位が与えられる第２巨大磁気抵抗効果素子の他端と第１巨大磁気抵抗効果素子の一端とを直列接続するとともに同第１巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第２電位を与える第２回路要素と、を備え、第１回路要素の第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子との接続点の電位と、第２回路要素の第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子との接続点の電位と、の電位差を出力として取り出すようにしたフルブリッヂ接続タイプの磁気センサにも適用される。また、本発明は、一つの第１巨大磁気抵抗効果素子と一つの第２巨大磁気抵抗効果素子とを備え、これらを接続し、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子との接続点の電位を出力として取り出すようにしたハーフブリッヂ接続タイプの磁気センサにも適用され得る。

この場合、前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子は前記第１の向きに実質的に直交する向きに長手方向を有する幅狭帯状部を有し、それらの幅狭帯状部は前記第３バイアス磁石膜を起点として同一の側に延在していてもよい。或いは、前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子は前記第１の向きに実質的に直交する向きに長手方向を有する幅狭帯状部を有し、それらの幅狭帯状部は一つの直線上に配設され、前記第３バイアス磁石膜は、前記第１巨大磁気抵抗効果素子と前記第２巨大磁気抵抗効果素子との間に配設されていてもよい。これらの何れの場合においても、従来の二つのバイアス磁石膜が単一のバイアス磁石膜（第３バイアス磁石膜）に置換されているから、より小型の磁気センサが提供され得る。

更に、本発明による磁気センサにおいては、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか一方が前記基板の上面に接するように形成され、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか他方が前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか一方と平面視において交差する部分を有し、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の間に絶縁膜が形成されることが好適である。

これによれば、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とを基板の上下方向において（平面視において）交差するように形成することができる。従って、第１巨大磁気抵抗効果素子及び第２巨大磁気抵抗効果素子を互いにより近接させることができる。

更に、本発明による磁気センサであって、
前記第１乃至第３バイアス磁石膜のそれぞれは、断面が台形形状であって前記基板に対して傾斜した斜面及び同基板の上面に平行な上面を有するように形成され、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第１バイアス磁石膜の斜面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の斜面に接し、且つ、その中央部（一つの端部と他の端部との間の部分）が前記基板の上面に接するように形成され、
前記バイアス磁石膜の上面が存在する平面に到るまで前記第１巨大磁気抵抗効果素子を覆うように形成された絶縁膜を備え、
前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第２バイアス磁石膜の上面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の上面に接し、且つ、その中央部（一つの端部と他の端部との間の部分）が前記絶縁膜の上面に接するように形成されることが好適である。

また、第１巨大磁気抵抗効果素子及び第２巨大磁気抵抗効果素子は、どちらが基板の上面に接するように形成されてもよいから、上記断面が台形形状のバイアス磁石膜を備える磁気センサの場合、
前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第２バイアス磁石膜の斜面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の斜面に接し、且つ、その中央部が前記基板の上面に接するように形成され、
前記バイアス磁石膜の上面が存在する平面に到るまで前記第２巨大磁気抵抗効果素子を覆うように形成された絶縁膜が備えられ、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第１バイアス磁石膜の上面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の上面に接し、且つ、その中央部が前記絶縁膜の上面に接するように形成されてもよい。

各巨大磁気抵抗効果素子にバイアス磁石膜からバイアス磁界を与えるためには、各巨大磁気抵抗効果素子の一部とバイアス磁石膜とが接することにより互いに磁気的に結合していることが必要である。これに対し、上記構成によれば、各巨大磁気抵抗効果素子とバイアス磁石膜とが接しているので、各巨大磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を容易に付与することができる磁気センサが提供される。

係る磁気センサを製造するための本発明による製造方法は、
前記単一の基板を準備する工程（基板準備工程）と、
前記第１乃至第３バイアス磁石膜となる膜を前記基板上に形成するバイアス磁石膜形成工程と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜の何れか一方の膜を前記基板の上面及び前記第１乃至第３バイアス磁石膜の上面に形成する第１膜形成工程と、
前記形成されたバイアス磁石膜となる膜及び前記形成された前記磁気抵抗効果素子となる膜の上部を覆うように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記形成された絶縁膜と、前記形成されたバイアス磁石膜となる膜と、前記形成された磁気抵抗効果素子となる膜と、を同バイアス磁石膜となる膜の上面が表出するように除去するとともに、これらの膜の上面を平坦にする平坦化工程と、
前記平坦化された膜の上面に前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜の何れか他方の膜を形成する第２膜形成工程と、
前記形成された前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記形成された前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する磁場中熱処理工程と、
を含んでいる。

この製造方法によれば、先ず、バイアス磁石膜が形成され、次いで、第１巨大磁気抵抗効果素子又は第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか一方の膜が形成され（所定の形状にカットされる工程を含む）、その後、全面に絶縁膜が形成される。

次に、バイアス磁石膜の上面が露呈し且つ絶縁膜の上面がバイアス磁石膜の上面と同一の平面を形成するように、絶縁膜等が除去され平坦化される。その後、第１巨大磁気抵抗効果素子又は第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか他方の膜が形成され（所定の形状にカットされる工程を含む）、磁場中熱処理が行われてピンド層の磁化の向きが固定される。

これによれば、上記磁場中熱処理により、第１巨大磁気抵抗効果素子の固定層のピンド層と第２巨大磁気抵抗効果素子の固定層のピンド層との磁化を１８０度相違する向きに容易に固定することができるので、磁気検出方向が互いに１８０度相違する２つの巨大磁気抵抗効果素子を近接させた磁気センサを容易に製造することができる。

更に、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子との間の絶縁を絶縁膜により維持できるので、これらの素子を互いに近接配置した磁気センサを容易に製造することができる。また、この製造方法によれば、絶縁膜を介して第１及び第２巨大磁気抵抗効果素子を上下に重ねる又は上下方向において交差させることもできる。従って、より一層小型の磁気センサを製造することができる。

この場合、前記バイアス磁石膜形成工程は、前記第１乃至第３バイアス磁石膜を、それぞれが前記基板に対して傾斜した斜面を有するように形成する工程であることが好適である。

これによれば、バイアス磁石膜が斜面を有する形状となるので、第１膜形成工程にて形成される巨大磁気抵抗効果素子の膜の端部を所定のバイアス磁石膜の斜面に容易に接しめることができる。また、バイアス磁石膜の上面が表出された状態にて第２膜形成工程が実施されるので、同第２膜形成工程にて形成される巨大磁気抵抗効果素子の膜の端部を所定のバイアス磁石膜の上面に容易に接しめることができる。

この場合、
前記磁場中熱処理工程は、
略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石の磁極の極性と異なるように配置されたマグネットアレイによって形成される磁界を前記磁場中熱処理工程中の磁界として用いることが好ましい。

これによれば、磁気検出方向が１８０度相違する少なくとも二つの巨大磁気抵抗効果素子を単一基板上の狭い領域内に容易且つ効率的に形成することができる。

以下、本発明による磁気センサの各実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
（磁気センサの構造）
図１に平面図を示した本発明の第１実施形態に係る磁気センサ１０は、単一の基板（モノリシックチップ）１０ａと、Ｘ軸磁気センサ１１及びＹ軸磁気センサ２１を含んでいる。磁気センサ１０は、便宜上「Ｎタイプの磁気センサ１０」と称呼される。

基板１０ａは、シリコンからなっている。基板１０ａは、平面視において互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿った辺を有する長方形状（略正方形状）を有し、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向に小さな厚みを有する薄板体である。

Ｘ軸磁気センサ１１は、外部磁界のＸ軸方向の成分を検出する磁気センサである。Ｘ軸磁気センサ１１は、基板１０ａのＹ軸方向略中央部且つＸ軸正方向端部近傍であって、基板１０ａの上部に形成されている。Ｙ軸磁気センサ２１は、外部磁界のＹ軸方向の成分を検出する磁気センサである。Ｙ軸磁気センサ２１は、基板１０ａのＸ軸方向略中央部且つＹ軸正方向端部近傍であって、基板１０ａの上部に形成されている。Ｙ軸磁気センサ２１は、Ｘ軸磁気センサ１１を平面視において（図１又は図２において）基板１０ａに対し左回転方向に９０度だけ回転させたセンサである。従って、以下、Ｘ軸磁気センサ１１について説明する。

Ｘ軸磁気センサ１１は、図２に示したように、４個のバイアス磁石膜１２〜１５、一対の通常ＧＭＲ素子（第１巨大磁気抵抗効果素子）１６，１７及び一対のＳＡＦ素子（第２巨大磁気抵抗効果素子）１８，１９を備えている。通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子の膜構成については後述する。

バイアス磁石膜１２〜１５のそれぞれは、ＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体であって高保磁力及び高角型比を有する材質からなっている。バイアス磁石膜１２〜１５は、磁化の向きがＹ軸正方向となるように着磁され、永久磁石膜（ハードマグネット膜）となっている。バイアス磁石膜１２〜１５のそれぞれは、図２の１−１線及び２−２線に沿った平面にてＸ軸磁気センサ１１をそれぞれ切断した断面図である図３及び図４に示したように、基板１０ａの上面（主面）に対して傾斜した斜面を有するとともに、基板１０ａと平行な上面を有する形状となっている。即ち、各バイアス磁石膜の断面（縦断面）は台形である。バイアス磁石膜１２〜１５の上面は、同一平面内に存在している。

バイアス磁石膜１２は、図２に示したように、平面視においてＴ字形状を有している。バイアス磁石膜１２は、基板１０ａのＹ軸方向中央部且つＸ軸正方向端部近傍に形成されている。バイアス磁石膜１３は、平面視において長方形状を有している。バイアス磁石膜１３は、バイアス磁石膜１２からＹ軸正方向に第１距離だけ隔てた位置に形成されている。

バイアス磁石膜１４は、平面視においてバイアス磁石膜１２と同一のＴ字形状を有している。バイアス磁石膜１４は、バイアス磁石膜１２からＸ軸負方向に第１距離より短い第２距離だけ隔てた位置に形成されている。バイアス磁石膜１５は、平面視においてバイアス磁石膜１３と同一の長方形状を有している。バイアス磁石膜１５は、バイアス磁石膜１２からＹ軸負方向に第１距離だけ隔てた位置に形成されている。

通常ＧＭＲ素子１６は、図２に示したように、平面視において幅狭帯状であり、その長手方向はＹ軸に平行である。通常ＧＭＲ素子１６は、図３に示したように、基板１０ａの上面に接するように形成されている。通常ＧＭＲ素子１６の一つの端部はバイアス磁石膜１２の斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜１３の斜面に接するように形成されている。

通常ＧＭＲ素子１６は、図５の（Ａ）に膜構成を示した通常のスピンバルブ膜からなっている。このスピンバルブ膜は、基板１０ａの上に形成されたフリー層Ｆ、フリー層Ｆの上に形成されたスペーサ層Ｓ、スペーサ層Ｓの上に形成された固定層Ｐ及び固定層Ｐの上に形成された保護層（キャッピング層）Ｃからなっている。なお、基板１０ａの上面とフリー層Ｆとの間に図示を省略したＳｉＯ_２又はＳＩＮＳからなる絶縁・配線層が形成されていてもよい。基板１０ａと絶縁・配線層とからなるものを「基板」と称呼することもできる。

フリー層Ｆは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層である。フリー層Ｆは、基板１０ａの直上に形成されたＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層の上に形成されたＮｉＦｅ磁性層と、ＮｉＦｅ磁性層の上に形成されたＣｏＦｅ磁性層とからなっている。これらは、軟質の強磁性体膜を構成している。

フリー層Ｆに外部磁界が付与されていない場合の同フリー層Ｆの磁化の向き（以下、「初期状態における磁化の向き」と称呼する。）は、形状異方性によりフリー層Ｆの長手方向（通常ＧＭＲ素子１６の場合はＹ軸正方向）となっている。

スペーサ層Ｓは、非磁性導電体（本例では、Ｃｕ）からなる膜である。

固定層（固着層、磁化固定層）Ｐは、強磁性体膜であるＣｏＦｅ磁性層Ｐｄと、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金から形成した反強磁性膜Ｐｉとを重ね合わせた単一膜固定層である。ＣｏＦｅ磁性層Ｐｄは、ピニング層を構成する反強磁性膜Ｐｉに交換結合的に裏打されることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸正方向にピン（固着）されるピンド層Ｐｄを構成している。ＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの磁化の向きが、各通常ＧＭＲ素子のピンド層の固定された磁化の向きである。

保護層Ｃは、チタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなっている。

通常ＧＭＲ素子１６は、固定層Ｐの磁化の向きとフリー層Ｆの磁化の向きとの成す角度に応じた抵抗値を示す。従って、通常ＧＭＲ素子１６は、図５の（Ｂ）及び図５の（Ｃ）に示したように、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において固定層ＰのＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの固定された磁化の向き（この場合、Ｘ軸正方向の向き）に沿って変化する外部磁界Ｈに対して変化する抵抗値（Ｘ軸正方向の外部磁界の大きさが大きくなるほど減少する抵抗値）を示すようになっている。換言すると、通常ＧＭＲ素子１６の磁気検出方向は、スペーサ層Ｓに隣接した固定層ＰのＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの固定された磁化の向きと反平行の向き（１８０度相違する向き）である。即ち、通常ＧＭＲ素子１６の磁気検出方向は、Ｘ軸負方向である。なお、通常ＧＭＲ素子１６は、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を示すようになっている。

また、通常ＧＭＲ素子１６のフリー層Ｆは、通常ＧＭＲ素子１６の両端部において直下に形成されたバイアス磁石膜１２，１３と磁気的に結合している。この結果、バイアス磁石膜１２，１３は、通常ＧＭＲ素子１６のフリー層Ｆに対して同フリー層Ｆの長手方向（通常ＧＭＲ素子１６の場合、Ｙ軸正方向）にバイアス磁界を付与している。

通常ＧＭＲ素子１７の形状、膜構成及び特性は、通常ＧＭＲ素子１６と同一である。従って、通常ＧＭＲ素子１７の磁気検出方向は、Ｘ軸負方向である。通常ＧＭＲ素子１７は、図３に示したように、基板１０ａの上面に接するように形成されている。通常ＧＭＲ素子１７の一つの端部はバイアス磁石膜１４の斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜１５の斜面に接するように形成されている。従って、通常ＧＭＲ素子１７（通常ＧＭＲ素子１７のフリー層Ｆ）は、バイアス磁石膜１４，１５からＹ軸正方向のバイアス磁界が付与されている。

ＳＡＦ素子１８は、図２に示したように、平面視で長手方向がＹ軸に平行な幅狭帯状部を有している。ＳＡＦ素子１８のＹ軸正方向端部の形状は、バイアス磁石膜１３より僅かに小さい長方形である。ＳＡＦ素子１８のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３の上面に形成されている。ＳＡＦ素子１８のＹ軸負方向端部の形状は、バイアス磁石膜１４より僅かに小さいＴ字形状である。ＳＡＦ素子１８のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１４の上面に形成されている。ＳＡＦ素子１８の幅狭帯状部は、図２及び図４に示したように、絶縁膜ＩＮＳの上面に形成されている。絶縁膜ＩＮＳは、バイアス磁石膜１３，１４（及びバイアス磁石膜１２，１５）の上面と同一面内に上面を有するように基板１０ａ上に形成されている。即ち、ＳＡＦ素子１８は、バイアス磁石膜１３，１４の上面と絶縁膜ＩＮＳの上面とが形成する平面上に形成されている。

ＳＡＦ素子１８は、図６の（Ａ）に示したシンセティックスピンバルブ膜からなっている。このシンセティックスピンバルブ膜は、フリー層Ｆ、フリー層Ｆの上に形成されたスペーサ層Ｓ、スペーサ層Ｓの上に形成された固定層Ｐ’及び固定層Ｐ’の上に形成された保護層（キャッピング層）Ｃからなっている。

シンセティックスピンバルブ膜のフリー層Ｆ、スペーサ層Ｓ及び保護層Ｃは、図５の（Ａ）に示した通常のスピンバルブ膜と同一の構成を備えている。即ち、シンセティックスピンバルブ膜は、固定層Ｐ’のみが通常のスピンバルブ膜の固定層Ｐと相違している。

固定層Ｐ’は、ＣｏＦｅからなる第１強磁性体膜Ｐ１と、第１強磁性体膜Ｐ１の上に積層されたＲｕからなる交換結合膜Ｅｘと、交換結合膜Ｅｘの上に積層されたＣｏＦｅからなる第２強磁性体膜Ｐ２と、第２強磁性体膜Ｐ２の上に積層されるとともにＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる交換バイアス膜（反強磁性体膜）Ｅｂとを重ね合わせた多重膜積層固定層である。

交換結合膜Ｅｘは、第１強磁性体膜Ｐ１と第２強磁性体膜Ｐ２とにサンドイッチ状に挟まれている。第１強磁性体膜Ｐ１は、交換結合膜Ｅｘ及び第２強磁性体膜Ｐ２と協働して磁化の向きが外部磁界の変化に対して変化しないように固定されるピンド層を構成している。交換バイアス膜Ｅｂは、第２強磁性体膜Ｐ２及び交換結合膜Ｅｘを介してピンド層である第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きを固定するピニング層を構成している。なお、第１強磁性体膜Ｐ１、交換結合膜Ｅｘ及び第２強磁性体膜Ｐ２をピンド層と呼ぶこともできる。

交換バイアス膜Ｅｂは第２強磁性体膜Ｐ２と交換結合し、第２強磁性体膜Ｐ２の磁化（磁化ベクトル）の向きをＸ軸正方向に固定している。また、第１強磁性体膜Ｐ１と第２強磁性体膜Ｐ２は、交換結合膜Ｅｘを介して互いに交換結合している。このとき、図６の（Ｂ）に矢印にて示したように、第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きと第２強磁性体膜Ｐ２の磁化の向きは反平行となる。この結果、第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きは、Ｘ軸負方向に固定される。

このように構成されたＳＡＦ素子１８は、図６の（Ｃ）に示したように、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において固定層Ｐ’における第１強磁性体膜Ｐ１（ピンド層）の固定された磁化の向きに沿って変化する外部磁界Ｈに対して変化する抵抗値（Ｘ軸正方向の外部磁界Ｈの大きさが大きくなるほど増大する抵抗値）を示すようになっている。換言すると、ＳＡＦ素子１８の磁気検出方向は、スペーサ層Ｓに隣接した固定層Ｐ’の第１磁性層Ｐ１の固定された磁化の向きと反平行の向きである。即ち、ＳＡＦ素子１８の磁気検出方向は、Ｘ軸正方向である。なお、ＳＡＦ素子１８は、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を示すようになっている。

また、ＳＡＦ素子１８のフリー層Ｆは、ＳＡＦ素子１８の両端部において直下に形成されたバイアス磁石膜１３，１４と磁気的に結合している。この結果、バイアス磁石膜１３，１４は、ＳＡＦ素子１８のフリー層Ｆに対して同フリー層Ｆの長手方向（ＳＡＦ素子１８の場合、Ｙ軸正方向）にバイアス磁界を付与している。

ＳＡＦ素子１９の形状、膜構成及び特性は、ＳＡＦ素子１８と同一である。従って、ＳＡＦ素子１９の磁気検出方向は、Ｘ軸正方向である。ＳＡＦ素子１９は、図２に示したように、平面視で長手方向がＹ軸に平行な幅狭帯状部を有している。ＳＡＦ素子１９のＹ軸正方向端部の形状は、バイアス磁石膜１２より僅かに小さいＴ字形状である。ＳＡＦ素子１９のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１２の上面に形成されている。ＳＡＦ素子１８のＹ軸負方向端部の形状は、バイアス磁石膜１５より僅かに小さい長方形である。ＳＡＦ素子１９のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１５の上面に形成されている。ＳＡＦ素子１９の幅狭帯状部は、図２及び図３に示したように、絶縁膜ＩＮＳの上面に形成されている。絶縁膜ＩＮＳは、バイアス磁石膜１２，１５の上面と同一面内に上面を有するように基板１０ａ上に形成されている。即ち、ＳＡＦ素子１９は、バイアス磁石膜１２，１５の上面と絶縁膜ＩＮＳの上面とが形成する平面上に形成されている。

また、ＳＡＦ素子１９のフリー層Ｆは、ＳＡＦ素子１９の両端部において直下に形成されたバイアス磁石膜１２，１５と磁気的に結合している。この結果、バイアス磁石膜１２，１５は、ＳＡＦ素子１９のフリー層Ｆに対して同フリー層Ｆの長手方向（ＳＡＦ素子１９の場合、Ｙ軸正方向）にバイアス磁界を付与している。

このように、Ｘ軸磁気センサ１１においては、バイアス磁石膜１２〜１５のそれぞれは、一つの通常ＧＭＲ素子と一つのＳＡＦ素子にバイアス磁界を付与している。換言すると、一つの通常ＧＭＲ素子及び一つのＳＡＦ素子は、共通の単一バイアス磁石膜からバイアス磁界を受けるようになっている。

このように構成されたＸ軸磁気センサ１１は、図７の（Ａ）に等価回路を示したように、素子１６〜１９がフルブリッジ接続されていることになる。更に、Ｘ軸磁気センサ１１においては、図示しない経路を通してバイアス磁石膜１３に第１電位（図示しない定電圧源により与えられる一定電圧）＋Ｖｄが付与され、バイアス磁石膜１５は接地されて（ＧＮＤに接続されて）第１電位と異なる第２電位（０Ｖ）が付与されている。そして、バイアス磁石膜１２の電位Vout1とバイアス磁石膜１４の電位Vout2との差がＸ軸磁気センサ１１の出力Voxとして取り出される。この結果、Ｘ軸磁気センサ１１は、図７の（Ｂ）に示したように、外部磁界のＸ軸成分Ｈｘに略比例するとともに、外部磁界Ｈｘが大きいほど大きくなる電圧Voxを出力するようになっている。

一方、Ｙ軸磁気センサ２１は、上述したように、Ｘ軸磁気センサを平面視で左回転方向に９０度回転したセンサである。従って、Ｙ軸磁気センサ２１は、外部磁界のＹ軸成分Ｈｙに略比例するとともに、外部磁界Ｈｙが大きいほど大きくなる電圧Voyを出力するようになっている。

（磁気センサ１０の製造方法）
次に、磁気センサ１０（Ｘ軸磁気センサ１１及びＹ軸磁気センサ２１）の製造方法を説明する。Ｘ軸磁気センサ１１及びＹ軸磁気センサ２１は同じ工程を経て同時に形成される。従って、ここでは、Ｘ軸磁気センサ１１の製造方法について、図８乃至図１０を参照しながら説明する。なお、図８乃至図１０は、図２の１−１線に沿った平面にて製造途中にある磁気センサ１０を切断した部分を示す断面図である。

先ず、基板１０ａを準備する（基板準備工程）。次に、バイアス磁石膜１２〜１５となる膜を形成する。実際には、基板１０ａの上面全体にバイアス磁石膜１２〜１５となる膜をスパッタリングにより成膜し、レジストにより必要部分をマスキングする。その後、イオンミリングにより不要部分を除去し、最後にレジストを除去する。これにより、図８に示したバイアス磁石膜１２，１３，１５となる膜と、図８には示されていないバイアス磁石膜１４となる膜と、が所定の位置に形成される。

次に、通常ＧＭＲ素子１６，１７となる膜を形成する。実際には、通常ＧＭＲ素子１６，１７となる膜を、基板１０ａの上面及びバイアス磁石膜となる膜の上面の全体に形成する。次いで、その膜の上面にレジストを形成し、そのレジストを通常ＧＭＲ素子１６，１７となる膜の必要部分のみを覆うパターンにカットする。次いで、イオンミリングにより通常ＧＭＲ素子１６，１７となる膜の不要部分を除去し、最後にレジストを除去する。これにより、図８に示した通常ＧＭＲ素子１６となる膜と、図８には示されていない通常ＧＭＲ素子１７となる膜と、が所定の位置に形成される。この工程を、第１膜形成工程と呼ぶ。

次に、図９に示したように、基板１０ａ、バイアス磁石膜１２〜１５となる膜及び通常ＧＭＲ素子となる膜１６，１７を覆うように、これらの上面にＳｉＮからなる絶縁膜ＩＮＳをＣＶＤ法により形成する。絶縁膜ＩＮＳはＳｉＯ_２であってもよい。この工程を、絶縁膜形成工程と呼ぶ。

次に、バイアス磁石膜１２〜１５となる膜の上面が表出する（露呈する）まで絶縁膜ＩＮＳを除去するとともに、バイアス磁石膜１２〜１５となる膜、絶縁膜ＩＮＳ及び通常ＧＭＲ素子となる膜１６，１７の端部の上面を研磨して平坦にする。この工程を平坦化工程と呼ぶ。

次いで、平坦化された膜の上面にＳＡＦ素子１８，１９となる膜を形成する。実際には、ＳＡＦ素子１８，１９となる膜を、平坦化された膜の上面の全体に形成する。次に、その膜の上面にレジストを形成し、そのレジストをＳＡＦ素子１８，１９となる膜の必要部分のみを覆うパターンにカットする。次いで、イオンミリングによりＳＡＦ素子となる膜１８，１９の不要部分を除去し、最後にレジストを除去する。これにより、図１０に示したＳＡＦ素子１９となる膜と、図１０には示されていないＳＡＦ素子１８となる膜と、が所定の位置に形成される。この工程を、第２膜形成工程と呼ぶ。以上により、Ｘ軸磁気センサ１１となる膜及びＹ軸磁気センサ２１となる膜が図１に示した所定の位置に図２に示した形状を有するように形成される。

実際には、このようなＸ軸磁気センサ１１となる膜及びＹ軸磁気センサ２１となる膜Ｍは、図１１に示したように、基板１０ａを複数含む基板１０ａ−１の上面の複数箇所に形成される。このとき、Ｘ軸磁気センサ１１となる膜及びＹ軸磁気センサ２１となる膜Ｍは、後に説明する切断行程において基板１０ａ−１が切断線ＣＬに沿って切断されることにより個々の磁気センサ１０（基板１０ａ）に分割されたとき、基板１０ａに対して図１に示した位置に存在するように形成される。

その後、形成された通常ＧＭＲ素子となる膜及び形成されたＳＡＦ素子となる膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する。この工程を、磁場中熱処理工程と呼ぶ。

以下、上記磁場中熱処理工程について、より具体的に説明する。先ず、図１２及び図１３に示したマグネットアレイ３０を準備する。図１２は、マグネットアレイ３０の平面図である。図１３は、図１２の３−３線に沿った平面にてマグネットアレイ３０を切断したマグネットアレイ３０の断面図である。このマグネットアレイ３０は、それぞれが直方体形状の複数の永久磁石（永久棒磁石）３１…３１と透明な石英ガラスからなるプレート３２と、を備えている。永久磁石３１…３１は正方格子状に配列され、各上面がプレート３２の下面に固定されている。永久磁石３１…３１は、永久磁石３１…３１の各端面を含む平面において、最短距離で隣接する磁極の極性が異なるように配列されている。

即ち、マグネットアレイ３０は、略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石３１を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、永久磁石３１…３１の各端面を含む平面において同配設された各永久磁石３１の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石３１の磁極の極性と異なるように配置・構成されたマグネットアレイである。

図１４は、上記永久磁石３１…３１を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。この図から明らかなように、永久磁石３１…３１の端面（前記磁極が形成された端面）では、一つのＮ極から同Ｎ極に最短距離で隣接するＳ極に向かう９０°ずつ方向が異なる磁界が形成される。本実施形態においては、この磁界をＸ軸磁気センサ１１及びＹ軸磁気センサ２１を構成する各素子（通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子）のピンド層の磁化の向きを固定する際の磁界として使用する。

次に、上記膜Ｍが形成された基板１０ａ−１をマグネットアレイ３０の上に配置する。このとき、図１５の平面図に示したように、基板１０ａ−１を切断線ＣＬにて切断したときに形成される正方形の「膜Ｍが隣接して形成されていない２辺」及びその２辺の交点を、永久磁石３１のＸ軸負方向側においてＹ軸に沿う辺とＹ軸負方向側においてＸ軸に沿う辺及びその２辺の交点とそれぞれ一致させるように、基板１０ａ−１とマグネットアレイ３０とを相対的に配置する。この結果、図１４及び図１５に矢印にて示したように、各膜Ｍに同各膜Ｍの幅狭帯状部の長手方向と直交する向きの磁界が加わる。

そして、この状態にある基板１０ａ−１及びマグネットアレイ３０を真空中で２５０℃〜２８０℃に加熱し、その後、４時間ほど放置する磁場中熱処理を実施する。これにより、固定層Ｐ（ピンド層Ｐｄ）の磁化の向き及び固定層Ｐ’（ピンド層Ｐ１）磁化の向きが固定される。

ところで、通常ＧＭＲ素子となる膜及びＳＡＦ素子となる膜に対し、磁場中熱処理において同一方向の磁界を与えると、図１６に示したように、磁気検出方向が互いに反平行である巨大磁気抵抗効果素子が得られる。これは、通常ＧＭＲ素子となる膜の固定層Ｐのピンド層Ｐｄ（ＣｏＦｅ磁性層）及びＳＡＦ素子となる膜の固定層Ｐ’の第２強磁性体膜Ｐ２の磁化の向きは一致し、固定層Ｐ’の第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きは第２強磁性体膜Ｐ２の磁化の向きと反平行となるからである。

従って、上記製造方法によれば、磁界検出方向がＸ軸負方向である一対の通常ＧＭＲ素子（例えば、通常ＧＭＲ素子１６，１７）と、磁界検出方向がＸ軸正方向である一対のＳＡＦ素子（例えば、ＳＡＦ素子１８，１９）と、を極めて狭い領域内に形成することができる。

なお、実際には、このように磁場中熱処理を実施した後、バイアス磁石膜等の着磁などの必要な処理を行い、図１５に示した切断線ＣＬに沿って基板１０ａ−１を切断する。これにより、図１に示した磁気センサ１０と、図示しないＳタイプの磁気センサと、が同時に多数個製造される。

以上、説明したように、磁気センサ１０のＸ軸磁気センサ１１及びＹ軸磁気センサ２１の各々は、一対の通常ＧＭＲ素子と一対のＳＡＦ素子とを備え、これらをフルブリッヂ接続した磁気センサである。磁場中熱処理工程において通常ＧＭＲ素子となる膜とＳＡＦ素子となる膜に同一方向の磁界を与えれば、それらの素子の磁気検出方向は反平行となる。従って、磁気センサ１０はブリッジ接続に必要な「磁気検出方向が互いに反平行の巨大磁気抵抗効果素子」を基板上において極めて近接させて形成することができる。その結果、磁気センサ１０は、非常に小型の磁気センサとなる。

更に、磁気センサ１０は、
第１巨大磁気抵抗効果素子（例えば、通常ＧＭＲ素子１６）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子に第１の向き（例えば、Ｘ軸負方向）と実質的に直交する第３の向き（例えば、Ｙ軸正方向）のバイアス磁界を付与する第１バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜１２）と、
第２巨大磁気抵抗効果素子（例えば、ＳＡＦ素子１８）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する第２バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜１４）と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部の両方に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子及び同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する単一の第３バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜１３、共通バイアス磁石膜）と、
を備える。

同様に、磁気センサ１０は、
第１巨大磁気抵抗効果素子（例えば、通常ＧＭＲ素子１６）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子に第１の向き（例えば、Ｘ軸負方向）と実質的に直交する第３の向き（例えば、Ｙ軸正方向）のバイアス磁界を付与する第１バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜１３）と、
第２巨大磁気抵抗効果素子（例えば、ＳＡＦ素子１９）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する第２バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜１５）と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部の両方に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子及び同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する単一の第３バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜１２、共通バイアス磁石膜）と、
を備えている。

このように、磁気センサ１０（Ｘ軸磁気センサ１１又はＹ軸磁気センサ２１）においては、第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部と第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部とのそれぞれに必要とされていた２つのバイアス磁石膜を、単一のバイアス磁石膜（バイアス磁石膜１２〜１５）としているで、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とをより接近させることが可能となる。また、そのような単一のバイアス磁石膜に接する二つの素子は、電気的に接続されることになるから、それらの間の配線を形成する必要がない。

なお、磁気センサ１０（Ｘ軸磁気センサ１１）においては、第１巨大磁気抵抗効果素子（例えば、通常ＧＭＲ素子１６）及び第２巨大磁気抵抗効果素子（例えば、ＳＡＦ素子１８）は、前記第１の向きに実質的に直交する向き（この場合、Ｙ軸正方向）に長手方向を有する幅狭帯状部を有し、それらの幅狭帯状部は第３バイアス磁石膜（バイアス磁石膜１３）を起点として同一の側（Ｙ軸負側）に延在している。

また、磁気センサ１０（Ｘ軸磁気センサ１１）においては、第１巨大磁気抵抗効果素子（例えば、通常ＧＭＲ素子１６）及び第２巨大磁気抵抗効果素子（例えば、ＳＡＦ素子１９）は前記第１の向きに実質的に直交する向き（Ｙ軸正方向）に長手方向を有する幅狭帯状部を有し、それらの幅狭帯状部は一つの直線（Ｙ軸と平行な直線）上に配設されている。更に、第３バイアス磁石膜（この場合、バイアス磁石膜１２）は、前記第１巨大磁気抵抗効果素子（通常ＧＭＲ素子１６）と前記第２巨大磁気抵抗効果素子（ＳＡＦ素子１９）との間に配設されている。この場合にも、従来の二つのバイアス磁石膜が単一のバイアス磁石膜（第３バイアス磁石膜１２）に置換されているから、より小型の磁気センサが提供され得る。

なお、磁気センサ１０においては、第１巨大磁気抵抗効果素子（通常ＧＭＲ素子）が基板１０ａの上面に接するように形成され、第２巨大磁気抵抗効果素子（ＳＡＦ素子）が絶縁膜ＩＮＳの上面に接するように形成されていたが、どちらの素子が基板１０ａの上面に接するように形成されてもよい。即ち、例えば、図２乃至図４に示したＸ軸磁気センサ１１において、通常ＧＭＲ素子１６，１７をＳＡＦ素子に置換し、ＳＡＦ素子１８，１９を通常ＧＭＲ素子に置換してもよい。

更に、上記磁気センサ１０においては、一つのフルブリッジ回路を形成する巨大磁気抵抗効果素子１６〜１９が基板１０ａ上の微小領域内に形成されるから、それらの素子には一様な応力（例えば、略同一の引張応力又は略同一の圧縮応力）が加わる。従って、各巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値は互いに同様に増大又は減少するので、ブリッジ回路のバランスが崩れてしまう可能性が低減する。この結果、磁気センサ１０は巨大磁気抵抗効果素子に応力が加わった場合においても、外部磁界を精度良く検出することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る磁気センサについて説明する。第２実施形態に係る磁気センサは、以下の２点のみにおいて、第１実施形態に係る磁気センサ１０と相違している。
・磁気センサ１０のＸ軸磁気センサ１１を図１７に示したＸ軸磁気センサ４１に置換する。
・磁気センサ１０のＹ軸磁気センサ２１を、Ｘ軸磁気センサ４１を平面視で左回転方向に９０度回転させた磁気センサに置換する。
従って、以下、Ｘ軸磁気センサ４１について説明する。

Ｘ軸磁気センサ４１は、外部磁界のＸ軸方向の成分を検出する磁気センサである。Ｘ軸磁気センサ４１は、１２個のバイアス磁石膜４２ａ〜４２ｌ、一対の通常ＧＭＲ素子４３，４４及び一対のＳＡＦ素子４５，４６を備えている。

バイアス磁石膜４２ａ〜４２ｌは、第１実施形態のバイアス磁石膜１２〜１５と同様に、その断面が台形となっている。バイアス磁石膜４２ａ〜４２ｌは、バイアス磁石膜１２〜１５と同一材質からなり、Ｙ軸正方向に着磁された永久磁石膜となっている。平面視においてバイアス磁石膜４２ａ，４２ｇは、互いに同一のＴ字形状を有し、残りのバイアス磁石膜は互いに同一の長方形状を有している。バイアス磁石膜４２ａ〜４２ｌの上面は、同一面内に存在している。

バイアス磁石膜４２ａは、基板１０ａのＹ軸方向中央部且つＸ軸正方向端部近傍に形成されている。バイアス磁石膜４２ｇは、バイアス磁石膜４２ａからＸ軸負方向に第３距離だけ隔てた位置に形成されている。バイアス磁石膜４２ａとバイアス磁石膜４２ｇとの間には、バイアス磁石膜４２ｃ，４２ｅ，４２ｉ，４２ｋが形成されている。

バイアス磁石膜４２ｃは、Ｘ軸負方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ａに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｅは、Ｘ軸負方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｃに隣接するように、且つ、Ｘ軸正方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｇに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｃ，４２ｅのＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜４２ａ，４２ｇのＹ軸正方向端部と一致している。

バイアス磁石膜４２ｂは、バイアス磁石膜４２ａからＹ軸正方向に第１距離だけ離間し、且つ、バイアス磁石膜４２ａ及びバイアス磁石膜４２ｃに対向する位置に形成されている。バイアス磁石膜４２ｄは、Ｘ軸負方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｂに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｄは、バイアス磁石膜４２ｃ及びバイアス磁石膜４２ｅに対向する位置に形成されている。バイアス磁石膜４２ｆは、Ｘ軸負方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｄに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｆは、バイアス磁石膜４２ｅ及びバイアス磁石膜４２ｇに対向する位置に形成されている。バイアス磁石膜４２ｂ，４２ｄ，４２ｆのＹ軸負方向端部は、同一直線上に存在している。

バイアス磁石膜４２ｋは、Ｘ軸負方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ａに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｉは、Ｘ軸負方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｋに隣接するように、且つ、Ｘ軸正方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｇに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｉ，４２ｋのＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜４２ａ，４２ｇのＹ軸負方向端部と一致している。

バイアス磁石膜４２ｈは、バイアス磁石膜４２ｇからＹ軸負方向に第１距離だけ離間し、且つ、バイアス磁石膜４２ｇ及びバイアス磁石膜４２ｉに対向する位置に形成されている。バイアス磁石膜４２ｊは、Ｘ軸正方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｈに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｊは、バイアス磁石膜４２ｉ及びバイアス磁石膜４２ｋに対向する位置に形成されている。バイアス磁石膜４２ｌは、Ｘ軸正方向に僅かな距離を隔ててバイアス磁石膜４２ｊに隣接するように配置されている。バイアス磁石膜４２ｌは、バイアス磁石膜４２ｋ及びバイアス磁石膜４２ａに対向する位置に形成されている。バイアス磁石膜４２ｈ，４２ｊ，４２ｌのＹ軸正方向端部は、同一直線上に存在している。

通常ＧＭＲ素子４３は、３個の通常ＧＭＲ素子膜４３ａ〜４３ｃからなっている。素子膜４３ａ〜４３ｃの各々は、図１７に示したように、平面視において幅狭帯状であり、その長手方向はＹ軸に平行である。素子膜４３ａ〜４３ｃの各々（各中央部）は、第１実施形態の通常ＧＭＲ素子１６と同様に基板１０ａの上面に接するように形成されている。

素子膜４３ａの一つの端部はバイアス磁石膜４２ａの斜面に接し、他の端部はバイアス磁石膜４２ｂの斜面に接している。素子膜４３ｂの一つの端部はバイアス磁石膜４２ｂの斜面に接し、他の端部はバイアス磁石膜４２ｃの斜面に接している。素子膜４３ｃの一つの端部はバイアス磁石膜４２ｃの斜面に接し、他の端部はバイアス磁石膜４２ｄの斜面に接している。この構成により、通常ＧＭＲ素子４３の抵抗値は、素子膜４３ａ〜４３ｃの各抵抗値の総和となる。

通常ＧＭＲ素子４４は、３個の通常ＧＭＲ素子膜４４ａ〜４４ｃからなっている。素子膜４４ａ〜４４ｃの各々は、図１７に示したように、平面視において幅狭帯状であり、その長手方向はＹ軸に平行である。素子膜４４ａ〜４４ｃの各々（各中央部）は、第１実施形態の通常ＧＭＲ素子１６と同様に基板１０ａの上面に接するように形成されている。

素子膜４４ａの一つの端部はバイアス磁石膜４２ｇの斜面に接し、他の端部はバイアス磁石膜４２ｈの斜面に接している。素子膜４４ｂの一つの端部はバイアス磁石膜４２ｈの斜面に接し、他の端部はバイアス磁石膜４２ｉの斜面に接している。素子膜４４ｃの一つの端部はバイアス磁石膜４２ｉの斜面に接し、他の端部はバイアス磁石膜４２ｊの斜面に接している。この構成により、通常ＧＭＲ素子４４の抵抗値は、素子膜４４ａ〜４４ｃの各抵抗値の総和となる。

ＳＡＦ素子４５は、３個のＳＡＦ素子膜４５ａ〜４５ｃを含んでいる。素子膜４５ａ〜４５ｃの各々は、図１７に示したように、平面視において幅狭帯状の部分を備えている。各幅狭帯状部の長手方向はＹ軸に平行である。素子膜４５ａ〜４５ｃの各々は、第１実施形態のＳＡＦ素子１８と同様、絶縁膜の上面に接するように形成されている。その絶縁膜は、バイアス磁石膜４２ａ〜４２ｌの上面と同一面内に上面を有するように基板１０ａ上に形成されている。

素子膜４５ａの一つの端部は、バイアス磁石膜４２ｇより僅かに小さいＴ字形状であり、バイアス磁石膜４２ｇの上面に形成されている。素子膜４５ａの他の端部は、バイアス磁石膜４２ｆより僅かに小さい長方形状であり、バイアス磁石膜４２ｆの上面に形成されている。素子膜４５ｂの一つの端部は、バイアス磁石膜４２ｆの上面にて素子膜４５ａの他の端部と接続されている。素子膜４５ｂの他の端部は、バイアス磁石膜４２ｅより僅かに小さい長方形状であり、バイアス磁石膜４２ｅの上面に形成されている。素子膜４５ｃの一つの端部は、バイアス磁石膜４２ｅの上面にて素子膜４５ｂの他の端部と接続されている。素子膜４５ｃの他の端部は、バイアス磁石膜４２ｄより僅かに小さい長方形状であり、バイアス磁石膜４２ｄの上面に形成されている。この構成により、ＳＡＦ素子４５の抵抗値は、素子膜４５ａ〜４５ｃの各抵抗値の総和となる。

ＳＡＦ素子４６は、３個のＳＡＦ素子膜４６ａ〜４６ｃを含んでいる。素子膜４６ａ〜４６ｃの各々は、図１７に示したように、平面視において幅狭帯状の部分を備えている。各幅狭帯状部のの長手方向はＹ軸に平行である。素子膜４６ａ〜４６ｃの各々は、第１実施形態のＳＡＦ素子１８と同様、前述した絶縁膜の上面に接するように形成されている。

素子膜４６ａの一つの端部は、バイアス磁石膜４２ａより僅かに小さいＴ字形状であり、バイアス磁石膜４２ａの上面に形成されている。素子膜４６ａの他の端部は、バイアス磁石膜４２ｌより僅かに小さい長方形状であり、バイアス磁石膜４２ｌの上面に形成されている。素子膜４６ｂの一つの端部は、バイアス磁石膜４２ｌの上面にて素子膜４６ａの他の端部と接続されている。素子膜４６ｂの他の端部は、バイアス磁石膜４２ｋより僅かに小さい長方形状であり、バイアス磁石膜４２ｋの上面に形成されている。素子膜４６ｃの一つの端部は、バイアス磁石膜４２ｋの上面にて素子膜４６ｂの他の端部と接続されている。素子膜４６ｃの他の端部は、バイアス磁石膜４２ｊより僅かに小さい長方形状であり、バイアス磁石膜４２ｊの上面に形成されている。この構成により、ＳＡＦ素子４６の抵抗値は、素子膜４６ａ〜４６ｃの各抵抗値の総和となる。

このように構成されたＸ軸磁気センサは、図７に示した等価回路（磁気センサ１０と同じフルブリッヂ回路）と同様なフリブリッヂ回路を備えたセンサとなっている。

係るＸ軸磁気センサ４１においては、通常ＧＭＲ素子４３を構成する素子膜４３ａ及びＳＡＦ素子４６を構成する素子膜４６ａは、共通の単一バイアス磁石膜４２ａからバイアス磁界を受けるようになっている。通常ＧＭＲ素子４３を構成する素子膜４３ｃ及びＳＡＦ素子４５を構成する素子膜４５ｃは、共通の単一バイアス磁石膜４２ｄからバイアス磁界を受けるようになっている。ＳＡＦ素子４５を構成する素子膜４５ａ及び通常ＧＭＲ素子４４を構成する素子膜４４ａは、共通の単一バイアス磁石膜４２ｇからバイアス磁界を受けるようになっている。通常ＧＭＲ素子４４を構成する素子膜４４ｃ及びＳＡＦ素子４６を構成する素子膜４６ｃは、共通の単一バイアス磁石膜４２ｊからバイアス磁界を受けるようになっている。

従って、Ｘ軸磁気センサ４１は、磁気センサ１０と同様、従来において必要とされていた２つのバイアス磁石膜を１つのバイアス磁石膜に置換しているので、通常ＧＭＲ素子とＳＡＦ素子とをより接近させることができる。その結果、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサがより小型化されるので、第２実施形態の磁気センサはより小型化され得る。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る磁気センサについて説明する。第３実施形態に係る磁気センサは、以下の２点のみにおいて、第１実施形態に係る磁気センサ１０と相違している。
・磁気センサ１０のＸ軸磁気センサ１１を図１８に示したＸ軸磁気センサ５１に置換する。
・磁気センサ１０のＹ軸磁気センサ２１を、Ｘ軸磁気センサ５１を平面視で左回転方向に９０度回転させた磁気センサに置換する。
従って、以下、Ｘ軸磁気センサ５１について説明する。

Ｘ軸磁気センサ５１は、外部磁界のＸ軸方向の成分を検出する磁気センサである。Ｘ軸磁気センサ５１は、１２個のバイアス磁石膜５２ａ〜５２ｌ、ＳＡＦ素子５３、通常ＧＭＲ素子５４、ＳＡＦ素子５５及び通常ＧＭＲ素子５６を備えている。

バイアス磁石膜５２ａ〜５２ｌは、第１実施形態のバイアス磁石膜１２〜１５と同様に、その断面が台形となっている。バイアス磁石膜５２ａ〜５２ｌは、バイアス磁石膜１２〜１５と同一材質からなり、Ｙ軸正方向に着磁された永久磁石膜となっている。平面視において、バイアス磁石膜５２ａ，５２ｇは互いに同一の長方形状を有し、残りのバイアス磁石膜は互いに同一の長方形状を有している。バイアス磁石膜５２ａ〜５２ｌは、図１８に示した位置に形成され、それらの上面は同一面内に存在している。

ＳＡＦ素子５３は、３個のＳＡＦ素子膜５３ａ〜５３ｃを含んでいる。素子膜５３ａ〜５３ｃの各々は、図１８に示したように、平面視において幅狭帯状の部分を備えている。素子膜５３ａ及び素子膜５４ｃの各幅狭帯状部の長手方向は、Ｙ軸正方向に対し微小な角度θ（θ＞０）だけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５３ｂの幅狭帯状部の長手方向は、Ｙ軸正方向に対し微小な角度−θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５３ａ〜５３ｃの各々のスペーサ層Ｓに隣接した第１磁性層Ｐ１の固定された磁化の向きはＸ軸負方向である。即ち、素子膜５３ａ〜５３ｃの磁気検出方向はＸ軸正方向である。

素子膜５３ａの一つの端部はバイアス磁石膜５２ａの上面の略全体に接するように長方形状に形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｂの上面の略全体に接するように長方形状に形成されている。素子膜５３ｂの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｂの上面にて素子膜５３ａに接続され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｆの上面の略全体に接するように長方形状に形成されている。素子膜５３ｃの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｆの上面にて素子膜５３ｂに接続され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｄの上面の略全体に接するように長方形状に形成されている。

通常ＧＭＲ素子５４は、３個の通常ＧＭＲ素子膜５４ａ〜５４ｃからなっている。素子膜５４ａ〜５４ｃの各々は、図１８に示したように、平面視において幅狭帯状である。素子膜５４ａの長手方向はＹ軸に沿っている。素子膜５４ｂの長手方向はＹ軸正方向に対し微小な角度−θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５４ｃの長手方向は、Ｙ軸正方向に対し微小な角度θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５４ａ〜５４ｃの各々のスペーサ層Ｓに隣接した磁性層Ｐ（固定層Ｐ）の固定された磁化の向きはＸ軸正方向である。即ち、素子膜５４ａ〜５４ｃの磁気検出方向はＸ軸負方向である。

素子膜５４ａ〜５４ｃの各々は、第１実施形態の通常ＧＭＲ素子１６と同様、基板１０ａの上面に接するように形成されている。また、素子膜５４ａの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｅの斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｄの斜面に接するように形成されている。素子膜５４ｂの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｅの斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｃの斜面に接するように形成されている。素子膜５４ｃの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｃの斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｇの斜面に接するように形成されている。

一方、上述したＳＡＦ素子５３の素子膜５３ａ〜５３ｃの各々は、第１実施形態のＳＡＦ素子１８と同様、基板１０ａ及び通常ＧＭＲ素子５４を覆う絶縁膜ＩＮＳの上面に形成されている。従って、図１８の４−４線に沿った平面に沿ってＸ軸磁気センサ５１を切断した断面図である図１９に示したように、素子膜５３ｂは素子膜５４ｃの上方を通過し、素子膜５３ｂと素子膜５４ｃとの間には絶縁膜ＩＮＳが存在している。同様に、素子膜５３ｃは素子膜５４ｂの上方を通過し、素子膜５３ｃと素子膜５４ｂとの間には絶縁膜ＩＮＳが存在している。

ＳＡＦ素子５５は、３個のＳＡＦ素子膜５５ａ〜５５ｃを含んでいる。素子膜５５ａ〜５５ｃの各々は、図１８に示したように、平面視において幅狭帯状の部分を備えている。素子膜５５ａの幅狭帯状部の長手方向はＹ軸に沿っている。素子膜５５ｂの幅狭帯状部の長手方向はＹ軸正方向に対し微小な角度θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５５ｃの幅狭帯状部の長手方向は、Ｙ軸正方向に対し微小な角度−θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５５ａ〜５５ｃの各々のスペーサ層Ｓに隣接した第１磁性層Ｐ１の固定された磁化の向きはＸ軸負方向である。即ち、素子膜５５ａ〜５５ｃの磁気検出方向はＸ軸正方向である。

素子膜５５ａの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｊの上面の略全体に接するように長方形状に形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｉの上面の略全体に接するように長方形状に形成されている。素子膜５５ｂの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｉの上面にて素子膜５５ａに接続され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｋの上面の略全体に接するように長方形状に形成されている。素子膜５５ｃの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｋの上面にて素子膜５５ｂに接続され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｇの上面の略全体に接するように長方形状に形成されている。

通常ＧＭＲ素子５６は、３個の通常ＧＭＲ素子膜５６ａ〜５６ｃからなっている。素子膜５６ａ〜５６ｃの各々は、図１８に示したように、平面視において幅狭帯状である。素子膜５６ａの長手方向はＹ軸正方向に対し微小な角度−θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５６ｂの長手方向はＹ軸正方向に対し微小な角度θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５６ｃの長手方向は、Ｙ軸正方向に対し微小な角度−θだけ傾斜した向きに沿っている。素子膜５６ａ〜５６ｃの各々のスペーサ層Ｓに隣接した磁性層Ｐ（固定層Ｐ）の固定された磁化の向きはＸ軸正方向である。即ち、素子膜５６ａ〜５６ｃの磁気検出方向はＸ軸負方向である。

素子膜５６ａ〜５６ｃの各々は、第１実施形態の通常ＧＭＲ素子１６と同様、基板１０ａの上面に接するように形成されている。また、素子膜５６ａの一つの端部はバイアス磁石膜５２ａの斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｌの斜面に接するように形成されている。素子膜５６ｂの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｌの斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｈの斜面に接するように形成されている。素子膜５６ｃの一つの端部はバイアス磁石膜５２ｈの斜面に接するように形成され、他の端部はバイアス磁石膜５２ｊの斜面に接するように形成されている。

一方、上述したＳＡＦ素子５５の素子膜５５ａ〜５５ｃの各々は、第１実施形態のＳＡＦ素子１８と同様、基板１０ａ及び通常ＧＭＲ素子５６を覆う絶縁膜ＩＮＳの上面に形成されている。従って、素子膜５５ｂは、素子膜５６ｃの上方を通過し、素子膜５５ｂと素子膜５６ｃとの間には絶縁膜ＩＮＳが存在している。同様に、素子膜５５ｃは素子膜５６ｂの上方を通過し、素子膜５５ｃと素子膜５６ｂとの間には絶縁膜ＩＮＳが存在している。

以上のように構成されたＸ軸磁気センサ５１は、図２０に等価回路図を示したように、磁気検出方向がＸ軸負方向である一対の通常ＧＭＲ素子５４，５６と、磁気検出方向がＸ軸正方向である一対のＳＡＦ素子５３，５５とがフルブリッヂ接続されている。そして、Ｘ軸磁気センサ５１においては、バイアス磁石膜５２ａに第１電位＋Ｖｄが付与され、バイアス磁石膜５２ｇは接地され第２電位（０Ｖ）が与えられる。更に、ＳＡＦ素子５３と通常ＧＭＲ素子５４との接続箇所に存在するバイアス磁石膜５２ｄから電位Vout1が取り出され、ＳＡＦ素子５５と通常ＧＭＲ素子５６との接続箇所に存在するバイアス磁石膜５２ｊから電位Vout2が取り出される。電位Vout1と電位Vout2との差がＸ軸磁気センサ５１の出力Voxとして取り出される。

このように、第３実施形態に係る磁気センサは、
第１巨大磁気抵抗効果素子（例えば、通常ＧＭＲ素子５６の素子膜５６ａ）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子に第１の向き（例えば、Ｘ軸負方向）と実質的に直交する第３の向き（例えば、Ｙ軸正方向）のバイアス磁界を付与する第１バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜５２ｌ）と、
第２巨大磁気抵抗効果素子（例えば、ＳＡＦ素子５３の素子膜５３ａ）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する第２バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜５２ｂ）と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部の両方に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子及び同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する単一の第３バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜５２ａ、共通バイアス磁石膜）と、
を備える。

同様に、第３実施形態に係る磁気センサは、
第１巨大磁気抵抗効果素子（例えば、通常ＧＭＲ素子５４の素子膜５４ａ）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子に第１の向き（例えば、Ｘ軸負方向）と実質的に直交する第３の向き（例えば、Ｙ軸正方向）のバイアス磁界を付与する第１バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜５２ｅ）と、
第２巨大磁気抵抗効果素子（例えば、ＳＡＦ素子５３の素子膜５３ｃ）の一つの端部に接するように基板１０ａ上に形成され、同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する第２バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜５２ｆ）と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部の両方に接するように基板１０ａ上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子及び同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する単一の第３バイアス磁石膜（例えば、バイアス磁石膜５２ｄ、共通バイアス磁石膜）と、
を備える。
更に、バイアス磁石膜５２ｊ及びバイアス磁石膜５２ｇも、共通バイアス磁石膜（第３バイアス磁石膜）として機能している。

従って、第３実施形態に係る磁気センサも、磁気センサ１０と同様、第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部と第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部とのそれぞれに必要とされていた２つのバイアス磁石膜を、１つのバイアス磁石膜（バイアス磁石膜５２ａ、５２ｄ、５２ｊ、５２ｇ）としているで、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とをより接近させることが可能となる。

また、第３実施形態に係る磁気センサは、
第１巨大磁気抵抗効果素子（例えば、通常ＧＭＲ素子５４の素子膜５４ｂ）は基板１０ａの上面に接するように形成され、
第２巨大磁気抵抗効果素子（例えば、ＳＡＦ素子５３の素子膜５３ｃ）は第１巨大磁気抵抗効果素子（通常ＧＭＲ素子５４の素子膜５４ｂ）と平面視において交差する部分を有し、且つ、第１巨大磁気抵抗効果素子の上部に形成され、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の間に絶縁膜ＩＮＳが形成されている磁気センサでもある。

これによれば、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とを基板の上下方向において（平面視において）交差するように形成することができる。従って、第１巨大磁気抵抗効果素子及び第２巨大磁気抵抗効果素子を互いにより近接させることができる。

なお、第３実施形態に係る磁気センサにおいても、第１巨大磁気抵抗効果素子（通常ＧＭＲ素子）が基板１０ａの上面に接するように形成され、第２巨大磁気抵抗効果素子（ＳＡＦ素子）が絶縁膜ＩＮＳの上面に接するように形成されていたが、どちらの素子が基板１０ａの上面に接するように形成されてもよい。即ち、例えば、図１８に示したＸ軸磁気センサ５１において、通常ＧＭＲ素子５４，５６をＳＡＦ素子に置換し、ＳＡＦ素子５３，５５を通常ＧＭＲ素子に置換してもよい。

以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る磁気センサは、小型であって、素子が受ける応力の出力値への影響を極力小さくした磁気センサとなっている。なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

本発明の第１実施形態に係る磁気センサ（Ｎタイプ）の平面図である。 図１に示したＸ軸磁気センサの拡大平面図である。 図２の１−１線に沿った平面にてＸ軸磁気センサを切断した断面図である。 図２の２−２線に沿った平面にてＸ軸磁気センサを切断した断面図である。 図５の（Ａ）は図２に示した通常ＧＭＲ素子の膜構成を示した図、図５の（Ｂ）は通常ＧＭＲ素子の概念的斜視図、図５の（Ｃ）は通常ＧＭＲ素子の外部磁界に対する抵抗値の変化を示したグラフである。 図６の（Ａ）は図２に示したＳＡＦ素子の膜構成を示した図、図６の（Ｂ）はＳＡＦ素子の概念的斜視図、図６の（Ｃ）はＳＡＦ素子の外部磁界に対する抵抗値の変化を示したグラフである。 図７の（Ａ）は図２に示したＸ軸磁気センサの等価回路図であり、図７の（Ｂ）は外部磁界のＸ軸正方向成分に対する同Ｘ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 図１に示した磁気センサを製造する方法を説明するための工程図である。 図１に示した磁気センサを製造する方法を説明するための工程図である。 図１に示した磁気センサを製造する方法を説明するための工程図である。 図１に示した磁気センサを製造するためのウエハ（基板）の部分平面図である。 図１に示した磁気センサのピンド層の磁化の向きを固定する際に使用するマグネットアレイの平面図である。 図１２の３−３線に沿った平面にてマグネットアレイを切断した同マグネットアレイの断面図である。 図１２に示したマグネットアレイの永久磁石を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。 図１２に示した磁気センサの通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子のピンド層の磁化の向きを固定する方法を示したマグネットアレイ及びウエハの部分平面図である。 通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子の磁場中熱処理時における磁界方向と、得られる素子の特性と、の関係を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る磁気センサが備えるＸ軸磁気センサの平面図である。 本発明の第３実施形態に係る磁気センサが備えるＸ軸磁気センサの平面図である。 図１８の４−４線に沿った平面にてＸ軸磁気センサを切断した断面図である。 図１８に示したＸ軸磁気センサの等価回路図である。 図２１の（Ａ）は従来の磁気センサの等価回路図であり、図２１の（Ｂ）は同従来の磁気センサの外部磁界に対する出力の変化を示したグラフである。 従来の磁気センサの平面図である。 従来の磁気センサの固定層の磁化の向きを固定する際に使用するマグネットアレイの永久磁石を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。 固定層の磁化の向きを固定する際の図２３に示したマグネットアレイとウエハとの位置関係を示した平面図である。

符号の説明

１０…磁気センサ、１０ａ…基板、１１…Ｘ軸磁気センサ、１２〜１５…バイアス磁石膜、１６，１７…通常ＧＭＲ素子（第１巨大磁気抵抗効果素子）、１８，１９…ＳＡＦ素子（第２巨大磁気抵抗効果素子膜）、２１…Ｙ軸磁気センサ、３０…マグネットアレイ、３１…永久磁石、４１…Ｘ軸磁気センサ、４２ａ〜４２ｌ…バイアス磁石膜、４３，４４…通常ＧＭＲ素子、４５，４６…ＳＡＦ素子、５１…Ｘ軸磁気センサ、５２ａ〜５２ｌ…バイアス磁石膜、５３，５５…ＳＡＦ素子、５４，５６…通常ＧＭＲ素子、ＩＮＳ…絶縁膜。

Claims (9)

1. 単一の基板と、
   前記基板上に形成されるとともに、単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第１の向きに固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる第１巨大磁気抵抗効果素子と、
   前記基板上であって前記第１巨大磁気抵抗効果素子の近傍に形成されるとともに、第１強磁性体膜、同１強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第２強磁性体膜及び同第２強磁性体膜に接するピニング層からなり同第２強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第１強磁性体膜が同第２強磁性体膜と同交換結合膜を介して交換結合することにより同第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きと１８０度相違する第２の向きに固定されたピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる第２巨大磁気抵抗効果素子と、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子の一つの端部に接するように前記基板上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子に前記第１の向きと実質的に直交する第３の向きのバイアス磁界を付与する第１バイアス磁石膜と、
   前記第２巨大磁気抵抗効果素子の一つの端部に接するように前記基板上に形成され、同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する第２バイアス磁石膜と、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他の端部及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他の端部の両方に接するように前記基板上に形成され、同第１巨大磁気抵抗効果素子及び同第２巨大磁気抵抗効果素子に前記第３の向きのバイアス磁界を付与する単一の第３バイアス磁石膜と、
   を備えた磁気センサ。
2. 請求項１に記載の磁気センサにおいて、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子は前記第１の向きに実質的に直交する向きに長手方向を有する幅狭帯状部を有し、それらの幅狭帯状部は前記第３バイアス磁石膜を起点として同一の側に延在している磁気センサ。
3. 請求項１に記載の磁気センサにおいて、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子は前記第１の向きに実質的に直交する向きに長手方向を有する幅狭帯状部を有し、それらの幅狭帯状部は一つの直線上に実質的に配設され、
   前記第３バイアス磁石膜は、前記第１巨大磁気抵抗効果素子と前記第２巨大磁気抵抗効果素子との間に配設されている磁気センサ。
4. 請求項１に記載の磁気センサであって、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか一方は前記基板の上面に接するように形成され、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか他方は前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の何れか一方と平面視において交差する部分を有し、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子の間に絶縁膜が形成されている磁気センサ。
5. 請求項１に記載の磁気センサであって、
   前記第１乃至第３バイアス磁石膜のそれぞれは、断面が台形形状であって前記基板に対して傾斜した斜面及び同基板の上面に平行な上面を有するように形成され、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第１バイアス磁石膜の斜面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の斜面に接し、且つ、その中央部が前記基板の上面に接するように形成され、
   前記バイアス磁石膜の上面が存在する平面に到るまで前記第１巨大磁気抵抗効果素子を覆うように形成された絶縁膜を備え、
   前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第２バイアス磁石膜の上面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の上面に接し、且つ、その中央部が前記絶縁膜の上面に接するように形成された磁気センサ。
6. 請求項１に記載の磁気センサであって、
   前記第１乃至第３バイアス磁石膜のそれぞれは、断面が台形形状であって前記基板に対して傾斜した斜面及び同基板の上面に平行な上面を有するように形成され、
   前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第２バイアス磁石膜の斜面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の斜面に接し、且つ、その中央部が前記基板の上面に接するように形成され、
   前記バイアス磁石膜の上面が存在する平面に到るまで前記第２巨大磁気抵抗効果素子を覆うように形成された絶縁膜を備え、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子は、前記一つの端部が前記第１バイアス磁石膜の上面に接し、前記他の端部が前記第３バイアス磁石膜の上面に接し、且つ、その中央部が前記絶縁膜の上面に接するように形成された磁気センサ。
7. 請求項１に記載の磁気センサの製造方法であって、
   前記単一の基板を準備する工程と、
   前記第１乃至第３バイアス磁石膜となる膜を前記基板上に形成するバイアス磁石膜形成工程と、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜の何れか一方の膜を前記基板の上面及び前記第１乃至第３バイアス磁石膜の上面に形成する第１膜形成工程と、
   前記形成されたバイアス磁石膜となる膜及び前記形成された前記磁気抵抗効果素子となる膜の上部を覆うように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   前記形成された絶縁膜と、前記形成されたバイアス磁石膜となる膜と、前記形成された磁気抵抗効果素子となる膜と、を同バイアス磁石膜となる膜の上面が表出するように除去するとともに、これらの膜の上面を平坦にする平坦化工程と、
   前記平坦化された膜の上面に前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜の何れか他方の膜を形成する第２膜形成工程と、
   前記形成された前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記形成された前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する磁場中熱処理工程と、
   を含む磁気センサの製造方法。
8. 請求項７に記載の磁気センサの製造方法において、
   前記バイアス磁石膜形成工程は、前記第１乃至第３バイアス磁石膜を、それぞれが前記基板に対して傾斜した斜面を有するように形成する工程である磁気センサの製造方法。
9. 請求項７又は請求項８に記載の磁気センサの製造方法において、
   前記磁場中熱処理工程は、
   略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石の磁極の極性と異なるように配置されたマグネットアレイによって形成される磁界を前記磁場中熱処理工程中の磁界として用いる磁気センサの製造方法。
   

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