JP2016031299A - Magnetic sensor, magnetic detection device, and manufacturing method of magnetic sensor - Google Patents

Magnetic sensor, magnetic detection device, and manufacturing method of magnetic sensor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a smaller magnetic sensor which has a simple configuration and is capable of stably and accurately measuring an external magnetic field being a measurement object.SOLUTION: The magnetic sensor includes a conductive layer which is formed in a loop shape and has a first pinned layer whose magnetization is fixed in a first direction, and a tunnel junction layer which is formed spaced apart from the first pinned layer; a first tunnel layer formed on the first pinned layer; and a first free layer which is formed on the first tunnel layer and whose direction of magnetization changes according to a magnetic field generated by a coil current caused by a change of an external magnetic field.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、導体を流れる電流の変化を測定することにより、磁気を高感度に検出可能な磁気センサ及び磁気センサの製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetic sensor capable of detecting magnetism with high sensitivity by measuring a change in current flowing through a conductor, and a method of manufacturing the magnetic sensor.

従来の磁気センサに用いられる電流センサは、U字状の湾曲導体に制御電流を供給し、その湾曲導体の周囲に生じる電流磁界の変化をホール素子によって検出していた(例えば、特許文献1参照)。また、従来の磁気センサに用いられる電流センサは、ホール素子の替わりに巨大磁気抵抗効果(GiantMagneto−Resistive−effect)を発現する巨大磁気抵抗効果素子(以下、GMR素子)を用いて、電流を検出していた(例えば、特許文献2参照)。
[特許文献1] 特公平7−123090号公報
[特許文献2] 特開2007−101252号公報
[特許文献3] 特開2014−6127号公報
A current sensor used in a conventional magnetic sensor supplies a control current to a U-shaped curved conductor and detects a change in a current magnetic field generated around the curved conductor by a Hall element (see, for example, Patent Document 1). ). In addition, a current sensor used for a conventional magnetic sensor detects a current using a giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as a GMR element) that exhibits a giant magnetoresistive effect instead of a hall element. (For example, refer to Patent Document 2).
[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. 7-123090 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-101252 [Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-6127

しかしながら、ホール素子もしくはGMR素子を用いた従来の磁気センサに用いられる電流センサは、微小で精密な磁場変動の測定ができない。ホール素子及びGMR素子は、その構造上、十分に小型化することができない。   However, a current sensor used in a conventional magnetic sensor using a Hall element or a GMR element cannot measure a minute and precise magnetic field fluctuation. The Hall element and the GMR element cannot be reduced in size sufficiently due to their structures.

本発明の第1の態様においては、磁化が第1の方向に固定された第1のピンド層と、第1のピンド層と離間して形成されたトンネル接合層とを有し、ループ状に形成された導電層と、第1のピンド層上に形成された第1のトンネル層と、第1のトンネル層上に形成され、磁化の方向が、外部磁場の変動によって生じたコイル電流により生じる磁場によって変化する第1のフリー層とを備えた磁気センサを提供する。   The first aspect of the present invention includes a first pinned layer whose magnetization is fixed in the first direction, and a tunnel junction layer formed apart from the first pinned layer, and in a loop shape Formed on the formed conductive layer, the first tunnel layer formed on the first pinned layer, and the first tunnel layer, the direction of magnetization is generated by the coil current generated by the fluctuation of the external magnetic field A magnetic sensor comprising a first free layer that changes with a magnetic field is provided.

本発明の第2の態様においては、基板上にループ状のピンド層を形成する工程と、ピンド層上にトンネル層を形成する工程と、トンネル層上にフリー層を形成する工程と、フリー層及びトンネル層をエッチングして、互いに離間した第1のトンネル層及び第2のトンネル層と、第1のトンネル層上の第1のフリー層と、第2のトンネル層上の第2のフリー層とを形成する工程と、第1のフリー層上に第1の上部配線層を形成し、第2のフリー層上に第2の上部配線層を形成する工程と、ピンド層上に、第1の外部接続端子と第2の外部接続端子とを形成する工程と、第1の上部配線層に第3の外部接続端子を形成し、第2の上部配線層に第4の外部接続端子を形成する工程とを備えた磁気センサの製造方法を提供する。   In the second aspect of the present invention, a step of forming a loop pinned layer on the substrate, a step of forming a tunnel layer on the pinned layer, a step of forming a free layer on the tunnel layer, and a free layer And the first and second tunnel layers spaced apart from each other, a first free layer on the first tunnel layer, and a second free layer on the second tunnel layer Forming a first upper wiring layer on the first free layer, forming a second upper wiring layer on the second free layer, and a first layer on the pinned layer. Forming a second external connection terminal and a second external connection terminal, forming a third external connection terminal on the first upper wiring layer, and forming a fourth external connection terminal on the second upper wiring layer The manufacturing method of the magnetic sensor provided with the process to perform is provided.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

磁気抵抗効果素子1の構成の一例を示す。An example of the structure of the magnetoresistive effect element 1 is shown. 磁気抵抗効果素子1の状態の一例を示す。An example of the state of the magnetoresistive effect element 1 is shown. 磁気抵抗効果素子1の状態の一例を示す。An example of the state of the magnetoresistive effect element 1 is shown. 磁気抵抗効果素子1の膜面に平行方向の抵抗値と電流起因磁場との関係を示す。The relationship between the resistance value parallel to the film surface of the magnetoresistive element 1 and the current-induced magnetic field is shown. 実施形態1に係る磁気センサ100を示す。1 shows a magnetic sensor 100 according to a first embodiment. 実施形態1に係る磁気センサ100のA断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the first embodiment. 実施形態1に係る磁気センサ100のB断面図を示す。1 shows a B cross-sectional view of a magnetic sensor 100 according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る磁気センサ100のC断面図を示す。FIG. 3 shows a C cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the first embodiment. 実施形態1に係る磁気センサ100のA断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the first embodiment. 実施形態1に係る磁気センサ100のB断面図を示す。1 shows a B cross-sectional view of a magnetic sensor 100 according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る磁気センサ100のC断面図を示す。FIG. 3 shows a C cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the first embodiment. 実施形態1に係る磁気センサ100の回路概念図を示す。1 is a conceptual circuit diagram of a magnetic sensor 100 according to Embodiment 1. FIG. コイル電流Icが流れたときにフリー層40にかかる磁場を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic field concerning the free layer 40 when the coil current Ic flows. 実施形態2に係る磁気センサ100を示す。The magnetic sensor 100 which concerns on Embodiment 2 is shown. 実施形態2に係る磁気センサ100のA断面図を示す。FIG. 6 shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the second embodiment. 実施形態2に係る磁気センサ100のB断面図を示す。FIG. 4 is a B cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the second embodiment. 実施形態2に係る磁気センサ100のC断面図を示す。FIG. 4 is a C cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the second embodiment. 実施形態3に係る磁気センサ100を示す。5 shows a magnetic sensor 100 according to a third embodiment. 実施形態3に係る磁気センサ100のA断面図を示す。FIG. 6 is a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 according to the third embodiment. 実施形態3に係る磁気センサ100のB断面図を示す。FIG. 6 shows a B cross-sectional view of a magnetic sensor 100 according to a third embodiment. 実施形態3に係る磁気センサ100のC断面図を示す。FIG. 6 shows a C cross-sectional view of a magnetic sensor 100 according to a third embodiment. 実施形態3に係る磁気センサ100のD断面図を示す。FIG. 6 shows a D cross-sectional view of a magnetic sensor 100 according to a third embodiment. 実施形態3に係る磁気センサ100の回路概念図を示す。The circuit conceptual diagram of the magnetic sensor 100 which concerns on Embodiment 3 is shown. ピンド層20が形成された基板90を示す。The substrate 90 on which the pinned layer 20 is formed is shown. ピンド層20の磁化を固定する工程を示す。The process of fixing the magnetization of the pinned layer 20 is shown. ピンド層20上にトンネル層30を形成する工程を示す。The process of forming the tunnel layer 30 on the pinned layer 20 is shown. 磁気センサ100の素子分離工程を示す。The element separation process of the magnetic sensor 100 is shown. TMR素子をパターニングする工程を示す。The process of patterning a TMR element is shown. 第2の絶縁膜92を堆積させる工程を示す。A step of depositing the second insulating film 92 is shown. 上部配線層60が形成された磁気センサ100を示す。The magnetic sensor 100 in which the upper wiring layer 60 is formed is shown. 磁気検出装置200の一例を示す。An example of the magnetic detection apparatus 200 is shown. 増幅回路95の出力の一例を示す。An example of the output of the amplifier circuit 95 is shown. 振幅検出回路96の出力の一例を示す。An example of the output of the amplitude detection circuit 96 is shown. 周波数検出回路97の出力の一例を示す。An example of the output of the frequency detection circuit 97 is shown. 周波数カウンタ99の出力の一例を示す。An example of the output of the frequency counter 99 is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1は、磁気抵抗効果素子1の構成の一例を示す。磁気抵抗効果素子1は、ピンド層20、トンネル層30及びフリー層40を備える。磁気抵抗効果素子1は、ピンド層20とフリー層40との相対的な磁化の角度によって抵抗値が変化する。抵抗値の変化とは、磁気抵抗効果素子1の膜面に水平方向の抵抗値、及び膜面に垂直方向の抵抗値の少なくとも一方の変化を指す。本例の磁気抵抗効果素子1は、X軸の方向に1um、Y軸の方向に10umの矩形形状を有する。矢印は、磁化の方向を指す。   FIG. 1 shows an example of the configuration of the magnetoresistive effect element 1. The magnetoresistive effect element 1 includes a pinned layer 20, a tunnel layer 30 and a free layer 40. The resistance value of the magnetoresistive effect element 1 changes depending on the relative magnetization angle between the pinned layer 20 and the free layer 40. The change in resistance value indicates a change in at least one of a resistance value in the horizontal direction on the film surface of the magnetoresistive effect element 1 and a resistance value in the direction perpendicular to the film surface. The magnetoresistive effect element 1 of this example has a rectangular shape of 1 μm in the X-axis direction and 10 μm in the Y-axis direction. Arrows indicate the direction of magnetization.

ピンド層20は、磁化が予め定められた方向に固定されている磁性材料からなる。ピンド層20は、Co、Fe、Ni等の材料の組み合わせにより形成される。例えば、ピンド層20の磁化は、磁気抵抗効果の膜を形成した後、磁場中での熱処理(アニール処理)によりx軸方向に固定される。磁気抵抗効果の膜とは、外部磁場等により電気抵抗が変化する膜を指す。   The pinned layer 20 is made of a magnetic material whose magnetization is fixed in a predetermined direction. The pinned layer 20 is formed by a combination of materials such as Co, Fe, and Ni. For example, the magnetization of the pinned layer 20 is fixed in the x-axis direction by forming a magnetoresistive film and then performing heat treatment (annealing) in a magnetic field. A magnetoresistive film refers to a film whose electrical resistance is changed by an external magnetic field or the like.

トンネル層30は、薄膜の絶縁体である。トンネル層30は、ピンド層20上に形成される。例えば、磁気抵抗効果素子1が、トンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto Resistance)素子の場合、トンネル層30は、Al、MgO等で形成される。TMR素子とは、磁性体薄膜の間に極薄の絶縁膜を挟んだ素子を指す。TMR素子では、絶縁膜の両端の磁性体薄膜の磁化の向きによって、絶縁膜の抵抗が変化する。 The tunnel layer 30 is a thin film insulator. The tunnel layer 30 is formed on the pinned layer 20. For example, when the magnetoresistive element 1 is a tunnel magnetoresistive (TMR) element, the tunnel layer 30 is formed of Al 2 O 3 , MgO, or the like. A TMR element refers to an element in which an extremely thin insulating film is sandwiched between magnetic thin films. In the TMR element, the resistance of the insulating film changes depending on the magnetization directions of the magnetic thin films at both ends of the insulating film.

フリー層40は、外部磁場に応じて磁化の向きが変化する磁性体である。例えば、フリー層40は、Co、Fe、Ni等の材料の組み合わせにより形成される軟磁性材料である。フリー層40は、トンネル層30上に形成される。   The free layer 40 is a magnetic material whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. For example, the free layer 40 is a soft magnetic material formed by a combination of materials such as Co, Fe, and Ni. The free layer 40 is formed on the tunnel layer 30.

図2は、磁気抵抗効果素子1の状態の一例を示す。本例の磁気抵抗効果素子1は、フリー層40の磁化容易軸がピンド層20の磁化の向きと直交する方向に誘導された状態を示す。磁化容易軸とは、結晶磁気異方性を持つ磁性体において、磁化され易い結晶方位を指す。   FIG. 2 shows an example of the state of the magnetoresistive effect element 1. The magnetoresistive effect element 1 of this example shows a state in which the easy axis of the free layer 40 is induced in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer 20. The easy magnetization axis refers to a crystal orientation that is easily magnetized in a magnetic material having crystalline magnetic anisotropy.

図3は、磁気抵抗効果素子1の状態の一例を示す。本例の磁気抵抗効果素子1は、フリー層40の磁化がy軸方向に誘導された状態を示す。つまり、フリー層40の磁化の向きは、ピンド層20の磁化の向きと直交する。フリー層40の磁化の向きは、ピンド層20に流れる電流により生じる磁場によって変化する。   FIG. 3 shows an example of the state of the magnetoresistive effect element 1. The magnetoresistive effect element 1 of this example shows a state in which the magnetization of the free layer 40 is induced in the y-axis direction. That is, the magnetization direction of the free layer 40 is orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer 20. The magnetization direction of the free layer 40 changes depending on the magnetic field generated by the current flowing through the pinned layer 20.

図4は、磁気抵抗効果素子1の膜面に平行方向の抵抗値と電流起因磁場との関係を示す。縦軸は磁気抵抗効果素子1の抵抗値、横軸は電流起因磁場の強度を示す。電流起因磁場とは、ピンド層20に流れる電流に起因して発生する磁場を指す。電流起因磁場の向きは、ピンド層20の固定された磁化の向きを正として示す。   FIG. 4 shows the relationship between the resistance value in the direction parallel to the film surface of the magnetoresistive effect element 1 and the current-induced magnetic field. The vertical axis represents the resistance value of the magnetoresistive effect element 1, and the horizontal axis represents the strength of the current-induced magnetic field. The current-induced magnetic field refers to a magnetic field generated due to the current flowing through the pinned layer 20. The direction of the current-induced magnetic field indicates that the fixed magnetization direction of the pinned layer 20 is positive.

電流起因磁場無しの状態では、ピンド層20とフリー層40の磁化は直交している。正の向きに弱い電流起因磁場を印加した場合、フリー層40の磁化がピンド層20の磁化の向きに揃う方向に動く。磁化の向きが揃う場合、磁化が不規則に並んでいる場合よりも、磁化の電子に対する影響が小さくなり、磁気抵抗効果素子1の抵抗値が減少する。電流起因磁場の大きさが一定以上になると、フリー層40の磁化はピンド層20の磁化の向きと揃う。磁化の向きが揃うと、磁気抵抗効果素子1の抵抗値は飽和する。   In the state without the current-induced magnetic field, the magnetizations of the pinned layer 20 and the free layer 40 are orthogonal. When a weak current-induced magnetic field is applied in the positive direction, the magnetization of the free layer 40 moves in a direction that is aligned with the magnetization direction of the pinned layer 20. When the magnetization directions are aligned, the influence of the magnetization on the electrons is smaller than when the magnetizations are arranged irregularly, and the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 is reduced. When the magnitude of the current-induced magnetic field exceeds a certain level, the magnetization of the free layer 40 is aligned with the magnetization direction of the pinned layer 20. When the magnetization directions are aligned, the resistance value of the magnetoresistive element 1 is saturated.

負の向きに弱い電流起因磁場を印加した場合、フリー層40の磁化がピンド層20の磁化の向きと逆方向に動き、磁気抵抗効果素子1の抵抗値が上昇する。電流起因磁場の大きさが一定以上になると、フリー層40の磁化がピンド層20の磁化の向きと逆方向に向く。磁化の向きが逆方向を向くと、磁気抵抗効果素子1の抵抗値は飽和する。しかし、さらに強い電流起因磁場を印加すると、固定されていたピンド層20の磁化が負の向きを向き始める。即ち、磁化の向きが揃う方向になるため、磁気抵抗効果素子1の抵抗値が減少する。   When a weak current-induced magnetic field is applied in the negative direction, the magnetization of the free layer 40 moves in the direction opposite to the magnetization direction of the pinned layer 20 and the resistance value of the magnetoresistive element 1 increases. When the magnitude of the current-induced magnetic field exceeds a certain level, the magnetization of the free layer 40 is directed in the direction opposite to the magnetization direction of the pinned layer 20. When the magnetization direction is in the opposite direction, the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 is saturated. However, when a stronger current-induced magnetic field is applied, the magnetization of the pinned layer 20 that has been fixed begins to turn negative. That is, since the magnetization directions are aligned, the resistance value of the magnetoresistive element 1 is reduced.

以上の通り、ピンド層20の磁化の向きを感度軸としてとることにより、磁気抵抗効果素子1の抵抗値が線形に変化する。但し、抵抗値を線形に変化させるには、電流起因磁場の絶対値が予め定められた値よりも小さいことが必要である。   As described above, by taking the magnetization direction of the pinned layer 20 as the sensitivity axis, the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 changes linearly. However, in order to change the resistance value linearly, the absolute value of the current-induced magnetic field needs to be smaller than a predetermined value.

<実施形態1>
実施形態1の磁気センサ100について図5から図9を用いて説明する。図5は、磁気センサ100を上面から見た配置図である。図6Aから図6C及び図7Aから図7Cは、点線A−A'、点線B−B'、点線C−C'における磁気センサ100の断面図である。
<Embodiment 1>
The magnetic sensor 100 of Embodiment 1 is demonstrated using FIGS. 5-9. FIG. 5 is a layout view of the magnetic sensor 100 as viewed from above. 6A to 6C and FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views of the magnetic sensor 100 taken along dotted lines AA ′, dotted lines BB ′, and dotted lines CC ′.

磁気センサ100は、導電層27、第1のトンネル層31、第1のフリー層41、トンネル接合部35及び抵抗検出回路85を備える。導電層27には、第1のピンド層21、中間層25及び配線層26が含まれる。本例の導電層27は、全てピンド層20で形成される。導電層27は、ループ状に形成されるので、外部磁場の変動に応じてコイル電流Icが流れる。磁気センサ100は、導電層27に流れるコイル電流Icを検出することにより、磁場を検出する。ループ状とは、閉じたループ状であればよく、丸形状、四角形状、多角形形状、角丸多角形形状、凹字形状、凸字形状等、どのような形状であってもよい。また、ループ状とは、巻き数が1の場合に限られず、複数の巻き数を有する場合であってよい。導電層27の形状は、本例の形状に限られずレイアウトに応じて適宜変更されてよい。磁気センサ100は、ループ状に形成された導電層27に対して、垂直方向に入力される外部磁場の変動を検出できる。   The magnetic sensor 100 includes a conductive layer 27, a first tunnel layer 31, a first free layer 41, a tunnel junction 35, and a resistance detection circuit 85. The conductive layer 27 includes a first pinned layer 21, an intermediate layer 25, and a wiring layer 26. All the conductive layers 27 in this example are formed of the pinned layer 20. Since the conductive layer 27 is formed in a loop shape, the coil current Ic flows according to the fluctuation of the external magnetic field. The magnetic sensor 100 detects the magnetic field by detecting the coil current Ic flowing through the conductive layer 27. The loop shape may be a closed loop shape, and may be any shape such as a round shape, a square shape, a polygonal shape, a rounded polygonal shape, a concave shape, and a convex shape. The loop shape is not limited to the case where the number of turns is 1, but may be a case where a plurality of turns are provided. The shape of the conductive layer 27 is not limited to the shape of this example, and may be changed as appropriate according to the layout. The magnetic sensor 100 can detect the fluctuation of the external magnetic field input in the vertical direction with respect to the conductive layer 27 formed in a loop shape.

図6Aは、図5で示した点線A−A'における磁気センサ100の各断面図を示す。A断面は、第1のピンド層21、トンネル接合部35、中間層25、配線層26、第1のトンネル層31及び第1のフリー層41の断面に相当する。第1のトンネル層31、第1のフリー層41、第1のカバー層51及び第1の上部配線層61は、トンネル接合部35及び第2の上部配線層62と互いに離間して配置される。離間とは、各層の間に空間を有することを指す。また、空間の代わりに、絶縁膜等の非磁性体層を備えてもよい。なお、第1のピンド層21、中間層25及び配線層26は、同一の材料で形成される場合、導電層27として一体に形成されてよい。   6A is a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 taken along a dotted line AA ′ shown in FIG. The section A corresponds to the section of the first pinned layer 21, the tunnel junction 35, the intermediate layer 25, the wiring layer 26, the first tunnel layer 31, and the first free layer 41. The first tunnel layer 31, the first free layer 41, the first cover layer 51, and the first upper wiring layer 61 are disposed apart from the tunnel junction 35 and the second upper wiring layer 62. . Separation means having a space between each layer. Further, a nonmagnetic material layer such as an insulating film may be provided instead of the space. Note that the first pinned layer 21, the intermediate layer 25, and the wiring layer 26 may be integrally formed as the conductive layer 27 when formed of the same material.

トンネル接合部35は、配線層26上に形成される。トンネル接合部35は、第1のピンド層21に電気的に接続される。また、トンネル接合部35は、コイル電流Icが第2の上部配線層62側に流れるのを防止する。   The tunnel junction 35 is formed on the wiring layer 26. The tunnel junction 35 is electrically connected to the first pinned layer 21. Further, the tunnel junction 35 prevents the coil current Ic from flowing to the second upper wiring layer 62 side.

図6Bは、図5で示した点線B−B'における磁気センサ100の断面図を示す。B断面は、第1の上部配線層61及び配線層26の断面に相当する。第1の上部配線層61は、配線層26と離間して形成される。   FIG. 6B shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 taken along the dotted line BB ′ shown in FIG. The B cross section corresponds to the cross section of the first upper wiring layer 61 and the wiring layer 26. The first upper wiring layer 61 is formed apart from the wiring layer 26.

図6Cは、図5で示した点線C−C'における磁気センサ100の断面図を示す。C断面は、第1のピンド層21、第1のトンネル層31、第1のフリー層41、第1のカバー層51及び第1の上部配線層61の断面図に相当する。第1のピンド層21、第1のトンネル層31、第1のフリー層41、第1のカバー層51及び第1の上部配線層61の各層は、この順に積層して形成される。なお、第1のピンド層21の幅は、第1のトンネル層31、第1のフリー層41及び第1のカバー層51の各々の幅より大きくてもよい。第1のピンド層21の幅とは、コイル電流Icの流れる方向と垂直な方向の第1のピンド層21の厚さを指す。   FIG. 6C shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 along the dotted line CC ′ shown in FIG. 5. The section C corresponds to a sectional view of the first pinned layer 21, the first tunnel layer 31, the first free layer 41, the first cover layer 51, and the first upper wiring layer 61. The first pinned layer 21, the first tunnel layer 31, the first free layer 41, the first cover layer 51, and the first upper wiring layer 61 are stacked in this order. The width of the first pinned layer 21 may be larger than the width of each of the first tunnel layer 31, the first free layer 41, and the first cover layer 51. The width of the first pinned layer 21 refers to the thickness of the first pinned layer 21 in a direction perpendicular to the direction in which the coil current Ic flows.

図7Aは、図5で示した点線A−A'における磁気センサ100の断面図を示す。図7Aは、トンネル接合部35の一例を示す。本例のトンネル接合部35は、第2のピンド層22、第2のトンネル層32、第2のフリー層42及び第2のカバー層52を有する。第2のピンド層22は、第1のピンド層21と直列に設けられ、コイル電流Icが流れる。図7Bは、図5で示した点線B−B'における磁気センサ100の断面図を示す。図7Cは、図5で示した点線C−C'における磁気センサ100の断面図を示す。図7B及び図7Cは、図6B及び図6Cとそれぞれ同一である。次に、図5に示された磁気センサ100について、図7AからCの断面図を参照して説明する。   FIG. 7A shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 along the dotted line AA ′ shown in FIG. 5. FIG. 7A shows an example of the tunnel junction 35. The tunnel junction portion 35 of this example includes a second pinned layer 22, a second tunnel layer 32, a second free layer 42, and a second cover layer 52. The second pinned layer 22 is provided in series with the first pinned layer 21 and the coil current Ic flows. FIG. 7B shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 taken along the dotted line BB ′ shown in FIG. 5. FIG. 7C shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 100 taken along the dotted line CC ′ shown in FIG. 7B and 7C are the same as FIGS. 6B and 6C, respectively. Next, the magnetic sensor 100 shown in FIG. 5 will be described with reference to the cross-sectional views of FIGS.

第1のピンド層21は、磁化が予め定められた方向に固定される。第1のピンド層21は、配線層26と同一の材料で形成される場合、配線層26と一体に形成されてよい。この場合、第1のピンド層21は、上部に第1のトンネル層31が形成される点で配線層26と異なる。   In the first pinned layer 21, the magnetization is fixed in a predetermined direction. When the first pinned layer 21 is formed of the same material as the wiring layer 26, the first pinned layer 21 may be formed integrally with the wiring layer 26. In this case, the first pinned layer 21 is different from the wiring layer 26 in that the first tunnel layer 31 is formed on the upper portion.

中間層25は、第1のピンド層21と第2のピンド層22とを接続し、コイル電流Icが流れる。本例の中間層25は、ピンド層20と同一の材料で形成される。なお、中間層25は、第1のピンド層21と第2のピンド層22とを接続可能な材料であれば、ピンド層20と同一の材料に限られない。   The intermediate layer 25 connects the first pinned layer 21 and the second pinned layer 22, and the coil current Ic flows. The intermediate layer 25 of this example is formed of the same material as the pinned layer 20. The intermediate layer 25 is not limited to the same material as the pinned layer 20 as long as it is a material that can connect the first pinned layer 21 and the second pinned layer 22.

第2のピンド層22は、磁化が予め定められた方向に固定される。本例の第2のピンド層22は、第1のピンド層21と同じ方向に磁化が固定される。第2のピンド層22は、配線層26と同一の材料で形成される場合、配線層26と一体に形成されてよい。この場合、第2のピンド層22は、上部に第2のトンネル層32が形成される点で配線層26と異なる。なお、第1のピンド層21、第2のピンド層22、中間層25及び配線層26は、導電層27として一体に形成されてよい。   The second pinned layer 22 has magnetization fixed in a predetermined direction. The magnetization of the second pinned layer 22 of this example is fixed in the same direction as the first pinned layer 21. When the second pinned layer 22 is formed of the same material as the wiring layer 26, it may be formed integrally with the wiring layer 26. In this case, the second pinned layer 22 differs from the wiring layer 26 in that the second tunnel layer 32 is formed on the upper portion. The first pinned layer 21, the second pinned layer 22, the intermediate layer 25, and the wiring layer 26 may be integrally formed as the conductive layer 27.

第1のトンネル層31は、第1のピンド層21上に形成される。第1のトンネル層31は、第1のピンド層21に流れるコイル電流Icが第1の上部配線層61側に流れるのを防止する。本例の第1のトンネル層31は、第1のピンド層21と膜面の断面形状が同一である。第1のトンネル層31は、第1のピンド層21と膜面の断面形状が異なってよい。   The first tunnel layer 31 is formed on the first pinned layer 21. The first tunnel layer 31 prevents the coil current Ic flowing in the first pinned layer 21 from flowing to the first upper wiring layer 61 side. The first tunnel layer 31 of this example has the same cross-sectional shape of the film surface as the first pinned layer 21. The first tunnel layer 31 may differ from the first pinned layer 21 in the cross-sectional shape of the film surface.

第1のフリー層41は、第1のトンネル層31上に形成される。第1のフリー層41は、第1のピンド層21に流れるコイル電流Icにより生じる外部磁場の変動により、磁化の方向が変化する。本例の第1のフリー層41は、第1のトンネル層31と膜面の断面形状が同一である。   The first free layer 41 is formed on the first tunnel layer 31. The direction of magnetization of the first free layer 41 changes due to the fluctuation of the external magnetic field generated by the coil current Ic flowing through the first pinned layer 21. The first free layer 41 of this example has the same cross-sectional shape as the first tunnel layer 31 and the film surface.

第1のカバー層51は、第1のフリー層41の上部を保護する。第1のカバー層51は、第1のフリー層41上に連続して形成される。第1のカバー層51は、抵抗値の小さな材料で形成されるのが好ましい。   The first cover layer 51 protects the upper part of the first free layer 41. The first cover layer 51 is continuously formed on the first free layer 41. The first cover layer 51 is preferably formed of a material having a small resistance value.

第2のトンネル層32は、第2のピンド層22上に形成される。第2のトンネル層32は、第2のピンド層22に流れるコイル電流Icが第2の上部配線層62側に流れるのを防止する。本例の第2のトンネル層32は、第2のピンド層22と膜面の断面形状が同一である。第2のトンネル層32は、第2のピンド層22と異なる断面形状を有してよい。   The second tunnel layer 32 is formed on the second pinned layer 22. The second tunnel layer 32 prevents the coil current Ic flowing in the second pinned layer 22 from flowing to the second upper wiring layer 62 side. The second tunnel layer 32 of this example has the same cross-sectional shape of the film surface as the second pinned layer 22. The second tunnel layer 32 may have a cross-sectional shape different from that of the second pinned layer 22.

第2のフリー層42は、第2のトンネル層32上に形成される。第2のフリー層42は、第2のピンド層22に流れるコイル電流Icにより生じる外部磁場の変動により、磁化の方向が変化する。本例の第2のフリー層42は、第2のトンネル層32と膜面の断面形状が同一である。   The second free layer 42 is formed on the second tunnel layer 32. The direction of magnetization of the second free layer 42 changes due to the fluctuation of the external magnetic field generated by the coil current Ic flowing through the second pinned layer 22. The second free layer 42 in this example has the same cross-sectional shape as the second tunnel layer 32 and the film surface.

第2のカバー層52は、第2のフリー層42の上部を保護する。第2のカバー層52は、第2のフリー層42上に連続して形成される。第2のカバー層52は、抵抗値の小さな材料で形成されるのが好ましい。   The second cover layer 52 protects the upper part of the second free layer 42. The second cover layer 52 is continuously formed on the second free layer 42. The second cover layer 52 is preferably formed of a material having a small resistance value.

第1の上部配線層61は、抵抗検出回路85と接続される第1の外部接続端子71を備える。第1の上部配線層61は、第1のピンド層21と離間して形成される。   The first upper wiring layer 61 includes a first external connection terminal 71 connected to the resistance detection circuit 85. The first upper wiring layer 61 is formed apart from the first pinned layer 21.

第2の上部配線層62は、抵抗検出回路85と接続される第2の外部接続端子72を備える。第2の上部配線層62は、第2のピンド層22と離間して形成される。   The second upper wiring layer 62 includes a second external connection terminal 72 connected to the resistance detection circuit 85. The second upper wiring layer 62 is formed apart from the second pinned layer 22.

抵抗検出回路85は、電圧計VM1、電流計IM及び第1の定電流源IS1を備える。抵抗検出回路85は、第1の外部接続端子71及び第2の外部接続端子72に接続される。第1の定電流源IS1は、測定用の一定電流を流す。抵抗検出回路85は、電圧計VM1及び電流計IMを用いて抵抗値を検出する。   The resistance detection circuit 85 includes a voltmeter VM1, an ammeter IM, and a first constant current source IS1. The resistance detection circuit 85 is connected to the first external connection terminal 71 and the second external connection terminal 72. The first constant current source IS1 supplies a constant current for measurement. The resistance detection circuit 85 detects the resistance value using the voltmeter VM1 and the ammeter IM.

図8は、実施形態1の磁気センサ100の回路概念図である。磁気センサ100の回路図は、第1のセンサ抵抗(TMR1)、第2のセンサ抵抗(TMR2)及び中間層抵抗(RPC)を用いて簡略的に表されている。TMR1は、第1のピンド層21から第1のフリー層41までの層間の第1のセンサ抵抗を示す。TMR2は、第2のピンド層22から第2のフリー層42までの層間の第2のセンサ抵抗を示す。RPCは、中間層25の抵抗を示す。TMR1及びTMR2は、RPCを挟んで接続される。   FIG. 8 is a conceptual circuit diagram of the magnetic sensor 100 according to the first embodiment. The circuit diagram of the magnetic sensor 100 is simply expressed using the first sensor resistance (TMR1), the second sensor resistance (TMR2), and the intermediate layer resistance (RPC). TMR1 indicates a first sensor resistance between layers from the first pinned layer 21 to the first free layer 41. TMR2 indicates a second sensor resistance between the layers from the second pinned layer 22 to the second free layer. RPC indicates the resistance of the intermediate layer 25. TMR1 and TMR2 are connected across the RPC.

抵抗検出回路85は、第1のフリー層41と第2のフリー層42との間の抵抗値を検出することにより、コイル電流Icを検出する。第1のフリー層41と第2のフリー層42との間の抵抗値とは、TMR1とRPCとTMR2との抵抗値の和を指す。抵抗検出回路85は、電流Imを測定用の電流として第1の外部接続端子71に入力する。測定用の電流は、直列に接続されたTMR1、RPC及びTMR2を流れる。測定用の電流は、第2の外部接続端子72から抵抗検出回路85に戻る。   The resistance detection circuit 85 detects the coil current Ic by detecting the resistance value between the first free layer 41 and the second free layer 42. The resistance value between the first free layer 41 and the second free layer 42 indicates the sum of the resistance values of TMR1, RPC, and TMR2. The resistance detection circuit 85 inputs the current Im to the first external connection terminal 71 as a measurement current. Current for measurement flows through TMR1, RPC and TMR2 connected in series. The measurement current returns from the second external connection terminal 72 to the resistance detection circuit 85.

本例のTMR1及びTMR2はそれぞれ数kΩ程度であり、RPCは数Ωである。そのため、TMR1及びTMR2における電圧ドロップと比較して、中間層25のRPCにおける電圧ドロップを無視できる。よって、磁気センサ100は、図8に示した回路概念図を用いて、コイル電流Icの電流値を測定し、外部磁場を検出できる。また、TMR1及びTMR2には、コイル電流Icが流れないので、精確に外部磁場を検出できる。なお、導電層27にコイル電流Icが流れると、右ねじの法則に従って電流起因磁場(AC磁場)が発生する。   In this example, TMR1 and TMR2 are each about several kΩ, and RPC is several Ω. Therefore, compared to the voltage drop in TMR1 and TMR2, the voltage drop in the RPC of the intermediate layer 25 can be ignored. Therefore, the magnetic sensor 100 can detect the external magnetic field by measuring the current value of the coil current Ic using the circuit conceptual diagram shown in FIG. In addition, since the coil current Ic does not flow through TMR1 and TMR2, the external magnetic field can be accurately detected. When the coil current Ic flows through the conductive layer 27, a current-induced magnetic field (AC magnetic field) is generated according to the right-handed screw law.

抵抗検出回路85の検出する抵抗値は、下記の式で求められる。
TMR1+TMR2=VM1/IM
但し、
RPC<<TMR1+TMR2
Iin*RPC<<VM
ここで、VM1は、電圧計VM1が計測した電圧値であり、IMは、電流計IMが計測した電流値である。VMは、第1の外部接続端子71と第2の外部接続端子72との間の電圧値である。本例では、VM=VM1となる。
The resistance value detected by the resistance detection circuit 85 is obtained by the following equation.
TMR1 + TMR2 = VM1 / IM
However,
RPC << TMR1 + TMR2
Iin * RPC << VM
Here, VM1 is a voltage value measured by the voltmeter VM1, and IM is a current value measured by the ammeter IM. VM is a voltage value between the first external connection terminal 71 and the second external connection terminal 72. In this example, VM = VM1.

図9は、コイル電流Icが流れたときにフリー層40にかかる電流起因磁場Bcを示す模式図である。図9は図7CのC断面を示す。点線は、第1のピンド層21に流れるコイル電流Icにより生じる電流起因磁場Bcを示す。   FIG. 9 is a schematic diagram showing a current-induced magnetic field Bc applied to the free layer 40 when the coil current Ic flows. FIG. 9 shows a cross section C of FIG. 7C. A dotted line indicates a current-induced magnetic field Bc generated by the coil current Ic flowing through the first pinned layer 21.

第1のピンド層21にコイル電流Icが流れると、右ねじの法則に従って第1のピンド層21の周りに電流起因磁場Bcが発生する。第1のピンド層21の中心点に大きさIの線電流が流れていると考える。第1のピンド層21に流れる線電流を中心とした半径rの位置に発生する電流起因磁場Bcの大きさは、下記の式(1)により表される。
Bc=(4π*μ*I)/(2*r)・・・式(1)
ここで、μは、真空の透磁率を示す。
When the coil current Ic flows through the first pinned layer 21, a current-induced magnetic field Bc is generated around the first pinned layer 21 according to the right-handed screw law. It is considered that a line current having a magnitude I flows through the center point of the first pinned layer 21. The magnitude of the current-induced magnetic field Bc generated at the position of the radius r centering on the line current flowing in the first pinned layer 21 is expressed by the following formula (1).
Bc = (4π * μ 0 * I) / (2 * r) (1)
Here, μ 0 represents a vacuum magnetic permeability.

本例の第1のピンド層21、第1のトンネル層31、第1のフリー層41及び第1のカバー層51は、それぞれ数十オングストローム程度の厚みである。例えば、コイル電流Icの大きさを1μA、第1のピンド層21から第1のフリー層41までの平均的な距離を50オングストローム(5nm)とする。この場合、式(1)を用いると、その地点にできる磁場Bcの大きさは、下記の通りとなる。
Bc=(4*3.14*10−7*1μA)/(2*5nm)
=126μT
The first pinned layer 21, the first tunnel layer 31, the first free layer 41, and the first cover layer 51 of this example each have a thickness of about several tens of angstroms. For example, the magnitude of the coil current Ic is 1 μA, and the average distance from the first pinned layer 21 to the first free layer 41 is 50 angstroms (5 nm). In this case, when the equation (1) is used, the magnitude of the magnetic field Bc generated at that point is as follows.
Bc = (4 * 3.14 * 10 −7 * 1 μA) / (2 * 5 nm)
= 126 μT

このオーダの磁場の大きさがあれば、磁気センサ100自身のノイズや抵抗検出回路85のノイズよりも大きなセンサ信号出力が得られる。即ち、コイル電流Icにより生じる外部磁場の変動に応じて、第1のフリー層41の磁化方向が変化し、センサ抵抗値であるTMR1とTMR2が変化する。抵抗検出回路85は、TMR1とTMR2の抵抗値を検出することにより、コイル電流Icをセンシングできる。   If the magnitude of the magnetic field is on the order, a sensor signal output larger than the noise of the magnetic sensor 100 itself and the noise of the resistance detection circuit 85 can be obtained. That is, the magnetization direction of the first free layer 41 changes according to the fluctuation of the external magnetic field generated by the coil current Ic, and the sensor resistance values TMR1 and TMR2 change. The resistance detection circuit 85 can sense the coil current Ic by detecting the resistance values of TMR1 and TMR2.

従来の磁気センサは、交流電流経路とセンサをそれぞれ別途の配線及び素子で構成して近接配置しているので、センサ部に発生する磁場が小さい。よって、従来の磁気センサは、mAオーダの電流を流さないと、センサ自身のノイズや検出回路のノイズにより、その交流電流値や交流電流の周波数を検知できない。一方、本例の磁気センサ100は、センサ抵抗直下のピンド層20に流れる電流を検出するので、高精度に小さな外部磁場の変動により生じる電流変化を検出できる。即ち、磁気センサ100は、非常に小さな領域の外部磁場の変動を検出できる。また、ピンド層20と電流起因磁場を検出するフリー層40が一体となっているため、経年変化による位置関係のずれがなく、小さな領域の外部磁場の変動を長期的に安定して測定できる。また、本例の磁気センサ100は、プロセス工程を新たに追加することなく、小面積で安価に製造できる。   In the conventional magnetic sensor, the alternating current path and the sensor are configured by separate wiring and elements, respectively, and are arranged close to each other, so that the magnetic field generated in the sensor unit is small. Therefore, the conventional magnetic sensor cannot detect the alternating current value or the alternating current frequency due to the noise of the sensor itself or the noise of the detection circuit unless a current of the order of mA is passed. On the other hand, since the magnetic sensor 100 of this example detects the current flowing through the pinned layer 20 immediately below the sensor resistance, it can detect a change in current caused by a small fluctuation of the external magnetic field with high accuracy. That is, the magnetic sensor 100 can detect the fluctuation of the external magnetic field in a very small area. In addition, since the pinned layer 20 and the free layer 40 that detects the current-induced magnetic field are integrated, there is no positional shift due to secular change, and fluctuations in the external magnetic field in a small region can be stably measured over a long period of time. Further, the magnetic sensor 100 of this example can be manufactured inexpensively with a small area without newly adding process steps.

<実施形態2>
図10及び図11Aから図11Cは、実施形態2に係る磁気センサ100を示す。本例の磁気センサ100は、第1のピンド層21と第2のピンド層22との間に、中間層25の代わりに金属配線層65を有する。図11A、図11B及び図11Cは、点線A−A'、点線B−B'、点線C−C'における磁気センサ100の各断面図である。なお、配線層26を金属配線層65と同一の材料で形成してもよい。
<Embodiment 2>
10 and 11A to 11C show the magnetic sensor 100 according to the second embodiment. The magnetic sensor 100 of this example includes a metal wiring layer 65 instead of the intermediate layer 25 between the first pinned layer 21 and the second pinned layer 22. 11A, 11B, and 11C are cross-sectional views of the magnetic sensor 100 taken along dotted lines AA ′, BB ′, and CC ′. Note that the wiring layer 26 may be formed of the same material as the metal wiring layer 65.

金属配線層65は、中間層25と比較して抵抗を小さくできるので、第1のピンド層21と第2のピンド層22との間のRPCを低減できる。金属配線層65は、第1の上部配線層61及び第2の上部配線層62と同じ材料で形成されてよい。この場合、金属配線層65は、第1の上部配線層61及び第2の上部配線層62と同一の工程で形成することができる。そのため、本実施形態に係る磁気センサ100は、実施形態1に係る製造工程から、新たなプロセス工程を設けることなく製造できる。   Since the metal wiring layer 65 can reduce the resistance as compared with the intermediate layer 25, RPC between the first pinned layer 21 and the second pinned layer 22 can be reduced. The metal wiring layer 65 may be formed of the same material as the first upper wiring layer 61 and the second upper wiring layer 62. In this case, the metal wiring layer 65 can be formed in the same process as the first upper wiring layer 61 and the second upper wiring layer 62. Therefore, the magnetic sensor 100 according to the present embodiment can be manufactured without providing a new process step from the manufacturing step according to the first embodiment.

<実施形態3>
図12から図14は、実施形態3に係る磁気センサ100を示す。実施形態1に係る磁気センサ100では、RPCにより電流の測定範囲が制限される領域が発生する。一方、本例の磁気センサ100は、ピンド層20から第3の外部接続端子73及び第4の外部接続端子74をそれぞれ引き出すことにより、RPCの抵抗を無くすことができる。
<Embodiment 3>
12 to 14 show the magnetic sensor 100 according to the third embodiment. In the magnetic sensor 100 according to the first embodiment, a region where the current measurement range is limited by RPC occurs. On the other hand, the magnetic sensor 100 of this example can eliminate the resistance of the RPC by pulling out the third external connection terminal 73 and the fourth external connection terminal 74 from the pinned layer 20, respectively.

図12は、磁気センサ100を上面から見た配置図である。図13A、図13B、図13C及び図13Dは、点線A−A'、点線B−B'、点線C−C'、点線D−D'における磁気センサ100の各断面図である。本例の磁気センサ100は、第3のピンド層23、第3のトンネル層33、第3のフリー層43、第3のカバー層53、第4のピンド層24、第4のトンネル層34、第4のフリー層44、第4のカバー層54、第3の上部配線層63、第4の上部配線層64、第3の外部接続端子73及び第4の外部接続端子74をさらに備える。本例の抵抗検出回路85は、電圧計VM2をさらに備える。   FIG. 12 is a layout view of the magnetic sensor 100 as viewed from above. 13A, 13B, 13C, and 13D are cross-sectional views of the magnetic sensor 100 taken along dotted lines AA ′, dotted lines BB ′, dotted lines CC ′, and dotted lines DD ′. The magnetic sensor 100 of this example includes a third pinned layer 23, a third tunnel layer 33, a third free layer 43, a third cover layer 53, a fourth pinned layer 24, a fourth tunnel layer 34, A fourth free layer 44, a fourth cover layer 54, a third upper wiring layer 63, a fourth upper wiring layer 64, a third external connection terminal 73, and a fourth external connection terminal 74 are further provided. The resistance detection circuit 85 of this example further includes a voltmeter VM2.

第3のピンド層23は、第1のピンド層21から延出して形成される。第3のピンド層23は、第1のピンド層21と同時に形成されてもよい。第3のピンド層23の他端は、第3の外部接続端子73に接続される。   The third pinned layer 23 is formed extending from the first pinned layer 21. The third pinned layer 23 may be formed simultaneously with the first pinned layer 21. The other end of the third pinned layer 23 is connected to the third external connection terminal 73.

第3のトンネル層33は、第3のピンド層23上に形成される。第3のトンネル層33は、第3のピンド層23に流れるコイル電流Icが第3の上部配線層63側に流れるのを防止する。本例の第3のトンネル層33は、第3のピンド層23上の少なくとも一部に形成される。   The third tunnel layer 33 is formed on the third pinned layer 23. The third tunnel layer 33 prevents the coil current Ic flowing in the third pinned layer 23 from flowing to the third upper wiring layer 63 side. The third tunnel layer 33 in this example is formed on at least a part of the third pinned layer 23.

第3のフリー層43は、第3のトンネル層33上に形成される。本例の第3のフリー層43は、第3のトンネル層33と膜面の断面形状が同一である。   The third free layer 43 is formed on the third tunnel layer 33. The third free layer 43 of this example has the same cross-sectional shape of the film surface as the third tunnel layer 33.

第3のカバー層53は、第3のフリー層43の上部を保護する。第3のカバー層53は、第3のフリー層43上に連続して形成される。   The third cover layer 53 protects the upper part of the third free layer 43. The third cover layer 53 is continuously formed on the third free layer 43.

第3の上部配線層63は、抵抗検出回路85と接続される第3の外部接続端子73を備える。第3の上部配線層63は、第3のピンド層23と離間して形成される。   The third upper wiring layer 63 includes a third external connection terminal 73 connected to the resistance detection circuit 85. The third upper wiring layer 63 is formed apart from the third pinned layer 23.

第4のピンド層24は、第2のピンド層22から延出して形成される。第4のピンド層24は、第2のピンド層22と同時に形成されてもよい。第4のピンド層24の他端は、第4の外部接続端子74に接続される。   The fourth pinned layer 24 is formed extending from the second pinned layer 22. The fourth pinned layer 24 may be formed simultaneously with the second pinned layer 22. The other end of the fourth pinned layer 24 is connected to the fourth external connection terminal 74.

第4のトンネル層34は、第4のピンド層24上に形成される。第4のトンネル層34は、第4のピンド層24に流れるコイル電流Icが第4の上部配線層64側に流れるのを防止する。本例の第4のトンネル層34は、第4のピンド層24上の少なくとも一部に形成される。   The fourth tunnel layer 34 is formed on the fourth pinned layer 24. The fourth tunnel layer 34 prevents the coil current Ic flowing in the fourth pinned layer 24 from flowing to the fourth upper wiring layer 64 side. The fourth tunnel layer 34 in this example is formed on at least a part of the fourth pinned layer 24.

第4のフリー層44は、第4のトンネル層34上に形成される。本例の第4のフリー層44は、第4のトンネル層34と膜面の断面形状が同一である。   The fourth free layer 44 is formed on the fourth tunnel layer 34. The fourth free layer 44 of this example has the same cross-sectional shape as the fourth tunnel layer 34 and the film surface.

第3のフリー層43及び第4のフリー層44は、磁化の方向が、電流起因磁場Bcにより変化されない。即ち、第3のピンド層23及び第4のピンド層24には、コイル電流Icが流れない。コイル電流Icが流れないとは、完全にコイル電流Icが流れない場合に加えて、第3のフリー層43及び第4のフリー層44の磁化の方向が、電流起因磁場Bcにより変化されない程度のコイル電流Icが流れる場合を含んでよい。   The magnetization direction of the third free layer 43 and the fourth free layer 44 is not changed by the current-induced magnetic field Bc. That is, the coil current Ic does not flow through the third pinned layer 23 and the fourth pinned layer 24. The fact that the coil current Ic does not flow means that the magnetization directions of the third free layer 43 and the fourth free layer 44 are not changed by the current-induced magnetic field Bc in addition to the case where the coil current Ic does not flow completely. The case where the coil current Ic flows may be included.

第4のカバー層54は、第4のフリー層44の上部を保護する。第4のカバー層54は、第4のフリー層44上に連続して形成される。   The fourth cover layer 54 protects the upper part of the fourth free layer 44. The fourth cover layer 54 is continuously formed on the fourth free layer 44.

第4の上部配線層64は、抵抗検出回路85と接続される第4の外部接続端子74を備える。第4の上部配線層64は、第4のピンド層24と離間して形成される。   The fourth upper wiring layer 64 includes a fourth external connection terminal 74 connected to the resistance detection circuit 85. The fourth upper wiring layer 64 is formed to be separated from the fourth pinned layer 24.

図14は、実施形態3に係る磁気センサ100の回路概念図である。本例の磁気センサ100の回路概念図には、図8と比較して、抵抗RS3及びRS4がさらに追加されている。RS3は、第3のピンド層23の抵抗値と第3のピンド層23から第3のフリー層43までの抵抗値との和である。RS4は、第4のピンド層24の抵抗値と第4のピンド層24から第4のフリー層44までの抵抗値との和である。RS3及びRS4は、RPCを挟んで接続される。   FIG. 14 is a circuit conceptual diagram of the magnetic sensor 100 according to the third embodiment. Compared to FIG. 8, resistors RS3 and RS4 are further added to the circuit conceptual diagram of the magnetic sensor 100 of this example. RS3 is the sum of the resistance value of the third pinned layer 23 and the resistance value from the third pinned layer 23 to the third free layer 43. RS4 is the sum of the resistance value of the fourth pinned layer 24 and the resistance value from the fourth pinned layer 24 to the fourth free layer 44. RS3 and RS4 are connected across the RPC.

抵抗検出回路85は、第1のフリー層41と第3のフリー層43との間の抵抗値、及び第2のフリー層42と第4のフリー層44との間の抵抗値を検出することにより、コイル電流Icを検出する。第1のフリー層41と第3のフリー層43との間の抵抗値とは、TMR1とRS3との抵抗値の和を指す。第2のフリー層42と第4のフリー層44との間の抵抗値とは、TMR2とRS4との抵抗値の和を指す。抵抗検出回路85は、第1の外部接続端子71から第2の外部接続端子72に検出用の電流を流す。   The resistance detection circuit 85 detects a resistance value between the first free layer 41 and the third free layer 43 and a resistance value between the second free layer 42 and the fourth free layer 44. Thus, the coil current Ic is detected. The resistance value between the first free layer 41 and the third free layer 43 refers to the sum of the resistance values of TMR1 and RS3. The resistance value between the second free layer 42 and the fourth free layer 44 refers to the sum of the resistance values of TMR2 and RS4. The resistance detection circuit 85 causes a detection current to flow from the first external connection terminal 71 to the second external connection terminal 72.

電圧計VM1は、TMR1及びRS3に直列に接続され、第1のセンサ抵抗TMR1を測定する。即ち、電圧計VM1の電圧測定回路ループがRPCを組み込まない。よって、電圧計VM1は、RPCの影響を受けずに第1のセンサ抵抗TMR1を測定できる。   The voltmeter VM1 is connected in series with TMR1 and RS3, and measures the first sensor resistance TMR1. That is, the voltage measurement circuit loop of the voltmeter VM1 does not incorporate RPC. Therefore, the voltmeter VM1 can measure the first sensor resistance TMR1 without being affected by RPC.

電圧計VM2は、TMR2及びRS4に直列に接続され、第2のセンサ抵抗TMR2を測定する。即ち、電圧計VM2の電圧測定回路ループがRPCを組み込まない。よって、電圧計VM2は、RPCの影響を受けずに第2のセンサ抵抗TMR2を測定できる。これにより、抵抗検出回路85は、RPCの影響をなくすことができる。   The voltmeter VM2 is connected in series with TMR2 and RS4, and measures the second sensor resistance TMR2. That is, the voltage measurement circuit loop of the voltmeter VM2 does not incorporate RPC. Therefore, the voltmeter VM2 can measure the second sensor resistance TMR2 without being affected by RPC. Thereby, the resistance detection circuit 85 can eliminate the influence of RPC.

<製造方法>
図15Aから図15Gは、磁気センサ100の製造方法の一例を示す。図15Aは、ピンド層20が形成された基板90を示す。本例の基板90は、シリコンで形成される。本例の基板90表面は、第1の絶縁膜91により覆われている。例えば、第1の絶縁膜91は、二酸化シリコンSiO等の一般的な製造工程で用いられる絶縁膜である。ピンド層20は、スパッタにより形成される。ピンド層20を形成するスパッタは、磁場をかけた状態で実施されてよい。
<Manufacturing method>
15A to 15G show an example of a method for manufacturing the magnetic sensor 100. FIG. 15A shows the substrate 90 on which the pinned layer 20 is formed. The substrate 90 in this example is made of silicon. The surface of the substrate 90 in this example is covered with a first insulating film 91. For example, the first insulating film 91 is an insulating film used in a general manufacturing process such as silicon dioxide SiO 2 . The pinned layer 20 is formed by sputtering. Sputtering for forming the pinned layer 20 may be performed in a state where a magnetic field is applied.

図15Bは、ピンド層20の磁化を固定する工程を示す。ピンド層20は、磁場中での熱処理により、磁化が固定される。例えば、磁場は、ピンド層20の磁化が固定される方向に向けられる。   FIG. 15B shows a process of fixing the magnetization of the pinned layer 20. The magnetization of the pinned layer 20 is fixed by heat treatment in a magnetic field. For example, the magnetic field is directed in a direction in which the magnetization of the pinned layer 20 is fixed.

図15Cは、TMR素子を形成する工程を示す。ピンド層20上には、トンネル層30、フリー層40及びカバー層50が形成される。   FIG. 15C shows a process of forming a TMR element. A tunnel layer 30, a free layer 40 and a cover layer 50 are formed on the pinned layer 20.

図15Dは、磁気センサ100の素子分離工程を示す。磁気センサ100は、フォトリソグラフィー工程、イオンミリング工程等を用いて、カバー層50からピンド層20までの不要な部分を取り除く。これにより、素子分離されたTMR素子が形成される。   FIG. 15D shows an element separation process of the magnetic sensor 100. The magnetic sensor 100 removes unnecessary portions from the cover layer 50 to the pinned layer 20 using a photolithography process, an ion milling process, or the like. As a result, element-isolated TMR elements are formed.

図15Eは、TMR素子をパターニングする工程を示す。磁気センサ100は、フォトリソグラフィー工程、イオンミリング工程等を用いて、不要なフリー層40及びカバー層50が除去される。なお、不要なフリー層40及びカバー層50と同様のパターンで、トンネル層30まで除去してもよい。   FIG. 15E shows a process of patterning the TMR element. In the magnetic sensor 100, the unnecessary free layer 40 and the cover layer 50 are removed by using a photolithography process, an ion milling process, or the like. Note that the tunnel layer 30 may be removed in the same pattern as the unnecessary free layer 40 and the cover layer 50.

また、実施形態2のように中間層25の代わりに金属配線層65を形成する場合、フォトリソグラフィー工程、イオンミリング工程等を用いて、金属配線層65が形成される領域のピンド層20を除去する。その後、ピンド層20が除去された領域に金属配線層65を堆積させる。これにより、中間層25の代わりに金属配線層65を形成できる。   Further, when the metal wiring layer 65 is formed instead of the intermediate layer 25 as in the second embodiment, the pinned layer 20 in the region where the metal wiring layer 65 is formed is removed by using a photolithography process, an ion milling process, or the like. To do. Thereafter, a metal wiring layer 65 is deposited in the region where the pinned layer 20 has been removed. Thereby, the metal wiring layer 65 can be formed instead of the intermediate layer 25.

図15Fは、第2の絶縁膜92を堆積させる工程を示す。基板90の全面には、第2の絶縁膜92が形成される。本例の第2の絶縁膜92は、二酸化シリコンSiOで形成される。第2の絶縁膜92は、第1の絶縁膜91と同一の材料であっても異なる材料であってもよい。 FIG. 15F shows a step of depositing the second insulating film 92. A second insulating film 92 is formed on the entire surface of the substrate 90. The second insulating film 92 in this example is formed of silicon dioxide SiO 2 . The second insulating film 92 may be the same material as the first insulating film 91 or a different material.

図15Gは、上部配線層60が形成された磁気センサ100を示す。フォトリソグラフィー工程、イオンミリング工程等により、第2の絶縁膜92上に上部配線層60のパターンで開口する。その後、金属のスパッタ、リフトオフ工程により、上部配線層60が形成される。これにより、各磁気抵抗効果素子TMRの間を接続する引き回し配線及び外部との接続配線が形成される。なお、ピンド層20は複数の巻き数のコイルに接続されてよい。この場合、磁気センサ100のチップ内に、複数の配線層26を設けることにより、コイルの巻き数を調整できる。コイルの巻き数は、測定する外部磁場の変動の大きさに応じて適宜変更される。   FIG. 15G shows the magnetic sensor 100 in which the upper wiring layer 60 is formed. Openings are formed in the pattern of the upper wiring layer 60 on the second insulating film 92 by a photolithography process, an ion milling process, or the like. Thereafter, the upper wiring layer 60 is formed by a metal sputtering and lift-off process. As a result, a lead-out wiring that connects the magnetoresistive effect elements TMR and a connection wiring to the outside are formed. The pinned layer 20 may be connected to a coil having a plurality of turns. In this case, the number of turns of the coil can be adjusted by providing a plurality of wiring layers 26 in the chip of the magnetic sensor 100. The number of turns of the coil is appropriately changed according to the magnitude of fluctuation of the external magnetic field to be measured.

以上の通り、本例の磁気センサ100は、従来と同様の製造工程を用いることにより製造される。また、磁気センサ100は、従来の磁気センサと比較して、高精度に電流を検出することにより微小で精密な外部磁場の変動を安定して測定でき、且つ小型に形成できる。   As described above, the magnetic sensor 100 of this example is manufactured by using the same manufacturing process as the conventional one. Further, the magnetic sensor 100 can stably measure a minute and precise fluctuation of the external magnetic field by detecting the current with higher accuracy than the conventional magnetic sensor, and can be formed in a small size.

図16は、磁気検出装置200の一例を示す。磁気検出装置200は、磁気センサ100、電圧生成回路86、増幅回路95、振幅検出回路96及び周波数検出回路97を備える。磁気検出装置200は、後段の回路を用いて、磁気センサ100で検出した信号を処理することにより、外部磁場の周波数及び振幅を検出する。   FIG. 16 shows an example of the magnetic detection device 200. The magnetic detection device 200 includes a magnetic sensor 100, a voltage generation circuit 86, an amplification circuit 95, an amplitude detection circuit 96, and a frequency detection circuit 97. The magnetic detection device 200 detects the frequency and amplitude of the external magnetic field by processing the signal detected by the magnetic sensor 100 using a circuit at the subsequent stage.

磁気センサ100は、外部磁場の変動に応じた抵抗値(TMR1、TMR2)を検出してセンサ入力信号Vinを出力する。本例の抵抗検出回路85は、第1の定電流源IS1の一端が接地電位(GND)に接続され、抵抗値(TMR1、TMR2)に応じたセンサ入力信号Vinを電流計IMの一端から出力する。なお、抵抗検出回路85は、第1の定電流源IS1の一端を接地電位に接続するのではなく、電流計IM及び第1の定電流源IS1のそれぞれの端部の信号を差動で出力してもよい。   The magnetic sensor 100 detects a resistance value (TMR1, TMR2) corresponding to a change in the external magnetic field and outputs a sensor input signal Vin. In the resistance detection circuit 85 of this example, one end of the first constant current source IS1 is connected to the ground potential (GND), and a sensor input signal Vin corresponding to the resistance values (TMR1, TMR2) is output from one end of the ammeter IM. To do. The resistance detection circuit 85 does not connect one end of the first constant current source IS1 to the ground potential, but differentially outputs signals at the ends of the ammeter IM and the first constant current source IS1. May be.

電圧生成回路86は、次段の増幅回路95へ基準信号Vrefを出力する。電圧生成回路86は、第2の定電流源IS2及び参照抵抗Rrefを備える。参照抵抗Rrefは、磁気センサ100の合成抵抗値(TMR1+TMR2又はTMR1+TMR2+RPC等)と同程度の抵抗値を有する。例えば、磁気センサ100の合成抵抗値と同程度とは、コイル電流Icが流れない場合の磁気センサ100の合成抵抗値である。第2の定電流源IS2は、抵抗検出回路85の第1の定電流源IS1の出力する参照電流IS1と同程度の電流値を有する参照電流IS2を流す。これにより、電圧生成回路86は、センサ入力信号Vinと同程度の基準信号Vrefを生成し、動作点を確保できる。   The voltage generation circuit 86 outputs the reference signal Vref to the amplification circuit 95 at the next stage. The voltage generation circuit 86 includes a second constant current source IS2 and a reference resistor Rref. The reference resistance Rref has a resistance value comparable to the combined resistance value of the magnetic sensor 100 (TMR1 + TMR2 or TMR1 + TMR2 + RPC, etc.). For example, the same level as the combined resistance value of the magnetic sensor 100 is the combined resistance value of the magnetic sensor 100 when the coil current Ic does not flow. The second constant current source IS2 passes a reference current IS2 having a current value approximately equal to the reference current IS1 output from the first constant current source IS1 of the resistance detection circuit 85. Thereby, the voltage generation circuit 86 generates the reference signal Vref of the same level as the sensor input signal Vin, and can secure an operating point.

増幅回路95には、抵抗検出回路85のセンサ入力信号Vinと、電圧生成回路86の基準信号Vrefとが入力される。増幅回路95は、センサ入力信号Vinと基準信号Vrefの差分を増幅率Gainで増幅した増幅信号Vgを出力する。なお、抵抗検出回路85の出力を差動とする場合、抵抗検出回路85は、電圧生成回路86の基準信号Vrefをコモン電圧として差動増幅してよい。   The amplifier circuit 95 receives the sensor input signal Vin from the resistance detection circuit 85 and the reference signal Vref from the voltage generation circuit 86. The amplifier circuit 95 outputs an amplified signal Vg obtained by amplifying the difference between the sensor input signal Vin and the reference signal Vref with an amplification factor Gain. When the output of the resistance detection circuit 85 is differential, the resistance detection circuit 85 may differentially amplify the reference signal Vref of the voltage generation circuit 86 as a common voltage.

振幅検出回路96は、増幅回路95の増幅信号Vgを入力として、振幅信号Vaを出力する。振幅検出回路96は、ダイオードDr、コンデンサCr及び負荷抵抗Rrを備える。ダイオードDrに順方向バイアスが印加される場合、コンデンサCrに電荷が蓄えられる。また、ダイオードDrに逆方向バイアスが印加される場合、コンデンサCrに蓄えられた電荷が放出される。振幅検出回路96は、増幅回路95からの入力された信号を半波整流する整流器である。振幅信号Vaからは、外部磁場信号の振幅を検出することができる。なお、外部磁場信号とは、磁気検出装置200に入力された外部磁場として検出する信号を指す。   The amplitude detection circuit 96 receives the amplified signal Vg from the amplifier circuit 95 and outputs an amplitude signal Va. The amplitude detection circuit 96 includes a diode Dr, a capacitor Cr, and a load resistor Rr. When a forward bias is applied to the diode Dr, charge is stored in the capacitor Cr. Further, when a reverse bias is applied to the diode Dr, the charge stored in the capacitor Cr is released. The amplitude detection circuit 96 is a rectifier that half-wave rectifies the signal input from the amplifier circuit 95. From the amplitude signal Va, the amplitude of the external magnetic field signal can be detected. The external magnetic field signal refers to a signal detected as an external magnetic field input to the magnetic detection device 200.

周波数検出回路97は、増幅回路95の増幅信号Vgを入力として、周波数信号Dfを出力する。周波数検出回路97は、コンパレータ98及び周波数カウンタ99を備える。コンパレータ98は、増幅回路95の増幅信号Vgと接地電位(GND)とを比較して、コンパレータ出力信号Vcを出力する。周波数カウンタ99は、コンパレータ98のコンパレータ出力信号Vcをカウントして、周波数信号Dfを生成する。   The frequency detection circuit 97 receives the amplified signal Vg from the amplifier circuit 95 and outputs a frequency signal Df. The frequency detection circuit 97 includes a comparator 98 and a frequency counter 99. The comparator 98 compares the amplified signal Vg of the amplifier circuit 95 with the ground potential (GND) and outputs a comparator output signal Vc. The frequency counter 99 counts the comparator output signal Vc of the comparator 98 and generates a frequency signal Df.

図17Aから図17Dは、各信号の波形例を示す。本例では、周波数が徐々に小さくなる外部磁場信号が磁気検出装置200に入力される。また、本例の外部磁場信号は、周波数が徐々に小さくなると同時に、振幅も徐々に小さくなる。   FIG. 17A to FIG. 17D show waveform examples of each signal. In this example, an external magnetic field signal whose frequency gradually decreases is input to the magnetic detection device 200. Further, the external magnetic field signal of this example gradually decreases in frequency and gradually decreases in amplitude.

図17Aは、増幅回路95の出力の一例を示す。増幅信号Vgは、磁気センサ100のセンサ入力信号Vinが増幅された信号である。実線は、増幅信号Vgを示す。破線は、増幅信号Vgの極大値もしくは極小値をおおよそ結ぶ線である。本例の増幅信号Vgは、周波数及び振幅が徐々に減少する。   FIG. 17A shows an example of the output of the amplifier circuit 95. The amplified signal Vg is a signal obtained by amplifying the sensor input signal Vin of the magnetic sensor 100. A solid line indicates the amplified signal Vg. The broken line is a line that roughly connects the maximum value or the minimum value of the amplified signal Vg. The amplified signal Vg in this example gradually decreases in frequency and amplitude.

図17Bは、振幅検出回路96の出力の一例を示す。実線は、振幅信号Vaを示す。破線は、増幅信号Vgの絶対値を示す。磁気検出装置200の検出する外部磁場信号が大きい振幅の外部磁場信号から小さい振幅の外部磁場信号へ変化する場合、振幅検出回路96の振幅信号Vaは、その外部磁場信号の振幅の変化に合わせて徐々に小さくなる。   FIG. 17B shows an example of the output of the amplitude detection circuit 96. A solid line indicates the amplitude signal Va. The broken line indicates the absolute value of the amplified signal Vg. When the external magnetic field signal detected by the magnetic detection device 200 changes from an external magnetic field signal with a large amplitude to an external magnetic field signal with a small amplitude, the amplitude signal Va of the amplitude detection circuit 96 is matched to the change in the amplitude of the external magnetic field signal. Gradually get smaller.

図17Cは、コンパレータ98の出力の一例を示す。実線は出力信号Vcを示し、破線は増幅信号Vgを示す。増幅回路95の増幅信号Vgが予め定められた値よりも大きくなった場合、コンパレータ出力信号Vcはハイとなる。一方、増幅回路95の増幅信号Vgが予め定められた値よりも小さい場合、コンパレータ出力信号Vcはローとなる。コンパレータ98が増幅信号Vgと比較する信号は、接地電位からの信号に限られず、任意の信号であってよい。   FIG. 17C shows an example of the output of the comparator 98. A solid line indicates the output signal Vc, and a broken line indicates the amplified signal Vg. When the amplified signal Vg of the amplifier circuit 95 becomes larger than a predetermined value, the comparator output signal Vc becomes high. On the other hand, when the amplified signal Vg of the amplifier circuit 95 is smaller than a predetermined value, the comparator output signal Vc becomes low. The signal that the comparator 98 compares with the amplified signal Vg is not limited to a signal from the ground potential, and may be an arbitrary signal.

図17Dは、周波数カウンタ99の周波数信号Dfの一例を示す。磁気検出装置200の検出する外部磁場信号の周波数が徐々に小さくなる場合、周波数カウンタ99の周波数信号Dfは、その外部磁場の周波数の変化に合わせて徐々に小さくなる。   FIG. 17D shows an example of the frequency signal Df of the frequency counter 99. When the frequency of the external magnetic field signal detected by the magnetic detection device 200 is gradually decreased, the frequency signal Df of the frequency counter 99 is gradually decreased in accordance with the change in the frequency of the external magnetic field.

以上の通り、磁気検出装置200は、外部磁場信号の周波数及び振幅の変化を検出できる。磁気検出装置200は、磁気センサ100を備えるので、非常に小さな領域の外部磁場の変動を検出できる。   As described above, the magnetic detection device 200 can detect changes in the frequency and amplitude of the external magnetic field signal. Since the magnetic detection device 200 includes the magnetic sensor 100, it is possible to detect a change in the external magnetic field in a very small region.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

1・・・磁気抵抗効果素子、20・・・ピンド層、21・・・第1のピンド層、22・・・第2のピンド層、23・・・第3のピンド層、24・・・第4のピンド層、25・・・中間層、26・・・配線層、30・・・トンネル層、31・・・第1のトンネル層、32・・・第2のトンネル層、33・・・第3のトンネル層、34・・・第4のトンネル層、35・・・トンネル接合部、40・・・フリー層、41・・・第1のフリー層、42・・・第2のフリー層、43・・・第3のフリー層、44・・・第4のフリー層、50・・・カバー層、51・・・第1のカバー層、52・・・第2のカバー層、53・・・第3のカバー層、54・・・第4のカバー層、60・・・上部配線層、61・・・第1の上部配線層、62・・・第2の上部配線層、63・・・第3の上部配線層、64・・・第4の上部配線層、65・・・金属配線層、71・・・第1の外部接続端子、72・・・第2の外部接続端子、73・・・第3の外部接続端子、74・・・第4の外部接続端子、85・・・抵抗検出回路、90・・・基板、91・・・第1の絶縁膜、92・・・第2の絶縁膜、95・・・増幅回路、96・・・振幅検出回路、97・・・周波数検出回路、98・・・コンパレータ、99・・・周波数カウンタ、100・・・磁気センサ、200・・・磁気検出装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetoresistive effect element, 20 ... Pinned layer, 21 ... 1st pinned layer, 22 ... 2nd pinned layer, 23 ... 3rd pinned layer, 24 ... 4th pinned layer 25 ... intermediate layer 26 ... wiring layer 30 ... tunnel layer 31 ... first tunnel layer 32 ... second tunnel layer 33 ...・ Third tunnel layer 34... Fourth tunnel layer 35. Tunnel junction 40 .free layer 41 .first free layer 42 .second free Layer, 43... Third free layer, 44... Fourth free layer, 50... Cover layer, 51... First cover layer, 52. ... third cover layer, 54 ... fourth cover layer, 60 ... upper wiring layer, 61 ... first upper wiring layer, 62 ... second upper wiring layer 63, third upper wiring layer, 64, fourth upper wiring layer, 65, metal wiring layer, 71, first external connection terminal, 72, second. External connection terminal, 73 ... third external connection terminal, 74 ... fourth external connection terminal, 85 ... resistance detection circuit, 90 ... substrate, 91 ... first insulating film, 92 ... Second insulating film, 95 ... Amplification circuit, 96 ... Amplitude detection circuit, 97 ... Frequency detection circuit, 98 ... Comparator, 99 ... Frequency counter, 100 ... Magnetic sensor, 200 ... magnetic detection device

Claims (11)

磁化が第1の方向に固定された第1のピンド層と、前記第1のピンド層と離間して形成されたトンネル接合層とを有し、ループ状に形成された導電層と、
前記第1のピンド層上に形成された第1のトンネル層と、
前記第1のトンネル層上に形成され、磁化の方向が、外部磁場の変動によって生じたコイル電流により生じる磁場によって変化する第1のフリー層と
を備えた磁気センサ。
A conductive layer having a first pinned layer in which magnetization is fixed in a first direction and a tunnel junction layer formed apart from the first pinned layer and formed in a loop;
A first tunnel layer formed on the first pinned layer;
A magnetic sensor comprising: a first free layer formed on the first tunnel layer and having a magnetization direction changed by a magnetic field generated by a coil current generated by a change in an external magnetic field.
前記トンネル接合層は、
前記第1のピンド層と直列に設けられ、前記コイル電流が流れ、且つ、磁化が第1の方向に固定された第2のピンド層と、
前記第2のピンド層上に形成された第2のトンネル層と、
前記第2のトンネル層上に形成され、磁化の方向が、前記外部磁場の変動によって生じたコイル電流により生じる磁場によって変化する第2のフリー層と
を備える請求項1に記載の磁気センサ。
The tunnel junction layer is
A second pinned layer which is provided in series with the first pinned layer, the coil current flows, and the magnetization is fixed in a first direction;
A second tunnel layer formed on the second pinned layer;
The magnetic sensor according to claim 1, further comprising: a second free layer formed on the second tunnel layer and having a magnetization direction changed by a magnetic field generated by a coil current generated by a change in the external magnetic field.
前記導電層から延出して形成された第3のピンド層と、
前記導電層から延出して形成された第4のピンド層と、
前記第3のピンド層上に形成された第3のトンネル層と、
前記第4のピンド層上に形成された第4のトンネル層と、
前記第3のトンネル層上に形成され、磁化の方向が、前記コイル電流によって生じる磁場により変化されない第3のフリー層と、
前記第4のトンネル層上に形成され、磁化の方向が、前記コイル電流によって生じる磁場により変化されない第4のフリー層と
を備えた請求項2に記載の磁気センサ。
A third pinned layer formed extending from the conductive layer;
A fourth pinned layer formed extending from the conductive layer;
A third tunnel layer formed on the third pinned layer;
A fourth tunnel layer formed on the fourth pinned layer;
A third free layer formed on the third tunnel layer, the direction of magnetization of which is not changed by the magnetic field generated by the coil current;
The magnetic sensor according to claim 2, further comprising: a fourth free layer formed on the fourth tunnel layer and having a magnetization direction not changed by a magnetic field generated by the coil current.
前記第3のピンド層及び前記第4のピンド層には、前記コイル電流が流れない請求項3に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 3, wherein the coil current does not flow through the third pinned layer and the fourth pinned layer. 前記第1のフリー層と前記第2のフリー層との間の抵抗値に基づいて前記外部磁場の変動を検出する抵抗検出回路を備える請求項2から4のいずれか一項に記載の磁気センサ。   5. The magnetic sensor according to claim 2, further comprising a resistance detection circuit that detects a change in the external magnetic field based on a resistance value between the first free layer and the second free layer. . 前記第1のフリー層と前記第3のフリー層との間の抵抗値、及び前記第2のフリー層と前記第4のフリー層との間の抵抗値を検出することで、前記外部磁場の変動を検出する抵抗検出回路を備える請求項3に記載の磁気センサ。   By detecting a resistance value between the first free layer and the third free layer and a resistance value between the second free layer and the fourth free layer, the external magnetic field is detected. The magnetic sensor according to claim 3, further comprising a resistance detection circuit that detects fluctuation. 前記導電層は、ピンド層により形成される請求項2から6のいずれか一項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 2, wherein the conductive layer is formed of a pinned layer. 前記第1のフリー層上に形成された第1の上部配線層と、
前記第2のフリー層上に形成された第2の上部配線層と
をさらに備える請求項2から7のいずれか一項に記載の磁気センサ。
A first upper wiring layer formed on the first free layer;
The magnetic sensor according to claim 2, further comprising: a second upper wiring layer formed on the second free layer.
請求項2から8のいずれか一項に記載の磁気センサと、
前記第1のフリー層と前記第2のフリー層との間の抵抗値を検出する抵抗検出回路と、
を備える磁気検出装置。
A magnetic sensor according to any one of claims 2 to 8,
A resistance detection circuit for detecting a resistance value between the first free layer and the second free layer;
A magnetic detection device comprising:
前記抵抗検出回路の出力信号から、前記出力信号の振幅を検出する振幅検出回路と、
前記抵抗検出回路の前記出力信号から、前記出力信号の周波数を検出する周波数検出回路と
をさらに備える請求項9に記載の磁気検出装置。
An amplitude detection circuit for detecting the amplitude of the output signal from the output signal of the resistance detection circuit;
The magnetic detection device according to claim 9, further comprising: a frequency detection circuit that detects a frequency of the output signal from the output signal of the resistance detection circuit.
基板上にループ状のピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層上にトンネル層を形成する工程と、
前記トンネル層上にフリー層を形成する工程と、
前記フリー層及び前記トンネル層をエッチングして、互いに離間した第1のトンネル層及び第2のトンネル層と、前記第1のトンネル層上の第1のフリー層と、前記第2のトンネル層上の第2のフリー層とを形成する工程と、
前記第1のフリー層上に第1の上部配線層を形成し、前記第2のフリー層上に第2の上部配線層を形成する工程と、
前記ピンド層上に、第1の外部接続端子と第2の外部接続端子とを形成する工程と、
第1の上部配線層に第3の外部接続端子を形成し、前記第2の上部配線層に第4の外部接続端子を形成する工程と、
を備えた磁気センサの製造方法。
Forming a looped pinned layer on the substrate;
Forming a tunnel layer on the pinned layer;
Forming a free layer on the tunnel layer;
Etching the free layer and the tunnel layer to separate the first tunnel layer and the second tunnel layer, the first free layer on the first tunnel layer, and the second tunnel layer Forming a second free layer of
Forming a first upper wiring layer on the first free layer, and forming a second upper wiring layer on the second free layer;
Forming a first external connection terminal and a second external connection terminal on the pinned layer;
Forming a third external connection terminal in the first upper wiring layer and forming a fourth external connection terminal in the second upper wiring layer;
A method of manufacturing a magnetic sensor comprising:
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080258721A1 (en) * 2007-04-23 2008-10-23 Magic Technologies, Inc. MTJ sensor including domain stable free layer
US20100007344A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Magic Technologies, Inc. MTJ based magnetic field sensor with ESD shunt trace
JP2012184934A (en) * 2011-03-03 2012-09-27 Ricoh Co Ltd Current sensor
JP2014029988A (en) * 2012-07-05 2014-02-13 Denso Corp Magnetic sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080258721A1 (en) * 2007-04-23 2008-10-23 Magic Technologies, Inc. MTJ sensor including domain stable free layer
JP2008268219A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Magic Technologies Inc Magnetic sensor, its manufacturing method, current detecting method, and current detecting device
US20100007344A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Magic Technologies, Inc. MTJ based magnetic field sensor with ESD shunt trace
JP2012184934A (en) * 2011-03-03 2012-09-27 Ricoh Co Ltd Current sensor
JP2014029988A (en) * 2012-07-05 2014-02-13 Denso Corp Magnetic sensor

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