JP2007263654A - 磁気センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 電気抵抗値と電気抵抗の温度特性が同じＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜で形成した
素子で磁気センサ素子を構成し、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られる磁
気センサを提供する。
【解決手段】 ＳＶＧＭＲ膜の積層順を一部変えることで固定抵抗膜を形成する。電気抵
抗値と電気抵抗の温度特性が等しいＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜で、磁気センサ素子を構成
することができる。これにより、周囲温度変化に対して安定した出力特性が得られる磁気
センサを提供できる。
【選択図】 図１
素子で磁気センサ素子を構成し、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が得られる磁
気センサを提供する。
【解決手段】 ＳＶＧＭＲ膜の積層順を一部変えることで固定抵抗膜を形成する。電気抵
抗値と電気抵抗の温度特性が等しいＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜で、磁気センサ素子を構成
することができる。これにより、周囲温度変化に対して安定した出力特性が得られる磁気
センサを提供できる。
【選択図】 図１
Description
本願発明は、非接触で磁気媒体との変位を測定するために使用される磁気センサで、ス
ピンバルブ巨大磁気抵抗効果膜および、スピンバルブ巨大磁気抵抗効果膜と同じ電気抵抗
の温度特性をもつ固定抵抗膜を備えた磁気センサに関するものである。
ピンバルブ巨大磁気抵抗効果膜および、スピンバルブ巨大磁気抵抗効果膜と同じ電気抵抗
の温度特性をもつ固定抵抗膜を備えた磁気センサに関するものである。
工業計測の分野では、磁気媒体と非接触で位置や回転角等の物理的変量を検出するため
に、ホール素子のような低価格の感磁素子が多く使用されている。高感度で検出を行う必
要がある場合には、磁気媒体との相対速度が再生出力に依存しない異方性磁気抵抗効果膜
（以下、ＡＭＲ膜と言う）を有する磁気センサが使用されている。しかしＡＭＲ膜を用い
た磁気センサは、磁気抵抗変化率が３％程度と小さいため、得られる出力信号電圧が小さ
い。そこで、磁気抵抗変化率が大きく、回路上では単純な２端子の抵抗として取り扱える
という利点がある巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）を備えた磁気センサが注目され、その
実用化が検討されている。
に、ホール素子のような低価格の感磁素子が多く使用されている。高感度で検出を行う必
要がある場合には、磁気媒体との相対速度が再生出力に依存しない異方性磁気抵抗効果膜
（以下、ＡＭＲ膜と言う）を有する磁気センサが使用されている。しかしＡＭＲ膜を用い
た磁気センサは、磁気抵抗変化率が３％程度と小さいため、得られる出力信号電圧が小さ
い。そこで、磁気抵抗変化率が大きく、回路上では単純な２端子の抵抗として取り扱える
という利点がある巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）を備えた磁気センサが注目され、その
実用化が検討されている。
巨大磁気抵抗効果膜は、非磁性層を介して隣り合う磁性層の磁化方向が互いに逆向きに
なっている結合型ＧＭＲ人工格子膜（以下、結合型ＧＭＲ膜と言う）が知られている。結
合型ＧＭＲ膜は磁界変化に対する抵抗変化特性がＡＭＲ膜と同じであるため、容易にＡＭ
Ｒ膜からの置き換えが可能である。結合型ＧＭＲ膜は抵抗変化率が１０％以上と大きいの
で大出力を得ることができる。しかし、最大抵抗変化を起こす動作磁界強度が大きいので
、大型の動作磁界発生手段が必要となる。また、結合型ＧＭＲ膜の電気抵抗がＡＭＲ膜の
１／２〜１／３程度と小さいため、磁気センサの低消費電力化が難しい。そのため、結合
型ＧＭＲ膜を用いた磁気センサの用途は、制限を受けるという問題がある。
なっている結合型ＧＭＲ人工格子膜（以下、結合型ＧＭＲ膜と言う）が知られている。結
合型ＧＭＲ膜は磁界変化に対する抵抗変化特性がＡＭＲ膜と同じであるため、容易にＡＭ
Ｒ膜からの置き換えが可能である。結合型ＧＭＲ膜は抵抗変化率が１０％以上と大きいの
で大出力を得ることができる。しかし、最大抵抗変化を起こす動作磁界強度が大きいので
、大型の動作磁界発生手段が必要となる。また、結合型ＧＭＲ膜の電気抵抗がＡＭＲ膜の
１／２〜１／３程度と小さいため、磁気センサの低消費電力化が難しい。そのため、結合
型ＧＭＲ膜を用いた磁気センサの用途は、制限を受けるという問題がある。
比較的弱い磁場強度領域で結合型ＧＭＲ膜と同程度の磁気抵抗変化率を示す膜として、
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜（以下、ＳＶＧＭＲ膜と言う）がある。ＳＶＧＭＲ膜
はハードディスク記憶装置（ＨＤＤ）の磁気ヘッドに用いられている。ＳＶＧＭＲ膜は、
特許文献１に開示されているように、外部磁界の方向が変化しても磁化方向が変化しない
磁化固定層と非磁性導電層、外部磁界の変化に追従して磁化方向が変化する磁化自由層か
ら構成されている。ＳＶＧＭＲ膜を加工したセンサ素子（以下、ＳＶＧＭＲ素子と言う）
は、結合型ＧＭＲ膜を加工したセンサ素子に比べ電気抵抗が５〜６倍大きいので、磁気セ
ンサに用いた時低消費電力化が行ない易い。また、１〜１６０（Ａ／ｍ）［約０．００６
〜２０（Ｏｅ）］と比較的小さい磁場強度領域で動作すると言う特徴がある。以降、本願
の磁気抵抗効果膜は、特に断りのない限りＳＶＧＭＲ膜と言う。
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜（以下、ＳＶＧＭＲ膜と言う）がある。ＳＶＧＭＲ膜
はハードディスク記憶装置（ＨＤＤ）の磁気ヘッドに用いられている。ＳＶＧＭＲ膜は、
特許文献１に開示されているように、外部磁界の方向が変化しても磁化方向が変化しない
磁化固定層と非磁性導電層、外部磁界の変化に追従して磁化方向が変化する磁化自由層か
ら構成されている。ＳＶＧＭＲ膜を加工したセンサ素子（以下、ＳＶＧＭＲ素子と言う）
は、結合型ＧＭＲ膜を加工したセンサ素子に比べ電気抵抗が５〜６倍大きいので、磁気セ
ンサに用いた時低消費電力化が行ない易い。また、１〜１６０（Ａ／ｍ）［約０．００６
〜２０（Ｏｅ）］と比較的小さい磁場強度領域で動作すると言う特徴がある。以降、本願
の磁気抵抗効果膜は、特に断りのない限りＳＶＧＭＲ膜と言う。
図１０に、磁気センサと磁気媒体を示す。回転する磁気媒体６１に所定の間隔（ギャッ
プ）を持って対向して磁気センサ６０を配している。磁気センサ６０は複数の磁気センサ
素子５１からなり、磁気センサ素子５１は、磁界により電気抵抗が変化するＳＶＧＭＲ素
子２７と、固定抵抗膜で形成した固定抵抗素子２８が直列に接続されている。固定抵抗素
子２８の他端は接地、ＳＶＧＭＲ素子２７の他端は電源電圧Ｖｃｃに接続している。ＳＶ
ＧＭＲ素子２７と固定抵抗素子２８の接続点３１から中点電位を取り、この電圧が磁気セ
ンサ６０の出力電圧となる。固定抵抗素子２８は磁界によって電気抵抗が変化しないので
電気抵抗は略一定であり、ＳＶＧＭＲセンサ素子２７の比較抵抗として働く。ＳＶＧＭＲ
素子２７が磁気媒体６１の漏洩磁界を検知すると、電気抵抗が変化して中点電位が変化す
る。この中点電位の変化を磁気媒体と磁気センサの相対位置信号として検出する。
プ）を持って対向して磁気センサ６０を配している。磁気センサ６０は複数の磁気センサ
素子５１からなり、磁気センサ素子５１は、磁界により電気抵抗が変化するＳＶＧＭＲ素
子２７と、固定抵抗膜で形成した固定抵抗素子２８が直列に接続されている。固定抵抗素
子２８の他端は接地、ＳＶＧＭＲ素子２７の他端は電源電圧Ｖｃｃに接続している。ＳＶ
ＧＭＲ素子２７と固定抵抗素子２８の接続点３１から中点電位を取り、この電圧が磁気セ
ンサ６０の出力電圧となる。固定抵抗素子２８は磁界によって電気抵抗が変化しないので
電気抵抗は略一定であり、ＳＶＧＭＲセンサ素子２７の比較抵抗として働く。ＳＶＧＭＲ
素子２７が磁気媒体６１の漏洩磁界を検知すると、電気抵抗が変化して中点電位が変化す
る。この中点電位の変化を磁気媒体と磁気センサの相対位置信号として検出する。
２個の磁気センサ素子５１を用いてブリッジを組むこともできる。図１１に、ブリッジ
を組んだ磁気センサ素子５２を示す。磁気センサ素子５１を逆方向で並列接続した形であ
る。この様にブリッジを組むことで、磁界により電気抵抗が変化するＳＶＧＭＲセンサ素
子２７ａと２７ｂで、より電気抵抗の変化量を増幅する効果が得られる。接続点３４ａと
３４ｂ間で、図１０の接続点３１の約２倍の出力電圧が得られる。
を組んだ磁気センサ素子５２を示す。磁気センサ素子５１を逆方向で並列接続した形であ
る。この様にブリッジを組むことで、磁界により電気抵抗が変化するＳＶＧＭＲセンサ素
子２７ａと２７ｂで、より電気抵抗の変化量を増幅する効果が得られる。接続点３４ａと
３４ｂ間で、図１０の接続点３１の約２倍の出力電圧が得られる。
しかし、ＳＶＧＭＲ膜と銅（Ｃｕ）などの金属導体からなる固定抵抗膜を用いて、磁気
センサ素子５１を形成した場合、電気抵抗の温度特性の違いから、磁気センサが高温もし
くは低温にさらされる周囲環境で使用されると、磁気センサ素子の中点電位が変化して精
度良く変位を検出できなくなる。磁気センサを車載用センサとして使用する場合、１５０
℃以上の耐熱性が要求されるが、例えばＣｕの温度係数が４．３×１０−３（ｄｅｇ．−
１）であるのに対して、ＳＶＧＭＲ素子の温度係数は１．０〜１．３×１０−３（ｄｅｇ
．−１）であり等しくないため、周囲温度の変化によりブリッジ回路の中点電位が変化す
ることになる。他の導体に用いられる金属のアルミニウムや金、銀の温度係数も４．０〜
４．２×１０−３（ｄｅｇ．−１）であり、ＳＶＧＭＲ素子の温度係数との差が大きい。
センサ素子５１を形成した場合、電気抵抗の温度特性の違いから、磁気センサが高温もし
くは低温にさらされる周囲環境で使用されると、磁気センサ素子の中点電位が変化して精
度良く変位を検出できなくなる。磁気センサを車載用センサとして使用する場合、１５０
℃以上の耐熱性が要求されるが、例えばＣｕの温度係数が４．３×１０−３（ｄｅｇ．−
１）であるのに対して、ＳＶＧＭＲ素子の温度係数は１．０〜１．３×１０−３（ｄｅｇ
．−１）であり等しくないため、周囲温度の変化によりブリッジ回路の中点電位が変化す
ることになる。他の導体に用いられる金属のアルミニウムや金、銀の温度係数も４．０〜
４．２×１０−３（ｄｅｇ．−１）であり、ＳＶＧＭＲ素子の温度係数との差が大きい。
ＳＶＧＭＲ膜の温度係数と近い金属は合金系から選ぶことができる。例えば、アルミニ
ウム・マンガンを含んだニッケル合金のアルメル、銅と亜鉛の合金の黄銅、白金とロジウ
ムの合金があり、これらの温度係数は１．２〜１．４×１０−３（ｄｅｇ．−１）とＳＶ
ＧＭＲ膜と非常に近いが、同じ値ではない。また、ＳＶＧＭＲ膜とシート抵抗値が異なる
ため、素子の形状や厚みを変えて電気抵抗値を合わせることが非常に難しい。また、固定
抵抗膜を得るために余分な製膜装置やスパッターターゲット材が必要となる。
ウム・マンガンを含んだニッケル合金のアルメル、銅と亜鉛の合金の黄銅、白金とロジウ
ムの合金があり、これらの温度係数は１．２〜１．４×１０−３（ｄｅｇ．−１）とＳＶ
ＧＭＲ膜と非常に近いが、同じ値ではない。また、ＳＶＧＭＲ膜とシート抵抗値が異なる
ため、素子の形状や厚みを変えて電気抵抗値を合わせることが非常に難しい。また、固定
抵抗膜を得るために余分な製膜装置やスパッターターゲット材が必要となる。
本願発明の目的は、電気抵抗値と電気抵抗の温度特性が同じＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜
で形成した素子で磁気センサ素子を構成し、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が
得られる磁気センサを提供することである。
で形成した素子で磁気センサ素子を構成し、周囲温度変化に対しても安定した出力特性が
得られる磁気センサを提供することである。
本願発明の磁気センサは、外部磁界に反応して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜で形
成したセンサ素子と、磁気抵抗効果膜と電気抵抗の温度特性が等しく、外部磁界がない状
態での電気抵抗も等しく、外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗膜で形成したセン
サ素子で、ブリッジ回路を形成していることが好ましい。
成したセンサ素子と、磁気抵抗効果膜と電気抵抗の温度特性が等しく、外部磁界がない状
態での電気抵抗も等しく、外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗膜で形成したセン
サ素子で、ブリッジ回路を形成していることが好ましい。
磁気抵抗効果膜が基板上に形成された単層または複数層からなる下地層と、非磁性導電
層と、非磁性導電層を挟む磁化固定層および磁化自由層と、磁化固定層の隣に形成される
反強磁性層からなる多層部と、最上位に形成される保護膜とから構成されるＳＶＧＭＲ膜
とすることが好ましい。
層と、非磁性導電層を挟む磁化固定層および磁化自由層と、磁化固定層の隣に形成される
反強磁性層からなる多層部と、最上位に形成される保護膜とから構成されるＳＶＧＭＲ膜
とすることが好ましい。
多層部で磁化固定層および／または磁化自由層は、単層または複数層からなることが好
ましい。
ましい。
ＳＶＧＭＲ膜は、ボトムタイプやトップタイプ、積層フェリ固定層タイプ、積層フェリ
自由層タイプ、スピンフィルタータイプのいずれの構造のＳＶＧＭＲ膜でも良い。また、
いずれかの積層界面で界面の平坦化を目的として、プラズマ処理を施すことができる。
自由層タイプ、スピンフィルタータイプのいずれの構造のＳＶＧＭＲ膜でも良い。また、
いずれかの積層界面で界面の平坦化を目的として、プラズマ処理を施すことができる。
固定抵抗膜は磁気抵抗効果膜と同じ材料で構成され、一部積層順を入れ替えた構成とす
ることが好ましい。
ることが好ましい。
ブリッジ回路を構成する固定抵抗膜は、ＳＶＧＭＲ膜の非磁性導電層と磁化自由層の積
層順、もしくは非磁性導電層と磁化固定層の積層順を入れ替えた構造とすることで、非磁
性導電層を介しての磁化自由層と磁化固定層間のスピン依存散乱をなくし、ＧＭＲ効果が
発現しない構造にすることができる。また、固定抵抗膜はＳＶＧＭＲ膜と同じ材料で同じ
膜厚を用いているため、電気抵抗値が同じで電気抵抗の温度特性も同じとなるので、周囲
温度の変化による中点電位の変化を抑えることができる。
層順、もしくは非磁性導電層と磁化固定層の積層順を入れ替えた構造とすることで、非磁
性導電層を介しての磁化自由層と磁化固定層間のスピン依存散乱をなくし、ＧＭＲ効果が
発現しない構造にすることができる。また、固定抵抗膜はＳＶＧＭＲ膜と同じ材料で同じ
膜厚を用いているため、電気抵抗値が同じで電気抵抗の温度特性も同じとなるので、周囲
温度の変化による中点電位の変化を抑えることができる。
磁気抵抗効果膜と固定抵抗膜が同一の基板上に形成されていることが好ましい。
ＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜は、フォトリソプロセスとスパッタ成膜プロセスを組合わせ
ることで、同一基板上に直接形成することができる。ＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜は、一部
積層順を入れ替えただけの構成であるため、同じスパッタ装置で成膜可能で膜厚分布も等
しく成膜することができるため、電気抵抗値と電気抵抗の温度特性のバラツキを低減でき
る。
ることで、同一基板上に直接形成することができる。ＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜は、一部
積層順を入れ替えただけの構成であるため、同じスパッタ装置で成膜可能で膜厚分布も等
しく成膜することができるため、電気抵抗値と電気抵抗の温度特性のバラツキを低減でき
る。
固定抵抗膜は非磁性導電層の膜厚を変えることで、電気抵抗値を調整することができる
ことができる。
ことができる。
固定抵抗膜に流れるセンス電流の殆どは非磁性導電層を流れるため、その電気抵抗値は
非磁性導電層の膜厚に最も良く反応する。そのため、非磁性導電層以外の膜厚を変更する
ことなく、非磁性導電層の膜厚調整だけで抵抗膜の電気抵抗値を微調整することができる
。
非磁性導電層の膜厚に最も良く反応する。そのため、非磁性導電層以外の膜厚を変更する
ことなく、非磁性導電層の膜厚調整だけで抵抗膜の電気抵抗値を微調整することができる
。
ＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜は、膜の積層順が一部違うだけであるため電気抵抗値は同じ
とすることができる。また、電気抵抗の温度特性が等しいＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜で磁
気センサ素子を構成することで、周囲温度変化に対して安定した出力特性が得られる磁気
センサを実現できる。
とすることができる。また、電気抵抗の温度特性が等しいＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜で磁
気センサ素子を構成することで、周囲温度変化に対して安定した出力特性が得られる磁気
センサを実現できる。
以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くす
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。ＳＶＧＭＲ膜や固定抵抗膜とこれ
らを用いて形成した素子は同じ様に用いている。例えば、ＳＶＧＭＲ膜はＳＶＧＭＲ膜だ
けでなくＳＶＧＭＲ膜を用いて形成した素子を指す場合もある。
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。ＳＶＧＭＲ膜や固定抵抗膜とこれ
らを用いて形成した素子は同じ様に用いている。例えば、ＳＶＧＭＲ膜はＳＶＧＭＲ膜だ
けでなくＳＶＧＭＲ膜を用いて形成した素子を指す場合もある。
実施したＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜の詳細を述べる前に、図１を用いてＳＶＧＭＲ膜の
積層順を一部変えることで、固定抵抗膜となる理由を詳細に説明する。図１は、反強磁性
層下置タイプ（ボトムタイプ）のＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜を表している。図１ａ）は、
基板１１上に下地層１２、反強磁性層１３、磁化固定層１４、非磁性導電層１５、磁化自
由層１６、保護層１７の順でスパッタ成膜したボトムタイプのＳＶＧＭＲ膜１０１である
。外部磁界により磁化自由層１６の磁化が回転し、磁化固定層１４の磁化方向と成す相対
角度によって電気抵抗が変化する。図１ｂ）は、ＳＶＧＭＲの一部積層順を変えた固定抵
抗膜１０２で、基板１１上に下地層１２、反強磁性層１３、磁化固定層１４、磁化自由層
１６、非磁性導電層１５、保護層１７の順にスパッタ成膜している。固定抵抗膜１０２は
、ＳＶＧＭＲ膜１０１の磁化自由層１６と非磁性導電層１５の積層順序を入れ替えた構造
となっている。このため、非磁性導電層１５を介してのＧＭＲ効果が発現しなくなり、外
部磁界による固定抵抗膜１０２の電気抵抗値の変化がほぼゼロとなる。
積層順を一部変えることで、固定抵抗膜となる理由を詳細に説明する。図１は、反強磁性
層下置タイプ（ボトムタイプ）のＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜を表している。図１ａ）は、
基板１１上に下地層１２、反強磁性層１３、磁化固定層１４、非磁性導電層１５、磁化自
由層１６、保護層１７の順でスパッタ成膜したボトムタイプのＳＶＧＭＲ膜１０１である
。外部磁界により磁化自由層１６の磁化が回転し、磁化固定層１４の磁化方向と成す相対
角度によって電気抵抗が変化する。図１ｂ）は、ＳＶＧＭＲの一部積層順を変えた固定抵
抗膜１０２で、基板１１上に下地層１２、反強磁性層１３、磁化固定層１４、磁化自由層
１６、非磁性導電層１５、保護層１７の順にスパッタ成膜している。固定抵抗膜１０２は
、ＳＶＧＭＲ膜１０１の磁化自由層１６と非磁性導電層１５の積層順序を入れ替えた構造
となっている。このため、非磁性導電層１５を介してのＧＭＲ効果が発現しなくなり、外
部磁界による固定抵抗膜１０２の電気抵抗値の変化がほぼゼロとなる。
非磁性導電層１５と磁化自由層１６の積層順序を入れ替えると、固定抵抗膜１０２のＧ
ＭＲ効果の発現がなくなる理由は、ＳＶＧＭＲ素子の積層構造中でセンス電流の大部分が
流れる非磁性導電層１５の位置の移動を最小にするためである。例えば、スピンバルブ構
造を基にして、その材料、各層の成膜条件、膜厚を実質的に変更せず、単にＧＭＲ効果を
発現させなくするためには、非磁性導電層１５と磁化固定層１４を入れ替えても良い。し
かし磁化固定層１４は反強磁性層１３と接することで交換結合により磁化方向が強く固定
され、外部磁界に反応しにくくなっている。したがって磁化固定層と反強磁性層を分離す
ることは、磁化固定層の磁化固定強度を弱めることになり好ましくない。
ＭＲ効果の発現がなくなる理由は、ＳＶＧＭＲ素子の積層構造中でセンス電流の大部分が
流れる非磁性導電層１５の位置の移動を最小にするためである。例えば、スピンバルブ構
造を基にして、その材料、各層の成膜条件、膜厚を実質的に変更せず、単にＧＭＲ効果を
発現させなくするためには、非磁性導電層１５と磁化固定層１４を入れ替えても良い。し
かし磁化固定層１４は反強磁性層１３と接することで交換結合により磁化方向が強く固定
され、外部磁界に反応しにくくなっている。したがって磁化固定層と反強磁性層を分離す
ることは、磁化固定層の磁化固定強度を弱めることになり好ましくない。
非磁性導電層１５と磁化固定層１４とを入れ替える場合は、図２ｂ）に示すような積層
順とすることが良い。反強磁性層１３も同時に入れ替えることが好ましく、固定抵抗膜１
０２’の積層構造は、下地層１２／非磁性導電層１５／反強磁性層１３／磁化固定層１４
／磁化自由層１６／保護層１７とする必要がある。しかし、図２ｂ）の固定抵抗膜１０２
’の積層構造では非磁性導電層１５の位置が、図２ａ）のＳＶＧＭＲ膜１０１の非磁性導
電層１５の位置と大きく差があるため、同じスパッタ装置内で成膜を行っても膜厚の厚い
反強磁性膜１３の影響で、膜厚や膜厚分布を制御することが難しい。このことからも、非
磁性導電層１５と磁化自由層１６を入れ替えて、固定抵抗膜１０２を得る、図１ａ）が好
ましいものである。
順とすることが良い。反強磁性層１３も同時に入れ替えることが好ましく、固定抵抗膜１
０２’の積層構造は、下地層１２／非磁性導電層１５／反強磁性層１３／磁化固定層１４
／磁化自由層１６／保護層１７とする必要がある。しかし、図２ｂ）の固定抵抗膜１０２
’の積層構造では非磁性導電層１５の位置が、図２ａ）のＳＶＧＭＲ膜１０１の非磁性導
電層１５の位置と大きく差があるため、同じスパッタ装置内で成膜を行っても膜厚の厚い
反強磁性膜１３の影響で、膜厚や膜厚分布を制御することが難しい。このことからも、非
磁性導電層１５と磁化自由層１６を入れ替えて、固定抵抗膜１０２を得る、図１ａ）が好
ましいものである。
ＳＶＧＭＲ膜１０１と固定抵抗膜１０２の各々の電気抵抗の変化量ｄＲについて説明す
る。ＳＶＧＭＲ膜１０１の抵抗変化量をｄＲ１、固定抵抗膜１０２の抵抗変化量をｄＲ２
とすると、ｄＲ１＝〔ＧＭＲ効果による抵抗変化量〕＋〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕
＋〔温度変化による抵抗変化量〕、ｄＲ２＝〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕＋〔温度変
化による抵抗変化量〕と表せる。ＳＶＧＭＲ膜１０１に流れるセンス電流の殆どは非磁性
導電層１５を流れ、固定抵抗膜１０２のセンス電流も大部分が非磁性導電層１５を流れる
。また、シャント電流の多くは積層膜中で最も膜厚が厚い反強磁性層１３を流れるため、
磁化固定層１４と磁化自由層１６に流れる電流はごく僅かとなる。そのため、〔ＡＭＲ効
果による抵抗変化量〕は〔ＧＭＲ効果による抵抗変化量〕に比べ極めて小さく、無視でき
るレベルとなる。もし、〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕が僅か存在したとしても、使用
される材料、膜厚が互いに等しいＳＶＧＭＲ膜１０１と固定抵抗膜１０２で、図１１に示
した様なブリッジ回路を組み差動をとることで、〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕をキャ
ンセルすることができる。
る。ＳＶＧＭＲ膜１０１の抵抗変化量をｄＲ１、固定抵抗膜１０２の抵抗変化量をｄＲ２
とすると、ｄＲ１＝〔ＧＭＲ効果による抵抗変化量〕＋〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕
＋〔温度変化による抵抗変化量〕、ｄＲ２＝〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕＋〔温度変
化による抵抗変化量〕と表せる。ＳＶＧＭＲ膜１０１に流れるセンス電流の殆どは非磁性
導電層１５を流れ、固定抵抗膜１０２のセンス電流も大部分が非磁性導電層１５を流れる
。また、シャント電流の多くは積層膜中で最も膜厚が厚い反強磁性層１３を流れるため、
磁化固定層１４と磁化自由層１６に流れる電流はごく僅かとなる。そのため、〔ＡＭＲ効
果による抵抗変化量〕は〔ＧＭＲ効果による抵抗変化量〕に比べ極めて小さく、無視でき
るレベルとなる。もし、〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕が僅か存在したとしても、使用
される材料、膜厚が互いに等しいＳＶＧＭＲ膜１０１と固定抵抗膜１０２で、図１１に示
した様なブリッジ回路を組み差動をとることで、〔ＡＭＲ効果による抵抗変化量〕をキャ
ンセルすることができる。
磁気センサ６０を、室内の様な温度変化が小さい周囲環境で使用する場合は、前述した
〔温度変化による抵抗変化量〕を無視することができる。しかし、例えば１００℃以上の
高温もしくは０℃以下の低温の苛酷な周囲環境で使用する場合は、〔温度変化による抵抗
変化量〕を無視することができなくなる。図１１に示した様なブリッジ回路を、材料が異
なるＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜で構成した場合、ＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜の電気抵抗の
温度特性の違いから、〔温度変化による抵抗変化量〕に差が生じて中点電位が変化し精度
の高い測定ができなくなる。本願特許のＳＶＧＭＲ膜１０１と固定抵抗膜１０２は使用す
る材料が同じで、多層膜を構成する各層の膜厚も同じであるため、温度が大きく変化する
周囲環境で使用しても〔温度変化による抵抗変化量〕に差が生じないので、中点電位が変
化することはなく、精度の高い測定ができる磁気センサを提供できるものである。
〔温度変化による抵抗変化量〕を無視することができる。しかし、例えば１００℃以上の
高温もしくは０℃以下の低温の苛酷な周囲環境で使用する場合は、〔温度変化による抵抗
変化量〕を無視することができなくなる。図１１に示した様なブリッジ回路を、材料が異
なるＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜で構成した場合、ＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜の電気抵抗の
温度特性の違いから、〔温度変化による抵抗変化量〕に差が生じて中点電位が変化し精度
の高い測定ができなくなる。本願特許のＳＶＧＭＲ膜１０１と固定抵抗膜１０２は使用す
る材料が同じで、多層膜を構成する各層の膜厚も同じであるため、温度が大きく変化する
周囲環境で使用しても〔温度変化による抵抗変化量〕に差が生じないので、中点電位が変
化することはなく、精度の高い測定ができる磁気センサを提供できるものである。
図３に、実施したＳＶＧＭＲ膜１１１と固定抵抗膜１１２の積層構造を断面図を用い、
各層の材料と膜厚を示す。図３ａ）に示すＳＶＧＭＲ膜１１１は、電気絶縁性もしくは絶
縁層を有する基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／ＣｏＦｅ
（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ
）の順にスパッタ膜を積層した。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３
、基板側のＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅと
ＮｉＦｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７と、図１ａ）に対応している。図１ａ）で
は、磁化自由層１６は１層で表していたが、実施するときはＣｏＦｅとＮｉＦｅの２層膜
としている。非磁性導電層１５のＣｕとＮｉＦｅを直接積層する場合に比べ、ＣｕとＮｉ
Ｆｅの間に薄くＣｏＦｅを挿入することで、磁気抵抗変化率が大きくなる。そのため、磁
化自由層１６はＣｏＦｅとＮｉＦｅの２層膜とした。磁化自由層１６を４層とする時も、
非磁性導電層１５のＣｕと磁化自由層１６のＣｏＦｅとＮｉＦｅの積層順は、磁気抵抗変
化率の面から変えることはない。
各層の材料と膜厚を示す。図３ａ）に示すＳＶＧＭＲ膜１１１は、電気絶縁性もしくは絶
縁層を有する基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／ＣｏＦｅ
（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ
）の順にスパッタ膜を積層した。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３
、基板側のＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅと
ＮｉＦｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７と、図１ａ）に対応している。図１ａ）で
は、磁化自由層１６は１層で表していたが、実施するときはＣｏＦｅとＮｉＦｅの２層膜
としている。非磁性導電層１５のＣｕとＮｉＦｅを直接積層する場合に比べ、ＣｕとＮｉ
Ｆｅの間に薄くＣｏＦｅを挿入することで、磁気抵抗変化率が大きくなる。そのため、磁
化自由層１６はＣｏＦｅとＮｉＦｅの２層膜とした。磁化自由層１６を４層とする時も、
非磁性導電層１５のＣｕと磁化自由層１６のＣｏＦｅとＮｉＦｅの積層順は、磁気抵抗変
化率の面から変えることはない。
図３ｂ）にＳＶＧＭＲ膜１１１と組み合わせる固定抵抗膜１１２を示す。図３ａ）と図
３ｂ）の間に、矢印で入れ替えた層を示している。ＳＶＧＭＲ膜１１１の非磁性導電層１
５と磁化自由層１６の積層順序を入れ替えたものである。また、磁化自由層１６のＣｏＦ
ｅとＮｉＦｅの入れ替えた。磁化自由層１６のＣｏＦｅとＮｉＦｅの入れ替えを行わない
と、磁化固定層１４のＣｏＦｅと連続積層されることになり、ＣｏＦｅの膜厚が厚くなる
。強磁性体であるＣｏＦｅの膜厚が増加することは、前述した〔ＡＭＲ効果による抵抗変
化量〕の増加につながるため好ましくない。固定抵抗膜１１２は、基板１１側からＮｉＦ
ｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）−
ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
３ｂ）の間に、矢印で入れ替えた層を示している。ＳＶＧＭＲ膜１１１の非磁性導電層１
５と磁化自由層１６の積層順序を入れ替えたものである。また、磁化自由層１６のＣｏＦ
ｅとＮｉＦｅの入れ替えた。磁化自由層１６のＣｏＦｅとＮｉＦｅの入れ替えを行わない
と、磁化固定層１４のＣｏＦｅと連続積層されることになり、ＣｏＦｅの膜厚が厚くなる
。強磁性体であるＣｏＦｅの膜厚が増加することは、前述した〔ＡＭＲ効果による抵抗変
化量〕の増加につながるため好ましくない。固定抵抗膜１１２は、基板１１側からＮｉＦ
ｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）−
ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
図４に、ＳＶＧＭＲ膜１１１と固定抵抗膜１１２の、シート抵抗（Ｒｓ）および磁気抵
抗変化率（ｄＲ／Ｒ）の温度特性を示す。ＲｓおよびｄＲ／Ｒの測定は、試料膜を真空中
で室温から３５０℃までヒーター加熱し、４端子法で測定を行なった。ｄＲ／Ｒの測定は
、磁化固定層の磁化方向およびこれと反対方向に、それぞれ最大７．９（ｋＡ／ｍ）（１
００（Ｏｅ））の磁界を印加して測定を行なった。室温におけるＳＶＧＭＲ膜１１１のＲ
ｓは１９．６（Ω／□）、ｄＲ／Ｒは９．２（％）、固定抵抗膜１１２のＲｓは１９．４
（Ω／□）、ｄＲ／Ｒは０．２％以下であった。固定抵抗膜１１２のｄＲ／Ｒ０．２％は
、測定器の測定限界値より低い値であるので磁気抵抗変化率は略ゼロと言えるレベルであ
る。図示していないが、電気抵抗の温度特性は、室温〜３５０℃の温度範囲でＳＶＧＭＲ
膜１１１と固定抵抗膜１１２のＲｓは同じの温度特性を示し、電気抵抗の温度係数は１．
２ｘ１０−３（ｄｅｇ．−１）であった。ＳＶＧＭＲ膜１１１のｄＲ／Ｒは温度の上昇と
ともに減少するが、固定抵抗膜１１２のｄＲ／Ｒは温度によらず略ゼロで磁気抵抗効果を
示さなかった。ＳＶＧＭＲ膜１１１と固定抵抗膜１１２で形成したセンサ素子で、図１０
、図１１に示した磁気センサ素子５１，５２を形成することで、磁気センサ６０の周囲温
度の変化によっても中点電位が変化しない磁気センサが得られた。
抗変化率（ｄＲ／Ｒ）の温度特性を示す。ＲｓおよびｄＲ／Ｒの測定は、試料膜を真空中
で室温から３５０℃までヒーター加熱し、４端子法で測定を行なった。ｄＲ／Ｒの測定は
、磁化固定層の磁化方向およびこれと反対方向に、それぞれ最大７．９（ｋＡ／ｍ）（１
００（Ｏｅ））の磁界を印加して測定を行なった。室温におけるＳＶＧＭＲ膜１１１のＲ
ｓは１９．６（Ω／□）、ｄＲ／Ｒは９．２（％）、固定抵抗膜１１２のＲｓは１９．４
（Ω／□）、ｄＲ／Ｒは０．２％以下であった。固定抵抗膜１１２のｄＲ／Ｒ０．２％は
、測定器の測定限界値より低い値であるので磁気抵抗変化率は略ゼロと言えるレベルであ
る。図示していないが、電気抵抗の温度特性は、室温〜３５０℃の温度範囲でＳＶＧＭＲ
膜１１１と固定抵抗膜１１２のＲｓは同じの温度特性を示し、電気抵抗の温度係数は１．
２ｘ１０−３（ｄｅｇ．−１）であった。ＳＶＧＭＲ膜１１１のｄＲ／Ｒは温度の上昇と
ともに減少するが、固定抵抗膜１１２のｄＲ／Ｒは温度によらず略ゼロで磁気抵抗効果を
示さなかった。ＳＶＧＭＲ膜１１１と固定抵抗膜１１２で形成したセンサ素子で、図１０
、図１１に示した磁気センサ素子５１，５２を形成することで、磁気センサ６０の周囲温
度の変化によっても中点電位が変化しない磁気センサが得られた。
図５に、本願発明の第２の実施例である反強磁性層上置タイプ（トップタイプ）のＳＶ
ＧＭＲ膜と固定抵抗膜を示している。実施例１の反強磁性層下置タイプ（ボトムタイプ）
ＳＶＧＭＲ膜の積層順を略逆にした構造である。図５ａ）に示す様に、基板１１側から下
地層１２、磁化自由層１６、非磁性導電層１５、磁化固定層１４、反強磁性層１３、保護
層１７でＳＶＧＭＲ膜１２１を形成している。材料と膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣ
ｒ（４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（
２ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッタ膜を積層した、反強磁
性層上置タイプ（トップタイプ）のＳＶＧＭＲ膜１２１である。図５ｂ）に固定抵抗膜１
２２を示す。ＳＶＧＭＲ膜１２１の非磁性導電層１５と磁化自由層１６の順を入れ替えて
いるので、基板１１側から下地層１２、非磁性導電層１５、磁化自由層１６、磁化固定層
１４、反強磁性層１３、保護層１７で固定抵抗膜１２２を形成している。膜材料と膜厚は
、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−Ｎｉ
Ｆｅ（３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にス
パッタ膜を積層した。
ＧＭＲ膜と固定抵抗膜を示している。実施例１の反強磁性層下置タイプ（ボトムタイプ）
ＳＶＧＭＲ膜の積層順を略逆にした構造である。図５ａ）に示す様に、基板１１側から下
地層１２、磁化自由層１６、非磁性導電層１５、磁化固定層１４、反強磁性層１３、保護
層１７でＳＶＧＭＲ膜１２１を形成している。材料と膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣ
ｒ（４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（
２ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッタ膜を積層した、反強磁
性層上置タイプ（トップタイプ）のＳＶＧＭＲ膜１２１である。図５ｂ）に固定抵抗膜１
２２を示す。ＳＶＧＭＲ膜１２１の非磁性導電層１５と磁化自由層１６の順を入れ替えて
いるので、基板１１側から下地層１２、非磁性導電層１５、磁化自由層１６、磁化固定層
１４、反強磁性層１３、保護層１７で固定抵抗膜１２２を形成している。膜材料と膜厚は
、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−Ｎｉ
Ｆｅ（３ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にス
パッタ膜を積層した。
図６に、本願発明の第３の実施例であるボトム積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜
と固定抵抗膜を示している。図６ａ）に示す様に、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ
）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（
２．２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎ
ｍ）の順にスパッタ膜を積層したボトム積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜１３１で
ある。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、下地層側のＲｕとこれを
挟むＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅとＮｉＦ
ｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。図５ｂ）に固定抵抗膜１３
２を示す。ＳＶＧＭＲ膜１３１の非磁性導電層１５と磁化自由層１６の積層順を入れ替え
、また磁化自由層のＣｏＦｅとＮｉＦｅの順を入れ替えた。膜材料と膜厚は、基板１１側
からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）−Ｒｕ（
０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２．２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃ
ｕ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
と固定抵抗膜を示している。図６ａ）に示す様に、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ
）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（
２．２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎ
ｍ）の順にスパッタ膜を積層したボトム積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜１３１で
ある。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、下地層側のＲｕとこれを
挟むＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅとＮｉＦ
ｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。図５ｂ）に固定抵抗膜１３
２を示す。ＳＶＧＭＲ膜１３１の非磁性導電層１５と磁化自由層１６の積層順を入れ替え
、また磁化自由層のＣｏＦｅとＮｉＦｅの順を入れ替えた。膜材料と膜厚は、基板１１側
からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．８ｎｍ）−Ｒｕ（
０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２．２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃ
ｕ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
図７に、本願発明の第４の実施例であるボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由
層タイプのＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜を示している。図７ａ）に示す様に、基板１１側か
らＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）−Ｒｕ（０
．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２
ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッタ膜を
積層したボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプのＳＶＧＭＲ膜１４１で
ある。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、下地層側のＲｕとこれを
挟むＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅとこれに
接するＲｕを挟むＮｉＦｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。図
７ｂ）の固定抵抗膜１４２は、ＳＶＧＭＲ膜１４１の非磁性導電層１５と磁化自由層１６
の積層順を入れ替え、また磁化自由層のＣｏＦｅと磁化自由層の基板側のＮｉＦｅとを入
れ替えた。膜材料と膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎ
ｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（
２ｎｍ）−ＣｏＦｅ１ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ
）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
層タイプのＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜を示している。図７ａ）に示す様に、基板１１側か
らＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）−Ｒｕ（０
．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２
ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッタ膜を
積層したボトム積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプのＳＶＧＭＲ膜１４１で
ある。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、下地層側のＲｕとこれを
挟むＣｏＦｅが磁化固定層１４、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＣｏＦｅとこれに
接するＲｕを挟むＮｉＦｅが磁化自由層１６、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。図
７ｂ）の固定抵抗膜１４２は、ＳＶＧＭＲ膜１４１の非磁性導電層１５と磁化自由層１６
の積層順を入れ替え、また磁化自由層のＣｏＦｅと磁化自由層の基板側のＮｉＦｅとを入
れ替えた。膜材料と膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎ
ｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（
２ｎｍ）−ＣｏＦｅ１ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ
）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
図８に、本願発明の第５の実施例であるトップ積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜
と固定抵抗膜を示している。図８ａ）に示す様に、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ
）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−
Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）
の順にスパッタ膜を積層させたトップ積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜１５１であ
る。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、下地層に接するＮｉＦｅとこの上に成膜されるＣｏＦｅ
が磁化自由層１６、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＲｕとこれを挟むＣｏＦｅが磁
化固定層１６、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。図８
ｂ）に示す固定抵抗膜１５２は、ＳＶＧＭＲ膜１５１の非磁性導電層１５と磁化自由層１
６の積層順序を入れ替え、また磁化自由層のＣｏＦｅとＮｉＦｅを入れ替えた。膜材料と
膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）
−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．５ｎ
ｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
と固定抵抗膜を示している。図８ａ）に示す様に、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ
）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−
Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）
の順にスパッタ膜を積層させたトップ積層フェリ固定層タイプのＳＶＧＭＲ膜１５１であ
る。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、下地層に接するＮｉＦｅとこの上に成膜されるＣｏＦｅ
が磁化自由層１６、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＲｕとこれを挟むＣｏＦｅが磁
化固定層１６、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、Ｔａが保護層１７にそれぞれ対応する。図８
ｂ）に示す固定抵抗膜１５２は、ＳＶＧＭＲ膜１５１の非磁性導電層１５と磁化自由層１
６の積層順序を入れ替え、また磁化自由層のＣｏＦｅとＮｉＦｅを入れ替えた。膜材料と
膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）
−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．５ｎ
ｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
図９に、本願発明の第６の実施例であるトップ積層フェリ固定層および積層フェリ自由
層タイプのＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜を示している。図９ａ）に示す様に、基板１１側か
らＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎ
ｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）
−ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッタ膜を
積層した、トップ積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプのＳＶＧＭＲ膜１６１
である。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、下地層側のＲｕとこれを挟むＮｉＦｅ、およびこの
上に成膜されるＣｏＦｅが磁化自由層１６、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＲｕと
これを挟むＣｏＦｅが磁化固定層１６、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、Ｔａが保護層１７に
それぞれ対応する図９ｂ）に示す固定抵抗膜１６２は、ＳＶＧＭＲ膜１６１の非磁性導電
層１５と磁化自由層１６の積層順を入れ替え、また磁化自由層のＣｏＦｅと磁化自由層の
保護層側のＮｉＦｅを入れ替えた。膜材料と膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎ
ｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）
−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．５ｎ
ｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
層タイプのＳＶＧＭＲ膜と固定抵抗膜を示している。図９ａ）に示す様に、基板１１側か
らＮｉＦｅＣｒ（４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＮｉＦｅ（２ｎ
ｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）
−ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順にスパッタ膜を
積層した、トップ積層フェリ固定層および積層フェリ自由層タイプのＳＶＧＭＲ膜１６１
である。ＮｉＦｅＣｒが下地層１２、下地層側のＲｕとこれを挟むＮｉＦｅ、およびこの
上に成膜されるＣｏＦｅが磁化自由層１６、Ｃｕが非磁性導電層１５、保護層側のＲｕと
これを挟むＣｏＦｅが磁化固定層１６、ＭｎＰｔが反強磁性層１３、Ｔａが保護層１７に
それぞれ対応する図９ｂ）に示す固定抵抗膜１６２は、ＳＶＧＭＲ膜１６１の非磁性導電
層１５と磁化自由層１６の積層順を入れ替え、また磁化自由層のＣｏＦｅと磁化自由層の
保護層側のＮｉＦｅを入れ替えた。膜材料と膜厚は、基板１１側からＮｉＦｅＣｒ（４ｎ
ｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／ＮｉＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１ｎｍ）
−ＮｉＦｅ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）−Ｒｕ（０．９ｎｍ）−ＣｏＦｅ（１．５ｎ
ｍ）／ＭｎＰｔ（１２ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）の順に積層した。
実施例２〜６についても、実施例１と同様にブリッジ回路を形成するＳＶＧＭＲ膜と固
定抵抗膜のＲｓは同じで、また室温〜３５０℃の温度範囲でＲｓの温度特性も同じであっ
た。温度係数は実施例２〜６の全ての膜で１．〜１．２ｘ１０−３（ｄｅｇ．−１）の範
囲にあり良く一致した。またＳＶＧＭＲ膜と積層順序を入れ替えた実施例２〜６のいずれ
の固定抵抗膜も、室温〜３５０℃の温度範囲でｄＲ／Ｒは０．２％以下であった。ｄＲ／
Ｒ０．２％以下は、測定器の測定限界値より低い値であるので磁気抵抗変化率は略ゼロと
言えるレベルである。
定抵抗膜のＲｓは同じで、また室温〜３５０℃の温度範囲でＲｓの温度特性も同じであっ
た。温度係数は実施例２〜６の全ての膜で１．〜１．２ｘ１０−３（ｄｅｇ．−１）の範
囲にあり良く一致した。またＳＶＧＭＲ膜と積層順序を入れ替えた実施例２〜６のいずれ
の固定抵抗膜も、室温〜３５０℃の温度範囲でｄＲ／Ｒは０．２％以下であった。ｄＲ／
Ｒ０．２％以下は、測定器の測定限界値より低い値であるので磁気抵抗変化率は略ゼロと
言えるレベルである。
１１ 基板、１２ 下地層、
１３ 反強磁性層、１４ 磁化固定層、
１５ 非磁性導電層、１６ 磁化自由層、
１７ 保護層、２７ ＳＶＧＭＲ素子、
２８ 固定抵抗素子、３１，３２，３３，３４ 端子、
５１，５２ 磁気センサ素子、６０ 磁気センサ、
６１ 磁気媒体、
１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１ ＳＶＧＭＲ膜、
１０２，１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２ 固定抵抗膜。
１３ 反強磁性層、１４ 磁化固定層、
１５ 非磁性導電層、１６ 磁化自由層、
１７ 保護層、２７ ＳＶＧＭＲ素子、
２８ 固定抵抗素子、３１，３２，３３，３４ 端子、
５１，５２ 磁気センサ素子、６０ 磁気センサ、
６１ 磁気媒体、
１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１ ＳＶＧＭＲ膜、
１０２，１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２ 固定抵抗膜。
Claims (6)
- 外部磁界に反応して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜で形成したセンサ素子と、磁気
抵抗効果膜と電気抵抗の温度特性が等しく、外部磁界がない状態での電気抵抗も等しく、
外部磁界でほとんど抵抗変化しない固定抵抗膜で形成したセンサ素子で、ブリッジ回路を
形成していることを特徴とする磁気センサ。 - 磁気抵抗効果膜が基板上に形成された単層または複数層からなる下地層と、非磁性導電
層と非磁性導電層を挟む磁化固定層および磁化自由層と、磁化固定層の隣に形成される反
強磁性層からなる多層部と、最上位に形成される保護膜とから構成されるスピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果膜（ＳＶＧＭＲ膜）であることを特徴とする請求項１に記載の磁気セン
サ。 - 多層部で磁化固定層および／または磁化自由層は、単層または複数層からなることを特
徴とする請求項２に記載の磁気センサ。 - 固定抵抗膜は磁気抵抗効果膜と同じ材料で構成され、一部積層順序を入れ替えた構成に
したことを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の磁気センサ。 - 磁気抵抗効果膜と固定抵抗膜が同一の基板上に形成されていることを特徴とする請求項
１および２に記載の磁気センサ。 - 固定抵抗膜は非磁性導電層の膜厚を変えることで電気抵抗値を調整することを特徴とす
る請求項１および２に記載の磁気センサ。
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