JP2016206075A - 磁気センサ、磁気センサの製造方法および磁気センサの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強磁性体層の製造工程における公差が存在したとしても、角度誤差を生じない、温度信頼性の高い磁気センサを提供する。
【解決手段】前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２、の関係を満足している磁気センサを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ、磁気センサの製造方法および磁気センサの設計方法に関する。

たとえば、特許文献１は、ＧＭＲ膜のＰｉｎ層がＳｙｎｔｈｅｔｉｃ−Ｐｉｎ構造を有し、第１磁性層の膜厚を、耐熱性及びΔＭＲの観点から適正化してなるセルフピン止め型の磁気検出素子及びそれを用いた磁気センサが開示されている。当該磁気センサは、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を備え、固定磁性層は、第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、反平行に磁化固定されたセルフピン止め型であり、第１磁性層は第２磁性層よりも高保磁力材料のＦｅ_ｘＣｏ_{１００−ｘ}（ただしｘは、５５ａｔ％以上で６５ａｔ％以下）で形成され、第１磁性層の膜厚は１４Å以上２０．５Å以下の範囲内で第２磁性層よりも薄く、第１磁性層と第２磁性層の磁化量の差が実質的にゼロである、とされている。

たとえば、特許文献２は、同一チップ上に感度軸方向が異なり、ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗効果素子を形成でき、測定精度に優れた磁気センサ開示されている。当該磁気センサは、同一チップ上に磁気抵抗効果素子が複数個、備えられてブリッジ回路を構成している。各磁気抵抗効果素子の固定磁性層はセルフピン止め型であり、直列回路を構成する磁気抵抗効果素子同士は、感度軸方向が反平行となっている。各磁気抵抗効果素子のフリー磁性層の上面には、フリー磁性層との間で磁場中でのアニール処理を行うことなく交換結合バイアスを生じさせ各フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で感度軸方向に対して直交方向に揃えることができる反強磁性層が設けられている。

特開２０１２−１１９６１３号公報 特開２０１２−１８５０４４号公報

セルフピン止め型の磁気検出素子においては、固定磁性層のピン止めは、反強磁性体や反平行結合層を介した強磁性体の保磁力により維持され、室温においては外部磁界に影響されることなく安定に保磁されるよう設計されている。しかし、反強磁性体のブロッキング温度や強磁性体のキュリー温度に近い高温環境下では、外部磁場によって固定磁性層の磁界が回転し、その状態で温度が低下すると、設計が意図した方向とは異なる方向で磁化が固定されてしまう。意図しない方向での磁化の固定はセンサの誤差になるため、これを抑制する必要がある。そこで、高温環境下で外部磁化が印加されても、磁界が回転しないよう、反平行結合層の上下に位置する強磁性体層の磁化量を同じにするバランスピン設計が採用される。

しかし、強磁性体層の磁化量は厚さに依存し、強磁性体層の製造工程における公差から厚さのばらつきをゼロにすることはできない。厚さのばらつきに起因して強磁性体層の磁化量にアンバランスが発生し、外部磁界によって固定磁性層の磁化方向が変化する可能性がある。発明者らの検討によれば、強磁性体層の厚さの公差を±０．２Åとし、１５０℃の温度で６００Ｏｅの直流磁場を１０００時間印加した場合に、±０．１５Ｄｅｇ程度の角度誤差が発生してしまうことが判明している。

本発明の目的は、強磁性体層の製造工程における公差が存在したとしても、角度誤差を生じない、温度信頼性の高い磁気センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とを有するブリッジ回路からなり、前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子のそれぞれが、固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層と、を有し、前記固定磁性層が、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の間に位置する反平行結合層と、を有し、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とが前記反平行結合層を介して反強磁性的に結合されており、前記第１磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向と前記第２磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向とが異なる磁気センサであって、前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２、の関係を満足している磁気センサを提供する。

前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の厚さをそれぞれｔ２１およびｔ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはｔ２１＞ｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはｔ２１＜ｔ２２、の関係を満足してもよい。前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の飽和磁化をそれぞれＭｓ２１およびＭｓ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓ２１＞Ｍｓ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓ２１＜Ｍｓ２２、の関係を満足してもよい。

本発明の第２の態様においては、第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とを有するブリッジ回路からなり、前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子のそれぞれが、固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層と、を有し、前記固定磁性層が、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の間に位置する反平行結合層と、を有し、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とが前記反平行結合層を介してが反強磁性的に結合されており、前記第１磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向と前記第２磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向とが異なる磁気センサの製造方法であって、前記第１磁気センサ素子を形成する工程と、前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量の大小関係を測定する工程と、前記第２磁気センサ素子を形成する工程と、を有し、前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成し、大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成する磁気センサの製造方法を提供する。

前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の厚さをそれぞれｔ２１およびｔ２２とした場合、大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてｔ２１＞ｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成し、大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてｔ２１＜ｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成してもよい。前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の飽和磁化をそれぞれＭｓ２１およびＭｓ２２とした場合、大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓ２１＞Ｍｓ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成し、大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓ２１＜Ｍｓ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成してもよい。

本発明の第３の態様においては、第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とを有するブリッジ回路からなり、前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子のそれぞれが、固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層と、を有し、前記固定磁性層が、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の間に位置する反平行結合層と、を有し、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とが前記反平行結合層を介して反強磁性的に結合されており、前記第１磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向と前記第２磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向とが異なる磁気センサの設計方法であって、前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２、の条件を満足するよう前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量の大小関係を設計する磁気センサの設計方法を提供する。

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。

磁気センサ１００の平面図である。 磁気センサ１００の一部断面図である。 磁気センサ１００の回路図である。 磁気センサ１００の出力の一例を示す。 磁気センサ１００の磁場中耐熱性劣化を説明する概念図である。 固定磁性層の磁化方向が変動した場合の出力変動を示す図である。 固定磁性層の磁化方向が変動した場合の出力変動を示す図である。 固定磁性層の磁化方向が変動した場合の出力変動を示す図である。 固定磁性層の磁化方向が変動した場合の出力変動を示す図である。 第１強磁性層および第２強磁性層のバランスを評価するための磁界‐抵抗曲線を示す図である。 第１強磁性層および第２強磁性層のバランスを評価するための磁界‐抵抗曲線を示す図である。 第１強磁性層および第２強磁性層のバランスを評価するための磁界‐抵抗曲線を示す図である。 磁気センサ１００の製造方法の一例を示すフロー図である。 第１強磁性層の厚さが変動した場合の抵抗変化を示す図である。

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。

図１は、磁気センサ１００の平面図であり、図２は、磁気センサ１００の一部断面図である。磁気センサ１００は、基板１１０上に４つの磁気センサ素子１２０ａ〜ｄを有する。なお、４つの磁気センサ素子１２０ａ〜ｄを区別しない場合には、単に磁気センサ素子１２０と称することとする。

磁気センサ素子１２０は、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ：以下単に「ＧＭＲ素子」と言う場合がある。）またはトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ：以下単に「ＴＭＲ素子」と言う場合がある。）等、セルフピン止め型のスピンバルブ素子である。ここでは、磁気センサ素子１２０がＧＭＲ素子である場合を説明する。

磁気センサ素子１２０は、固定磁性層の磁化方向が異なる４つの磁気センサ素子１２０ａ〜ｄを有する。図１において磁気センサ素子１２０ａ〜ｄのそれぞれの近傍に示した白抜き矢印は、磁気センサ素子１２０ａ〜ｄの各固定磁性層における磁化方向を示す。磁気センサ素子１２０ａ〜ｄのそれぞれは、配線によって接続され、ブリッジ回路が構成される。

図２に示すように、磁気センサ素子１２０は、シード層１２２、固定磁性層１２４、非磁性中間層１２６、フリー磁性層１２８およびキャップ層１３０を有する。固定磁性層１２４は、第１強磁性層１２４ａ、反平行結合層１２４ｂおよび第２強磁性層１２４ｃを有する。フリー磁性層１２８は、エンハンス層１２８ａおよびフリー層１２８ｂを有する。固定磁性層１２４は、セルフピン止め型の固定磁性層である。但し、固定磁性層１２４はＰｔＭｎ層、ＩｒＭｎ層等の反強磁性層を含んでいても良い。フリー磁性層１２８は、外部磁場によって磁化方向が変化し、固定磁性層１２４の磁化方向とフリー磁性層１２８の磁化方向の角度に応じて磁気センサ素子１２０であるＧＭＲ素子の抵抗値が変化する。

図３は、磁気センサ１００の回路図を示す。固定磁性層１２４の磁化方向が異なる８個の磁気センサ素子１２０ａ〜ｄで２つのブリッジ回路が構成され、＋Ｓｉｎ端子および−Ｓｉｎ端子間からＳｉｎ差動信号が出力され、＋Ｃｏｓ端子および−Ｃｏｓ端子間からＣｏｓ差動信号が出力される。Ｓｉｎ差動出力とＣｏｓ差動出力から、アークタンジェントを計算すれば、外部磁界の回転角を求めることができる。図４は、磁気センサ１００の出力の一例であり、図１における紙面水平右方向を基準とした場合の回転角に対するブリッジ回路のＳｉｎ差動出力およびＣｏｓ差動出力である。

以上のようにして、磁気センサ１００により外部磁界を測定できる。しかし、磁気センサ素子１２０を構成する各層の厚さ等は、製膜装置の公差をゼロにはできなことから、ばらつきが存在する。特に、固定磁性層１２４の第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃにばらつきが生じた場合には、両層の磁化量にアンバランスが発生し、磁場中の耐熱性に劣化を生じる。

図５は、磁気センサ１００の磁場中耐熱性劣化を説明する概念図である。第１強磁性層１２４ａの磁化量（図５において破線矢印で示す。）および第２強磁性層１２４ｃの磁化量（図５において実線矢印で示す。）がバランスしている場合（図５（ａ）の場合）、高温状態において外部磁界が加わったとしても、第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃのそれぞれの磁化方向の回転は相殺され、バランスするので、磁化の回転は生じない。つまり磁場中の高温信頼性は高い状態にある。しかし、第１強磁性層１２４ａの磁化量が第２強磁性層１２４ｃの磁化量より大きい場合（図５（ｂ）の場合）や第１強磁性層１２４ａの磁化量が第２強磁性層１２４ｃの磁化量より小さい場合（図５（ｃ）の場合）には、高温状態において外部磁界が加わると、磁化量の大きい方の回転が優勢となって、固定磁性層１２４の磁化方向が当初設計から外れて回転する。

このような固定磁性層１２４の回転がブリッジ回路の出力に及ぼす影響を説明する。図６から図９は、固定磁性層１２４の磁化方向が変動した場合の出力変動を示す図である。図６から図９において上側の図はブリッジ回路と各抵抗（磁気センサ素子１２０）における固定磁性層１２４の回転方向を示し、下側の表は、第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量の関係、固定磁性層１２４の回転方向、磁気センサ素子１２０の抵抗変化のそれぞれを、磁気センサ素子１２０ｂと磁気センサ素子１２０ｄとについて示した。

図６は、磁気センサ素子１２０ｂおよび磁気センサ素子１２０ｄの両方とも、第２強磁性層１２４ｃの磁化量（表中「Ｐｉｎ２」で示す）が第１強磁性層１２４ａの磁化量（表中「Ｐｉｎ１」で示す）より大きく、この場合、磁気センサ素子１２０ｂおよび磁気センサ素子１２０ｄの固定磁性層１２４の回転方向は、それぞれ反時計方向（表中「＋」で示す）、時計方向（表中「−」で示す）になる。これは素子抵抗が、双方とも小さくなる方向であり、ブリッジ回路の出力は素子抵抗の変化に相殺されてあまり変動しない。つまり、問題を生じない。

図７は、磁気センサ素子１２０ｂおよび磁気センサ素子１２０ｄの両方とも、第２強磁性層１２４ｃの磁化量（表中「Ｐｉｎ２」で示す）が第１強磁性層１２４ａの磁化量（表中「Ｐｉｎ１」で示す）より小さく、この場合、磁気センサ素子１２０ｂおよび磁気センサ素子１２０ｄの固定磁性層１２４の回転方向は、それぞれ時計方向（表中「−」で示す）、反時計方向（表中「＋」で示す）になる。これは素子抵抗が、双方とも大きくなる方向であり、ブリッジ回路の出力は素子抵抗の変化に相殺されてあまり変動しない。つまり、問題を生じない。

図８は、磁気センサ素子１２０ｂでは第２強磁性層１２４ｃの磁化量（表中「Ｐｉｎ２」で示す）が第１強磁性層１２４ａの磁化量（表中「Ｐｉｎ１」で示す）より大きく、磁気センサ素子１２０ｄでは第２強磁性層１２４ｃの磁化量（表中「Ｐｉｎ２」で示す）が第１強磁性層１２４ａの磁化量（表中「Ｐｉｎ１」で示す）より小さい場合であり、固定磁性層１２４の回転方向は、磁気センサ素子１２０ｂおよび磁気センサ素子１２０ｄで双方とも反時計方向（表中「＋」で示す）となり、これは素子抵抗が、磁気センサ素子１２０ｂについては小さく、磁気センサ素子１２０ｄについては大きくなる方向であり、ブリッジ回路の出力は大きく変動して問題を生じる。

図９は、磁気センサ素子１２０ｂでは第２強磁性層１２４ｃの磁化量（表中「Ｐｉｎ２」で示す）が第１強磁性層１２４ａの磁化量（表中「Ｐｉｎ１」で示す）より小さく、磁気センサ素子１２０ｄでは第２強磁性層１２４ｃの磁化量（表中「Ｐｉｎ２」で示す）が第１強磁性層１２４ａの磁化量（表中「Ｐｉｎ１」で示す）より大きい場合であり、固定磁性層１２４の回転方向は、磁気センサ素子１２０ｂおよび磁気センサ素子１２０ｄで双方とも時計方向（表中「−」で示す）となり、これは素子抵抗が、磁気センサ素子１２０ｂについては大きく、磁気センサ素子１２０ｄについては小さくなる方向であり、ブリッジ回路の出力は大きく変動して、図８の場合と同様、問題を生じる。

以上を総合すると、仮に第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量にアンバランスがあっても、ブリッジ回路の出力変動を小さく抑えることは可能であり、そのためには、以下の条件を満足する必要があるといえる。すなわち、磁気センサ素子１２０ｂ（第１磁気センサ素子）の第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、磁気センサ素子１２０ｄ（第２磁気センサ素子）の第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２の関係、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２の関係、を満足すればよい。

磁化量は、飽和磁化Ｍｓと厚さｔの掛け算であることから、上記の条件は、以下のようにもいえる。すなわち、磁気センサ素子１２０ｄ（第２磁気センサ素子）の第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの厚さをそれぞれｔ２１およびｔ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはｔ２１＞ｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはｔ２１＜ｔ２２、とすることができる。あるいは、磁気センサ素子１２０ｄ（第２磁気センサ素子）の第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの飽和磁化をそれぞれＭｓ２１およびＭｓ２２とした場合、Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓ２１＞Ｍｓ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓ２１＜Ｍｓ２２、とすることができる。

なお、第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量の大小関係は、磁気センサ素子１２０の磁界‐抵抗曲線を測定することで判定できる。図１０から図１２は、第１強磁性層および第２強磁性層のバランスを評価するための磁界‐抵抗曲線を示す図である。図１０は、グラフ右上（磁界が正方向の領域）にヒステリシスが観測され、この場合、第２強磁性層１２４ｃの方が第１強磁性層１２４ａより磁化量が大きいと評価できる。図１１は磁界の正負領域でヒステリシスがバランスしており、第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量はバランスしていると評価できる。図１２は、グラフ左下（磁界が負方向の領域）にヒステリシスが観測され、この場合、第１強磁性層１２４ａの方が第２強磁性層１２４ｃより磁化量が大きいと評価できる。

図１３は、磁気センサ１００の製造方法の一例を示すフロー図である。磁気センサ１００は、磁気センサ素子１２０ａ〜ｄを、印加する磁界を変えて、順次形成する。各磁気センサ素子を構成するシード層１２２、固定磁性層１２４、非磁性中間層１２６、フリー磁性層１２８およびキャップ層１３０は、たとえばスパッタ法で成膜することができ、成膜した積層膜は、マスクをパターニングした後にエッチングする方法あるいは、予めパターニングされたマスクをリフトオフする方法によってパターニングすることができる。

ここでは、磁気センサ素子１２０ｂにおける第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量の大小関係を評価し、磁気センサ素子１２０ｄの第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの成膜工程において磁化量を調整する例を説明する。すなわち、磁気センサ素子１２０ｂを前記した方法で作成し（Ｓ１）、磁気センサ素子１２０ｂの第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量の大小関係を、たとえば前記した磁界‐抵抗曲線によって評価する（Ｓ２）。当該評価結果に基づき、上記した条件を満足するように、磁気センサ素子１２０ｄの第１強磁性層１２４ａおよび第２強磁性層１２４ｃの磁化量を決定する（Ｓ３）。磁化量は、厚さまたは飽和磁化を変えて調整できる。Ｓ３で決定した条件で磁気センサ素子１２０ｄを作成し（Ｓ４）、残りの磁気センサ素子１２０を作成して、配線を形成する（Ｓ５）。以上のようにして、磁気センサ１００を製造することができる。

上記した磁気センサ１００によれば、製造工程における公差が存在したとしても、角度誤差を生じない、温度信頼性の高い磁気センサを提供することができる。

図１４は、第１強磁性層１２４ａの厚さが変動した場合の抵抗変化を示す図である。第２強磁性層１２４ｃの厚さは１６Åとした。抵抗変化率が最大となる第１強磁性層１２４ａの厚さは１３．３Åであり、抵抗変化率の劣化を５％以内に抑えようとすれば、第１強磁性層１２４ａの厚さの変動は±０．５Å程度とするのが適切である。よって、上記したＳ３の磁化量の決定において、第１強磁性層１２４ａの厚さでバランスを実現しようとする場合には、設計厚さから±０．５Åの範囲内で調整することが好ましいといえる。

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。

たとえば、上記実施形態では、磁気センサ１００およびその製造方法を説明したが、磁気センサ１００の設計方法として発明を把握することも可能である。

１００…磁気センサ、１１０…基板、１２０…磁気センサ素子、１２０ａ〜ｄ…磁気センサ素子、１２２…シード層、１２４…固定磁性層、１２４ａ…第１強磁性層、１２４ｂ…反平行結合層、１２４ｃ…第２強磁性層、１２６…非磁性中間層、１２８…フリー磁性層、１２８ａ…エンハンス層、１２８ｂ…フリー層、１３０…キャップ層。

Claims (7)

1. 第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とを有するブリッジ回路からなり、
   前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子のそれぞれが、固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層と、を有し、
   前記固定磁性層が、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の間に位置する反平行結合層と、を有し、
   前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とが前記反平行結合層を介して反強磁性的に結合されており、
   前記第１磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向と前記第２磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向とが異なる磁気センサであって、
   前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、
   Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２、
   の関係を満足している
   磁気センサ。
2. 前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の厚さをそれぞれｔ２１およびｔ２２とした場合、
   Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはｔ２１＞ｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはｔ２１＜ｔ２２、
   の関係を満足している
   請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の飽和磁化をそれぞれＭｓ２１およびＭｓ２２とした場合、
   Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓ２１＞Ｍｓ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓ２１＜Ｍｓ２２、
   の関係を満足している
   請求項１に記載の磁気センサ。
4. 第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とを有するブリッジ回路からなり、
   前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子のそれぞれが、固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層と、を有し、
   前記固定磁性層が、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の間に位置する反平行結合層と、を有し、
   前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とが前記反平行結合層を介して反強磁性的に結合されており、
   前記第１磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向と前記第２磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向とが異なる磁気センサの製造方法であって、
   前記第１磁気センサ素子を形成する工程と、
   前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量の大小関係を測定する工程と、
   前記第２磁気センサ素子を形成する工程と、を有し、
   前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、
   大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成し、
   大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成する
   磁気センサの製造方法。
5. 前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の厚さをそれぞれｔ２１およびｔ２２とした場合、
   大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてｔ２１＞ｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成し、
   大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてｔ２１＜ｔ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成する
   請求項４に記載の磁気センサの製造方法。
6. 前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の飽和磁化をそれぞれＭｓ２１およびＭｓ２２とした場合、
   大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓ２１＞Ｍｓ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成し、
   大小関係を測定する工程においてＭｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２と測定された場合には、前記第２磁気センサ素子を形成する工程においてＭｓ２１＜Ｍｓ２２となるよう前記第２磁気センサ素子の前記第１強磁性層および前記第２強磁性層を形成する
   請求項４に記載の磁気センサの製造方法。
7. 第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とを有するブリッジ回路からなり、
   前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子のそれぞれが、固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層と、を有し、
   前記固定磁性層が、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の間に位置する反平行結合層と、を有し、
   前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とが前記反平行結合層を介してが反強磁性的に結合されており、
   前記第１磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向と前記第２磁気センサ素子における固定磁性層の磁化方向とが異なる磁気センサの設計方法であって、
   前記第１磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ１１およびＭｓｔ１２とし、前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量をそれぞれＭｓｔ２１およびＭｓｔ２２とした場合、
   Ｍｓｔ１１＞Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＞Ｍｓｔ２２、および、Ｍｓｔ１１＜Ｍｓｔ１２の場合にはＭｓｔ２１＜Ｍｓｔ２２、
   の条件を満足するよう前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子における前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の磁化量の大小関係を設計する
   磁気センサの設計方法。

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