JP2008170368A - 磁界検出装置および磁界検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気抵抗効果素子を構成要素とする複数の抵抗部を有するホイーストンブリッジ回路を備えた磁界検出装置において、検知磁界に対する出力の線形性や温度特性を損なうことなく、ホイーストンブリッジ回路を構成する抵抗部の抵抗値を調節することは困難であった。
【解決手段】 磁界検出装置を複数の抵抗部を有するホイーストンブリッジ回路を備えたものとし、抵抗部のうち少なくとも一つの抵抗部を、複数の磁気抵抗効果素子が並列に接続された素子群で構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数の抵抗部を有するホイーストンブリッジ回路を備え、ホイーストンブリッジ回路の構成要素である抵抗部に磁気抵抗効果素子を有する磁界検出装置、また、その製造方法に関する。

外部磁界の印加に対応して検出信号を出力する磁界検出素子としては、半導体のホール効果を利用したホール素子のほかに、磁性材料の磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子がある。磁気抵抗効果素子としては、異方性磁気抵抗効果を用いた異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子（以下ＡＭＲ素子という）、巨大磁気抵抗効果を用いた巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子（以下ＧＭＲ素子という）、トンネル磁気抵抗効果を用いたトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子（以下ＴＭＲ素子という）、などがあり、その中でもＧＭＲ素子とＴＭＲ素子は外部磁界に対する磁界検出素子の出力信号が大きい、つまり磁界印加に対する抵抗変化率であるＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）比が大きいため、磁界検出感度の良好な磁界検出装置に適用するのに適している。

ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子のような磁気抵抗効果素子を用いた磁界検出装置としては、磁気抵抗効果素子を単独で用いる方法のほか、磁気抵抗効果素子を用いてホイーストンブリッジ回路を構成する方法が知られている。

ホイーストンブリッジ回路の構成要素である４つの抵抗部を全て磁気抵抗効果素子とした場合、各抵抗部が同じ形状および性能になるように設計することにより、各抵抗部の抵抗値の温度依存性も同等となり、温度による出力の変動を実質的に零にすることができる。
この磁界検出装置の４つ抵抗部の磁気抵抗効果素子の磁界に対する応答の向きをホイーストンブリッジ回路の中点電位差が外部磁界に比例して出力されるようにし、この中点電位差を差動増幅することにより、外部磁界の強度あるいは方向に比例した出力電圧を得ることができる。

しかしながら、４つの抵抗部に磁気抵抗効果素子を使用した磁界検出装置においては、各抵抗部が同じ形状になるように設計した場合においても、４つの抵抗部に設けられる磁気抵抗効果素子の初期抵抗値を全く等しくすることは実際には非常に困難である。特にＴＭＲ素子を用いた磁界検出装置においては、ＴＭＲ素子の抵抗値がトンネル絶縁膜の膜厚に対して指数関数的に増加するため、設計上同じになるように同一基板上にモノリシックに作製したＴＭＲ素子の間であっても、わずかなトンネル絶縁膜の膜厚の面内分布が個々のＴＭＲ素子の抵抗値ばらつきに大きな影響を与える。

このようにして、磁気抵抗効果素子の抵抗値にばらつきが生じると、ホイーストンブリッジ回路に零でない中点電位差が生じる。磁界検出装置の出力はホイーストンブリッジ回路の中点電位差を所望の倍率に増幅したものであるので、こうした場合、磁界検出装置の出力の零点のずれ、つまり、出力の零点オフセット電圧、が大きくなり、磁界検出装置の性能が劣化する。

このため、ホイーストンブリッジ回路を構成する抵抗部の一部にトリム抵抗を並列に接続する方法などによって、磁界検出装置の出力の零点オフセット電圧を調整する方法が開示されている（例えば特許文献１）。特許文献１の方法によれば、磁気抵抗効果素子で構成するホイーストンブリッジ回路について、磁界検出装置の出力の零点オフセット電圧を補正することができるとしている。

特表２００５−５０５７５０号公報（第４〜５頁）

一方、磁界検出装置を例えば位置センサや回転センサに応用した場合、出力の零点オフセットの調整に加えて、外部磁界の強度と磁界検出装置の出力値との係数（感度）の制御が求められる。特許文献１に開示されている方法によると、磁界検出装置の出力の零点オフセット電圧の調整については開示されているが、出力の零点オフセット電圧を調整により、感度が変動する。
そのため、出力の零点オフセット電圧の補正を行なったものについては感度の調節をさらに行なう工程を設ける必要があり、構造や工程が複雑になりコストが上昇するといった問題点があった。

上記のように、従来の磁界検出装置では出力の零点オフセット電圧の調整は可能であったが、出力の零点オフセット電圧の調整により外部磁界強度と出力値との係数（感度）が変動する問題があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、出力の零点オフセット電圧を調整後にも感度が変動しない磁界検出装置を得ることを目的とする。

本発明に係る磁界検出装置は、複数の抵抗部を有するホイーストンブリッジ回路を備え、これらの抵抗部のうちの少なくとも一つが、磁気抵抗効果素子が並列に接続されたものを有するものである。

また、本発明に係る磁界検出装置の製造方法は、複数の磁気抵抗効果素子を配線で接続した抵抗部を有するホイートストンブリッジ回路を備えた磁界検出装置の製造方法であって、複数の磁気抵抗効果素子の強磁性層および非磁性層を同一基板上に同時に形成する工程と、磁気抵抗効果素子に接続される配線の一部を切断する工程、あるいは、磁気抵抗効果素子を接続する配線どうしをつなぐ工程とを備えたものである。

この発明によれば、磁界検出装置の出力の感度を変動させることなく出力の零点オフセット電圧を容易に調整可能な磁界検出装置を提供できる。また、磁界検出装置の出力の感度を変動させることなく出力の零点オフセット電圧を容易に調整できる磁界検出装置の製造方法を提供できる。

以下、本発明に係る磁界検出装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１における磁界検出装置１８の回路構成を示す模式図を示す。
図１において、４つの抵抗部１１〜１４がホイーストンブリッジ回路を構成するように接続されている。第一の抵抗部１１と第二の抵抗部１２が直列に接続され、また、第三の抵抗部１３と第四の抵抗部１４が直列に接続されている。第一の抵抗部１１と第二の抵抗部１２の間には第二の接点２２が設けられ、第三の抵抗部１３と第四の抵抗部１４の間には第四の接点２４が設けられている。第一の抵抗部１１の第二の接点２２と反対側、および、第三の抵抗部１３の第四の接点２４と反対側には第一の接点２１が設けられ、また、第二の抵抗部１２の第二の接点２２と反対側、および、第四の抵抗部１４の第四の接点２４と反対側には第三の接点２３が設けられている。
第一の接点２１と第三の接点２３との間には電源１５が接続され、第二の接点２２と第四の接点２４とは増幅器１６の入力部に接続され、増幅器１６の出力部は信号処理装置１７に接続されている。第二の接点２２および第四の接点２４の電位差を中点電位差という。
図１の第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４は、それぞれ、同じ抵抗値として設計された磁気抵抗効果素子２０が９個並列に接続されたもので構成されている。

以下、図１に示す磁界検出装置１８において、磁気抵抗効果素子２０がスピンバルブ型のＴＭＲ素子の場合について説明する。
ここで、スピンバルブ型のＴＭＲ素子の基本構造について図２を用いて説明する。スピンバルブ型のＴＭＲ素子は、図２に示すように、反強磁性層３０と、反強磁性層３０上に反強磁性層３０に接して設けられた第一の強磁性層３１と、第一の強磁性層３１上に第一の強磁性層３１に接して反強磁性層３０と反対側の面に設けられた第一の非磁性層３２と、第一の非磁性層３２上に第一の非磁性層３２に接して第一の強磁性層３１と反対側の面に設けられた第二の強磁性層３３とにより構成されている。

スピンバルブ型のＴＭＲ素子においては、反強磁性層３０との交換結合磁界により第一の強磁性層３１の磁化方向は一方向に固着されているため、第一の強磁性層３１は固着層と呼ばれる。一方、第二の強磁性層３３の磁化方向は外部磁場によって自由に回転するため、第二の強磁性層３３は自由層と呼ばれる。スピンバルブ型のＴＭＲ素子の抵抗は固着層と自由層の磁化ベクトルのなす角度に応じて変化する。このため、外部磁界による自由層の磁化の向きの変化をＴＭＲ素子の抵抗値の形で検知することが可能である。

このようなスピンバルブ型のＴＭＲ素子は、例えば、反強磁性層３０としてＩｒＭｎ、第一の強磁性層３１としてＮｉＦｅとＣｏＦｅ、絶縁性の第一の非磁性層３２としてＡｌＯ_ｘ、第二の強磁性層３３としてＮｉＦｅを用いて構成することができる。一つの磁界検出装置１８にあるＴＭＲ素子を構成する、反強磁性層３０、第一の強磁性層３１、第一の非磁性層３２、および第二の強磁性層３３は、それぞれ同一基板上に同一装置により同時に形成される。
このほか、反強磁性層３０としては例えばＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、強磁性層を構成する材料としては例えばＣｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅＮｉなどのＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅを主成分として含む金属や、ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ_２ＭｎＧｅなどの合金などを用いてもよく、ＴＭＲ素子に所望の性能が得られる材料であれば特段の制約はない。また、トンネル絶縁層である第一の非磁性層３１は絶縁体であればよく、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ等の金属の酸化物、あるいは、弗化物であってもよい。

上記のそれぞれの膜は、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングにより形成される。また、例えば分子線堆積（ＭＢＤ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、各種スパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法によって形成されてもよい。

また、それぞれの磁気抵抗効果素子２０は、例えばフォトリソグラフィーによりパターン形成される。この場合、自由層、トンネル絶縁膜及び固着層の膜をそれぞれ形成後、フォトレジストにより所望のパターンを形成する。その後、イオンミリング若しくは反応性イオンエッチングによりＴＭＲ素子の形状を得ることができる。ＴＭＲ素子の縦方向の形状としては、例えば第一回目の加工で自由層と、トンネル絶縁膜と、固着層の一部を除去して上部電極とし、第二回目の加工で、残りの固着層を除去することで、下部電極を形成することができる。なお、電子線リソグラフィー、集束イオンビームによるパターンの形成であってもよい。
さらに、各々のＴＭＲ素子を接続するために配線が設けられている。配線は例えばＡｌ層よりなっており、例えばフォトリソグラフィーによりパターン形成される。

次に、磁界検出装置１８の製造工程において実施される第一の抵抗部１１，第二の抵抗部１２，第三の抵抗部１３，第四の抵抗部１４の全部または一部（以下抵抗部１０という）の抵抗値の調整方法について説明する。
本実施の形態の磁界検出装置１８の磁気抵抗効果素子２０であるすべてのＴＭＲ素子の抵抗値が等しくＲであったとすると、抵抗部１０の合成抵抗値は１／９×Ｒに相当する。いま、抵抗部１０を構成する磁気抵抗効果素子２０のうちの一つを回路から切り離すことにより、抵抗部１０の合成抵抗値を１／８×Ｒに変更できる。この場合、抵抗部１０の合成抵抗値を１／７２×Ｒ、つまり元の抵抗値の１２．５％分の抵抗値を増加させることができる。
ここで、磁気抵抗効果素子２０の回路から切り離しは、磁気抵抗効果素子２０につながる配線部へのレーザー照射による配線の切断によってなされる。

また、本実施の形態のホイーストンブリッジ回路においては、後段の増幅器１６の設計や磁界検出装置１８の出力の零点オフセット電圧の調整の容易さから、抵抗部１０の抵抗値を、例えば１ＫΩ程度の適当な値とすることが好ましい。この場合、面積規格化抵抗が１ＭΩμｍ^２となるＴＭＲ素子を用いると素子面積は１０００μｍ^２となる。

磁界検出装置１８に外部磁界を印加していないときの磁界検出装置１８の出力電圧が、ゼロボルトになっていないものについて、上記に示した方法により、磁界検出装置１８の抵抗部１０の一部の抵抗値を調整することにより、磁界検出装置１８の出力の零点オフセット電圧を調整し、出力の零点オフセット電圧の小さな磁界検出装置１８を製造することができる。
また、このようにして抵抗部１０の抵抗調整を行なった磁界検出装置１８は、各抵抗部の抵抗値を支配する部分が同じ材料および膜厚構成で設計された磁気抵抗効果素子２０であるので、各抵抗部の抵抗値が実際に同等となることにより温度による出力の変動を低減でき、また、磁界検出装置１８の出力の零点オフセット電圧を調整後にも出力の感度が変動しない。

上記に示したように、本実施の形態による磁界検出装置１８およびその製造方法によれば、磁界検出装置１８の出力の感度を変動させることなく出力の零点オフセット電圧を容易に調整することができる。

また、トリム抵抗を並列に設けることによる抵抗値の調整方法の場合には、抵抗調整の幅が高々１％と小さく、しかも、トリム抵抗のサイズが大きくなるが、これに対して、本実施の形態によると、大きなサイズを要せず抵抗値を大きく変動させることができ、ＴＭＲ素子のような抵抗ばらつきの大きな磁気抵抗効果素子２０の抵抗値の調整が容易にできる。

さらに、本実施の形態における抵抗部１０の構成要素として、磁気抵抗効果素子２０が９個並列に接続されている例を示したが、並列に接続される磁気抵抗効果素子２０の数としてはこれに限るものではなく、２以上の整数であればその数はいくつでも良い。

また、本実施の形態における抵抗部１０の構成要素の接続方法としては、並列接続に限らず、図３に示すように、抵抗部１０は磁気抵抗効果素子２０が４つ直列に接続された素子群が４組並列に接続されたものであっても良い。抵抗部１０が図３に示す構成である場合、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値が等しくＲであったとすると、図３の抵抗部１０の合成抵抗値はＲに相当する。いま、図３に示す抵抗部１０を構成する磁気抵抗効果素子２０の一つを図４に示すように短絡手段４１により短絡することにより、抵抗部１０の合成抵抗値を１２／１３×Ｒに変更でき、１／１３×Ｒ、つまり元の抵抗値の７．７％だけ抵抗値を下げることができる。
この場合も、直列および並列に接続される素子の数についてはこれに限るものではなく、２以上の整数であればよい。

同様に、抵抗部１０の構成要素は、図５に示すように、磁気抵抗効果素子２０が４つ並列に接続された素子群が４組直列に接続されたものであっても良い。抵抗部１０が図５に示す構成である場合、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値が等しくＲであったとすると、図５の抵抗部１０の合成抵抗値もＲに相当する。いま、図５に示す抵抗部１０を構成する磁気抵抗効果素子２０の一つを図６に示すように切断箇所４２において回路から切り離すことにより、抵抗部１０の合成抵抗値を１３／１２×Ｒに変更でき、１／１２×Ｒ、つまり元の抵抗値の８．３％だけ抵抗値を増加させることができる。
この場合も、また、並列および直列に接続される素子の数についてはこれに限るものではなく、２以上の整数であればよい。

なお、本実施の形態にあるように磁気抵抗効果素子２０としてＴＭＲ素子を使用した場合、ＴＭＲ素子の上部からレーザーを照射することによっても磁気抵抗効果素子２０の両端の配線間の短絡ができる。このように、あらかじめ回路変更手段部を備えていない場合であっても、上記効果を奏することができる。また、配線間の短絡は、ＴＭＲ素子の両端の配線間にワイヤーボンディングを施す方法、ＴＭＲ素子の両端の配線間を別配線の半田付けにより接続する方法を用いても良い。

なお、本実施の形態における磁気抵抗効果素子２０としてはＴＭＲ素子の例を示したが、磁気抵抗効果素子２０としてはこれに限るものではなく、ＧＭＲ素子、ＡＭＲ素子であってもよい。

さらに、磁気抵抗効果素子２０としては、図２に示した第一の強磁性層３１のかわりに、図７に示すように、反強磁性層３０から順に第三の強磁性層３４、第二の非磁性層３６と第四の強磁性層３５が積層した、いわゆるＳＡＦ（Ｓｙｔｈｅｓｉｓ Ａｎｔｉ−Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）型を有したＴＭＲ素子とすることもできる。ＳＡＦ型のＴＭＲ素子の場合、第三の強磁性層３４、第二の非磁性層３６と第四の強磁性層３５とから構成される固着層の磁化が実効的にほぼ零になるため、固着層の磁化方向と垂直方向に強い磁界が印加された場合においても、固着層の磁化方向が安定するという特徴がある。ＳＡＦ型のＴＭＲ素子の第二の非磁性層３６にはＲｕ、Ｃｕ等の導電性の非磁性材料を用いることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る本発明の磁界検出装置は、実施の形態１における図１に示したのと同様にホイーストンブリッジ回路を有しており、ホイーストンブリッジ回路の構成要素である第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４を、図８に示した回路図の構成としたものである。
図８に示すように、本実施の形態に係る磁界検出装置１８の第一〜第四の抵抗部１０の構成要素は、同じ抵抗値として設計された磁気抵抗効果素子２０が４個直列に接続された素子群が４組並列に接続されており、さらに、磁気抵抗効果素子２０が５個直列に接続された冗長回路４３が別に設けられているものとする。

一つの磁気抵抗効果素子２０の抵抗値をＲとすると、図８の抵抗部１０の合成抵抗値もＲとなる。
いま、回路変更手段部である冗長回路４３の両端を、図９に示すように、配線が接続されている抵抗部の構成要素の両端に並列に接続し、配線が接続されている抵抗部の構成要素の、磁気抵抗効果素子２０が直列に接続された素子群の１つを切断箇所４２において切断する。
これにより、抵抗部１０の合成抵抗値を２０／１９×Ｒに変更できる。

また、接続されている磁気抵抗効果素子２０のうち１つが断線等により開放される、または、短絡する等の不具合があった場合、図１０に示すように、切断箇所４２を設けて不具合箇所のある磁気抵抗効果素子２０が含まれる素子群を切り離し、本来の抵抗部にあらかじめ設けておいた冗長回路４３の一部を接続することにより、抵抗部１０の合成抵抗値を変更することなく、抵抗部１０の不具合を修復することができる。

上記に示したように、本実施の形態における磁界検出装置は、複数の磁気抵抗効果素子２０を直列に接続したものを並列に接続したものに冗長回路４３を設けたものをホイーストンブリッジ回路の抵抗部１０とすることにより、抵抗部１０の抵抗値を容易に調整できる。また、磁気抵抗効果素子２０に不具合があっても磁界検出装置を修復できる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る本発明の磁界検出装置は、実施の形態１における図１に示したのと同様にホイーストンブリッジ回路を有しており、ホイーストンブリッジ回路の構成要素である第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４を、図１１に示した回路図の構成としたものである。
図１１に示すように、本実施の形態における磁界検出装置の抵抗部１０は、同じ抵抗値として設計された磁気抵抗効果素子２０が２２個直列に接続された素子群が１１組並列に接続されており、その素子群の１組のうちの直列に接続された４個の磁気抵抗効果素子で構成される第一の磁気抵抗効果素子のグループ２５に対して、直列に接続された１０個の磁気抵抗効果素子で構成される第二の磁気抵抗効果素子のグループ２６が並列に接続され、さらに、その第二の磁気抵抗効果素子のグループ２６のうちの２個の磁気抵抗効果素子に対して、直列に接続された１０個の磁気抵抗効果素子２０で構成される第三の磁気抵抗効果素子のグループ２７が並列に接続されている。個々の磁気抵抗効果素子２０はスピンバルブ型のＴＭＲ素子であるとする。

ここで、２個が直列に接続されたＴＭＲ素子の、平面レイアウト模式図の例を図１２に、断面模式図の例を図１３に示す。図１２および図１３において、共通の下部電極５３の上部に２つの磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）２０が設けられている。個々の磁気抵抗効果素子２０の上部のスルーホールに設けられたプラグ５７を介して上部電極５４が設けられている。
また、図１１に示すように、個々の磁気抵抗効果素子２０のうちのいくつかには、下部電極５３の層に下部電極パッド５１が、上部電極５４の層に上部電極パッド５２が、それぞれ設けられている。下部電極５３はコンタクトホール５５を介して下部電極パッド引き出し配線５６に電気的に接続されている。

次に、本実施の形態における磁界検出装置の抵抗部１０の抵抗調節の動作について図１４を用いて説明する。図１４は、図１１に示した本実施の形態のホイーストンブリッジ回路の抵抗部１０の構成要素のうち、電極パッドが設けてある部分に対応する磁気抵抗効果素子２０に電圧を印加する場合の等価回路図である。
図１４において、隣接する二つの磁気抵抗効果素子２０に高電圧を印加する場合、二つの磁気抵抗効果素子２０に接続している２つの下部電極パッド５１を接地し、２つの磁気抵抗効果素子２０の間に接続されている上部電極パッド５２に電源５８を接続し、電源５８の電圧を磁気抵抗効果素子２０の絶縁性の第一の非磁性層３２が絶縁破壊する電圧まで増加させる。このようにすれば、磁気抵抗効果素子２０であるＴＭＲ素子の絶縁性の第一の非磁性層３２を絶縁破壊させることにより、磁気抵抗効果素子２０の抵抗は大幅に低下し、実質的に短絡される。

図１１に示した磁界検出装置１８の抵抗部１０の合成抵抗値は、個々の磁気抵抗効果素子２０の抵抗値をＲとすると、１．９８９８３×Ｒとなる。
いま、回路変更手段部である図１１の下部電極パッド５１Ａと下部電極パッド５１Ｂとを接地し、上部電極パッド５２Ａに例えば１０Ｖのパルス状の電圧を印加した場合、対応する磁気抵抗効果素子２０の絶縁性の第一の非磁性層３２が絶縁破壊することにより実質的に短絡状態になり、図１１の構成要素全体の抵抗値は１．９８７９８×Ｒとなる。この場合、図１１の抵抗部１０全体の抵抗値を０．００１８５×Ｒ、つまり元の抵抗値の０．０９３％だけ抵抗値を下げることができる。

さらに小さな抵抗値の調整が必要な場合は、例えば回路変更手段部である図１１の下部電極パッド５１Ｃと５１Ｄを接地し、上部電極パッド５２Ｂにパルス状の電圧を印加する。この場合も対応する磁気抵抗効果素子２０の抵抗値が実質的に零になり、図１１の抵抗部１０全体の抵抗値は１．９８９７８×Ｒとなる。この場合、０．００００５×Ｒ、つまり元の抵抗値の０．００２６％だけ抵抗値を下げることができる。

大きな抵抗値の調節が必要な場合は、例えば回路変更手段部である図１１の下部電極パッド５１Ｅと下部電極パッド５１Ｆを接地し、上部電極パッド５２Ｃにパルス状の電圧を印加する。この場合、図１１の抵抗部１０全体の抵抗値は１．９７２００×Ｒとなり、０．０１７８４×Ｒ、つまり元の抵抗値の０．８９６％だけ抵抗値を下げることができる。

続いて、本実施の形態による磁界検出装置を位置検出装置に応用した場合について、図１５と図１、図１１を用いて説明する。図１５は、本実施の形態における磁界検出装置１８を磁性体６０の位置移動の検出に応用した場合（位置検出装置）を示した模式図である。
本発明による磁界検出装置１８は、図１に示すようにホイーストンブリッジ回路を構成するように接続された４つの抵抗部１１〜１４を有しており、その抵抗部１０は図１１に示した回路構成を有する。個々の磁気抵抗効果素子２０は、同じ抵抗値として設計されたＴＭＲ素子である。この場合に、図１５に示すように、磁界検出装置１８に対向した空間を、Ｎ極６１とＳ極６２を有する磁性体６０が移動方向６３の方向に移動し、磁界検出装置１８の第一の抵抗部１１と第三の抵抗部１３を、移動する磁性体６０の進行方向の手前側の位置６４に、第二の抵抗部１２と第四の抵抗部１４を、移動する磁性体６０の進行方向の奥側の位置６５に、それぞれ配置するとする。
外部磁界が印加されていない状態の４つの抵抗部１１〜１４の抵抗値が一致しない場合、磁界検出装置１８の出力に零点オフセット電圧が発生し、磁性体６０の原点位置がずれて検知される。このような場合に、前述の方法で抵抗部１０の抵抗値を調整することにより、位置検出装置の感度を変更することなく原点位置のずれを補正することができる。

なお、抵抗部１０の磁気抵抗効果素子２０の数および回路については、本実施の形態に示したものに限るものではなく、同様の効果を示す磁気抵抗効果素子２０の数および回路構成であれば、これに限るものではない。

上記に示したように、磁気抵抗効果素子２０が直列に接続された素子群が並列に接続され、素子群の一部に素子群の一部の磁気抵抗効果素子２０を短絡できる回路変更手段部を備えたものをホイーストンブリッジ回路の抵抗部１０とした磁界検出装置によれば、抵抗部１０の抵抗値を容易に調整でき、また、抵抗値の調整幅を大きく、また、小さくできる。

なお、ここでは、磁界検出装置を位置検出装置に応用した例を示したが、本発明は、磁性体の移動を検出する他の装置、例えば回転センサ、回転速度センサ、加速度センサなどにも応用可能である。また、同様に、電流が発生する磁界を検出する装置(電流センサ)、地磁気を検出する装置（磁気コンパス）にも応用可能である。

実施の形態４．
実施の形態４に係る本発明の磁界検出装置は、実施の形態１における図１に示したのと同様にホイーストンブリッジ回路を有しており、ホイーストンブリッジ回路の構成要素である第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４を、図１６に示した回路図の構成としたものである。
図１６に示すように、本実施の形態による磁界検出装置の抵抗部１０は、同じ抵抗値として設計された磁気抵抗効果素子２０であるＴＭＲ素子が７個並列に接続されたものが２組直列に接続されたグループが５個直列に接続されている。
図１６に示した磁界検出装置の抵抗部１０において、個々のＴＭＲ素子の抵抗値をＲとすると、抵抗部１０の抵抗値は１．４２８６×Ｒとなる。

図１６に示した回路図の構成の抵抗部１０において切断箇所４２で回路を切断した場合、抵抗部１０の抵抗値は１．４５２４×Ｒとなり、０．０２３８×Ｒ、つまり元の抵抗値の１．６６７％だけ抵抗値を上げることができる。切断はレーザー照射によって可能である。

上記に示したように、本実施の形態における磁界検出装置は、本実施の形態における磁気抵抗効果素子２０を並列に接続した素子群を直列に接続したものをホイーストンブリッジ回路の抵抗部１０とすることにより、抵抗部１０の抵抗値を容易に調整できる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る本発明の磁界検出装置は、実施の形態１における図１に示したのと同様にホイーストンブリッジ回路を有しており、ホイーストンブリッジ回路の構成要素である第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４を、図１７に示した回路図の構成としたものである。
図１７に示すように、本実施の形態による磁界検出装置の抵抗部１０においては、同じ抵抗値として設計された磁気抵抗効果素子２０が４２個直列に接続された素子群が７組並列に接続されたもの（以下、これらの素子群を第四の磁気抵抗効果素子のグループ２８と呼ぶ）と、同じ抵抗値として設計された磁気抵抗効果素子２０が４２個直列に接続された素子群（以下、この素子群を第五の磁気抵抗効果素子のグループ２９と呼ぶ）とが、その一端を共通にして接続されており、その共通接続箇所には電極パッド４４Ｂが設けられている。
これらの素子群のそれぞれの中間部分に接続された電極パッド４４Ｃが設けられており、また、第四の磁気抵抗効果素子のグループ２８の電極パッド４４Ｂと反対側の一端に電極パッド４４Ａが、また、第五の磁気抵抗効果素子のグループ２９の電極パッド４４Ｂと反対側の一端に電極パッド４４Ｄが設けられている。

図１７に示した磁界検出装置の抵抗部１０において、個々のＴＭＲ素子の抵抗値をＲとすると、抵抗部１０の抵抗値は６×Ｒとなる。

いま、図１７に示した磁界検出装置の抵抗部１０の構成要素の第四の磁気抵抗効果素子のグループ２８のうちの一つの磁気抵抗効果素子２０（ＴＭＲ素子）をレーザー照射により短絡する。この場合、構成要素の抵抗値は５．９７９２×Ｒとなる。つまり元の抵抗値の０．３５％だけ抵抗値を下げることができる。

また、本実施の形態における磁界検出装置の抵抗部１０においては、磁気抵抗効果素子２０の故障の検出ができる。
磁気抵抗効果素子２０の故障および配線の切断の検出は、電極パッド４４Ａおよび電極パッド４４Ｂの間に一定の電圧を印加しつつ、素子群の中間に設けられた検査用電極パッド４４Ｃの電位を測定すればよい。

例えば、一つの素子群で配線が切断し、切断箇所が素子群の中間点より電極パッド４４Ｂ側であったとすると、配線の切断が発生した素子群に対応する検査用電極パッド４４Ｃの電位は電極パッド４４Ａの電位とほぼ同じになり、他の検査用電極パッドの電位は、電極パッド４４Ａと電極パッド４４Ｂの電位の略中間の値となる。各素子群に対応する電極パッド４４Ｃの電位を測定することで、配線の切断が発生している素子群を特定することができる。
また、一つの素子群の磁気抵抗効果素子２０でＴＭＲ素子の短絡が発生し、短絡箇所が素子群の中間点より電極パッド４４Ａ側であった場合には、電極パッド４４Ａと電極パッド４４Ｃの間の電位差が他よりも約１／２１だけ小さくなる。この場合も、各素子群に対応する電極パッド４４Ｃの電位を測定することで、ＴＭＲ素子の短絡が発生している素子群を特定することができる。

上記の方法により短絡および配線の切断の不具合が発生している素子群を特定した後、抵抗部の修復は、例えば以下のようにして行なう。
まず、電極パッド４４Ｄと電極パッド４４Ａとを短絡する。短絡方法については、ワイヤーボンディングでも、導電ペーストの塗布でもよい。また、短絡用のヒューズをあらかじめ設けておいて、レーザーによって短絡しても良い。次に、不具合が発生している素子群の最も電極パッド４４Ａに近い箇所で、素子群の配線をレーザーにて切断する。また、素子群ごとにプログラマブルＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を設けて、素子群のうち不良が発生していないものだけを接続するようにしても良い。
このようにして、短絡および配線切断による不具合が発生した抵抗部１０の修復が実現できる。

上記に示したように、本実施の形態における磁界検出装置は、磁気抵抗効果素子２０を直列に接続した素子群を並列に接続したものをホイーストンブリッジの抵抗部１０とすることにより、抵抗部１０の抵抗値を容易に調整でき、また、磁気抵抗効果素子２０に欠陥が生じた場合であっても欠陥発生箇所を特定することができる。また、短絡および配線切断により、不具合が発生した抵抗部１０を修復できる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る本発明の磁界検出装置は、実施の形態１における図１に示したのと同様にホイーストンブリッジ回路を有しており、ホイーストンブリッジ回路の構成要素である第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４を、図１８に示した回路図の構成としたものである。
図１８に示すように、本実施の形態による磁界検出装置の抵抗部１０においては、同じ抵抗値として設計された磁気抵抗効果素子２０が１２個直列に接続されており、直列に接続された１２個の磁気抵抗効果素子２０のうち最も端にある磁気抵抗効果素子２０に、同じ抵抗値で設計された冗長磁気抵抗効果素子４５と接続配線とが並列接続されたものが、さらに直列に接続されている。冗長磁気抵抗効果素子４５を４分割する位置に、接続配線からの分岐と接続するコンタクトが設けられている。本実施の形態においては、磁気抵抗効果素子２０および冗長磁気抵抗効果素子４５はＧＭＲ素子とする。図１８のレイアウト図に対応する等価回路模式図を図１９に示す。

図１８に示した磁界検出装置の抵抗部１０において、個々のＧＭＲ素子の抵抗値をＲとすると、抵抗部１０の抵抗値は１２×Ｒとなる。冗長磁気抵抗効果素子４５およびこれに接続されている配線部分が回路変更手段部である。

図１８の切断箇所４２Ａで回路を切断した場合、抵抗部１０の抵抗値は１／４×Ｒだけ増加する。このとき、抵抗部１０の抵抗値は１２．２５×Ｒとなり、初期の抵抗値より２．１％増加する。図１９の切断箇所４２Ａおよび切断箇所４２Ｂで回路を切断した場合、抵抗部１０の抵抗値はさらに１／４×Ｒ増加し１２．５×Ｒとなり、初期の抵抗値より４．２％増加する。

本実施の形態の磁界検出装置の抵抗部１０おいては、最大ＧＭＲ素子１個分の抵抗値を増加させることができ、また、このような冗長ＧＭＲ素子をさらに設けることにより、調整する抵抗値の幅を更に増すことができる。

上記に示したように、本実施の形態における磁界検出装置は、直列に接続された磁気抵抗効果素子２０に回路変更手段部をさらに直列に接続したものをホイーストンブリッジ回路の抵抗部１０とすることにより、抵抗部１０の抵抗値を容易に調整できる。

実施の形態７．
実施の形態７に係る本発明の磁界検出装置は、実施の形態１における図１に示したのと同様にホイーストンブリッジ回路を有しており、ホイーストンブリッジ回路の構成要素である第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４を、図２０に示した回路図の構成としたものである。
図２０に示すように、本実施の形態による磁界検出装置の抵抗部１０は、同じ抵抗値として設計された２個の磁気抵抗効果素子２０が直列に接続されたものが、５組並列に接続されており、直列に接続された２個の磁気抵抗効果素子２０の間に、それぞれ電極パッド４４が接続されている。本実施の形態においては、磁気抵抗効果素子２０はＧＭＲ素子とする。

図２０に示した磁界検出装置の抵抗部１０において、個々のＧＭＲ素子の抵抗値をＲとすると、抵抗部１０の抵抗値は０．４×Ｒとなる。

いま、図２０の抵抗部１０の一部の磁気抵抗効果素子２０に不具合が発生していれば、実施の形態５と同様に、抵抗部１０の両端に電圧を印加して検査用電極パッド４４の電位を測定することにより、不具合が発生しているＧＭＲ素子を特定できる。不具合箇所を切断するには、配線の一部をレーザー照射等により切断すればよい。

この構成により、短絡および配線切断による不具合が発生した場合に、不具合箇所を容易に特定でき、不具合箇所を切り離すことにより磁界検出装置１８を修復し製造工程の歩留まりを改善できる。

なお、実施の形態１〜７に係わる磁界検出装置として、ホイーストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部１０の全てに磁気抵抗効果素子２０を用いた例を示したが、４つの抵抗部１０のうち３つに磁気抵抗効果素子２０を用いてもよいし、２つ、または、１つでもよい。いずれも場合であっても、磁界検出装置１８の出力の零点オフセット電圧を調整できる。

実施の形態８．
本実施の形態における磁界検出装置１８の回路構成を示す模式図を図２１に示す。図２１において、磁界検出装置１８は、図１に示した第一の抵抗部１１〜第四の抵抗部１４などを含むホイーストンブリッジ回路に加えて、電源５の両端に並列にダイオード１９が接続されている。ダイオード１９は、電源１５の電圧が印加されているときに逆バイアスとなるように接続される。

本実施の形態における磁界検出装置１８の回路構成により、外部磁界の変動により磁気抵抗効果素子２０の抵抗が急速に変動した場合、磁界検出装置１８の出力の時間応答を速めることができる。
なお、ダイオード１９に代えてコンデンサを接続しても同様の効果を奏する。また、ダイオード１９を並列接続する対象がホイーストンブリッジ回路全体または前記抵抗部の全部もしくは一部であっても同様の効果を奏する。
また、ホイーストンブリッジ回路に印加されたサージがダイオードを通じて放電することにより、サージによる磁気抵抗効果素子２０の劣化を防止することもできる。

本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の抵抗部に用いられる磁気抵抗効果素子の一例であるスピンバルブ型のＴＭＲ素子の断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の抵抗部の回路図の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の抵抗部の回路変更時の回路図の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の抵抗部の回路図の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の抵抗部の回路変更時の回路図の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の抵抗部に用いられる磁気抵抗効果素子の一例であるＳＡＦ型のＴＭＲ素子の断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る磁界検出装置の抵抗部の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る磁界検出装置の抵抗部の回路変更時の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る磁界検出装置の抵抗部の回路変更時の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る磁界検出装置の抵抗部の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る磁界検出装置の磁気抵抗効果素子の接続例を示す平面レイアウト模式図である。 本発明の実施の形態３に係る磁界検出装置の磁気抵抗効果素子の接続例を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る磁界検出装置の磁気抵抗効果素子の短絡を行なう場合の回路接続例を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る磁界検出装置の位置検出装置への応用例を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係る磁界検出装置の抵抗部の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態５に係る磁界検出装置の抵抗部の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態６に係る磁界検出装置の抵抗部の回路構成を示す平面レイアウト図である。 本発明の実施の形態６に係る磁界検出装置の抵抗部の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態７に係る磁界検出装置の抵抗部の回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態８に係る磁界検出装置の回路構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ 抵抗部、１１ 第一の抵抗部、１２ 第二の抵抗部、１３ 第三の抵抗部、
１４ 第四の抵抗部、１５ 電源、１６ 増幅器、１７ 信号処理装置、
１８ 磁界検出装置、１９ ダイオード、２０ 磁気抵抗効果素子、
２１ 第一の接点、２２ 第二の接点、２３ 第三の接点、２４ 第四の接点、
２５ 第一の磁気抵抗効果素子のグループ、２６ 第二の磁気抵抗効果素子のグループ、２７ 第三の磁気抵抗効果素子のグループ、２８ 第四の磁気抵抗効果素子のグループ、２９ 第五の磁気抵抗効果素子のグループ、３０ 反強磁性層、３１ 第一の強磁性層、３２ 第一の非磁性層、３３ 第二の強磁性層、３４ 第三の強磁性層、
３５ 第四の強磁性層、３６ 第二の非磁性層、４１ 短絡手段、４２ 切断箇所、
４３ 冗長回路、４４，４４Ａ〜Ｄ 電極パッド、 ４５ 冗長磁気抵抗効果素子、
５１ 下部電極パッド、５２ 上部電極パッド、５８ 電源、５３ 下部電極、
５４ 上部電極、５５ コンタクトホール、 ５６ 下部電極パッド引き出し配線、
５７ プラグ、６０ 移動する磁性体、 ６１ Ｎ極、６２ Ｓ極、
６３ 磁性体の移動方向、６４ 位置Ａ、６５ 位置Ｂ

Claims (13)

1. 複数の抵抗部を有するホイーストンブリッジ回路を備えた磁界検出装置であって、前記抵抗部のうち少なくとも一つは、複数の磁気抵抗効果素子が並列に接続された素子群を有することを特徴とする磁界検出装置。
2. 抵抗部のうち少なくとも一つは、複数の磁気抵抗効果素子が並列に接続された素子群が直列に接続されたものを有することを特徴とする請求項１に記載の磁界検出装置。
3. 複数の抵抗部を有するホイーストンブリッジ回路を備えた磁界検出装置であって、前記抵抗部のうち少なくとも一つは、複数の磁気抵抗効果素子が直列に接続された素子群が並列に接続されたものを有することを特徴とする磁界検出装置。
4. 素子群を構成する複数の磁気抵抗効果素子を接続する配線を切断する回路変更手段部を少なくとも一箇所に備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁界検出装置。
5. 素子群を構成する複数の磁気抵抗効果素子を接続する配線どうしを短絡する回路変更手段部を少なくとも一箇所に備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁界検出装置。
6. 磁気抵抗効果素子がトンネル磁気抵抗効果素子であり、直列接続された複数の前記トンネル磁気抵抗効果素子の両側および中間点にそれぞれ電極パッドが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の磁界検出装置。
7. 複数の磁気抵抗効果素子が直列に接続された素子群の一部の第一の磁気抵抗効果素子のグループに対して、前記第一の磁気抵抗効果素子のグループより多くの数の磁気抵抗効果素子が直列に接続された第二の磁気抵抗効果素子のグループが、前記第一の磁気抵抗効果素子のグループと並列に接続されていることを特徴とする請求項３または請求項６に記載の磁界検出装置。
8. ホイーストンブリッジ回路の全体または抵抗部の全体もしくは一部に対してダイオードまたはキャパシタが並列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁界検出装置。
9. 回路変更手段部とホイートストンブリッジ回路が同一基板上に設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載の磁界検出装置。
10. 複数の磁気抵抗効果素子を配線で接続した抵抗部を有するホイートストンブリッジ回路を備えた磁界検出装置の製造方法であって、
    複数の前記磁気抵抗効果素子の強磁性層および非磁性層を同一基板上に同時に形成する工程と、
    前記磁気抵抗効果素子に接続される配線の一部を切断する工程、あるいは、前記磁気抵抗効果素子を接続する配線どうしを接続する工程と
    を備えたことを特徴とする磁界検出装置の製造方法。
11. 磁気抵抗効果素子がトンネル磁気抵抗効果素子であり、前記磁気抵抗効果素子を接続する配線どうしを接続する工程は、前記磁気抵抗効果素子にレーザーを照射することにより前記トンネル磁気抵抗効果素子の非磁性層を絶縁破壊する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の磁界検出装置の製造方法。
12. 磁気抵抗効果素子がトンネル磁気抵抗効果素子であり、前記磁気抵抗効果素子を接続する配線どうしを接続する工程は、前記磁気抵抗効果素子に前記トンネル磁気抵抗効果素子の非磁性層を絶縁破壊させる電圧を印加する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の磁界検出装置の製造方法。
13. 磁気抵抗効果素子に接続される配線の一部を切断する工程は、前記配線の一部にレーザーを照射する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の磁界検出装置の製造方法。

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