JP2019161160A - 磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに位置検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】放電痕の存在しない下部リード電極を備える磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに当該磁気抵抗効果素子を有する位置検出装置を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子は、複数の磁気抵抗効果積層体と、複数の磁気抵抗効果積層体を電気的に直列に接続する複数の下部リード電極及び上部リード電極と、複数の下部リード電極がいずれも電気的に孤立しないように、複数の下部リード電極同士を電気的に接続する帯電防止膜とを備える。【選択図】図２
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに当該磁気抵抗効果素子を有する位置検出装置に関する。
従来、工作機械等において、移動体の回転移動や直線的移動による位置や移動量（変化量）を検出するための位置検出装置が用いられている。この位置検出装置としては、移動体の移動に伴う外部磁場の変化を検出可能な磁気センサとを備えるものが知られており、磁気センサから、移動体と磁気センサとの相対的位置関係を示す信号が出力される。
かかる位置検出装置において用いられる磁気センサとしては、自由層と磁化固定層とを有する積層体であって、外部磁界に応じた自由層の磁化方向の変化に伴い抵抗が変化する磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）を備えるものが知られている。
ＴＭＲ素子は、直列に接続された複数の磁気抵抗効果積層体（ＴＭＲ積層体）を含む。ＴＭＲ積層体は、静電破壊耐性（ＥＳＤ（Electro-Static Discharge）耐性）が低く、静電気等のサージによる過電圧や過電流が流れると破壊されてしまうおそれがある。そのため、個々のＴＭＲ積層体に印加される電圧を小さくし、ＥＳＤ耐性を向上させることを目的として、ＴＭＲ素子１’においては、複数のＴＭＲ積層体２’が下部リード電極３１’及び上部リード電極３２’を介して直列に接続されている（図１０参照）。
上記ＴＭＲ素子における下部リード電極３１’は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、半導体基板４’上にＡｌ2Ｏ3等からなる下地絶縁膜５’を成膜し（図１１（Ａ）参照）、下地絶縁膜５’上に下部リード電極３１’を形成するための下部リード膜３１Ａ’（例えば、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａ等の金属積層膜）を成膜する（図１１（Ｂ）参照）。下部リード電極３１’に対応するレジストパターン７０’を下部リード膜３１Ａ’上に形成し、イオンビームの照射によるミリング処理が行われることで、下部リード電極３１’が形成される（図１１（Ｃ）参照）。下部リード電極３１’以外の部分は、下地絶縁膜５’を露出させるように下部リード膜３１Ａ’がミリングされる。すなわち、複数の下部リード電極３１’のそれぞれが電気的に孤立した状態で形成される。
まず、半導体基板４’上にＡｌ2Ｏ3等からなる下地絶縁膜５’を成膜し（図１１（Ａ）参照）、下地絶縁膜５’上に下部リード電極３１’を形成するための下部リード膜３１Ａ’（例えば、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａ等の金属積層膜）を成膜する（図１１（Ｂ）参照）。下部リード電極３１’に対応するレジストパターン７０’を下部リード膜３１Ａ’上に形成し、イオンビームの照射によるミリング処理が行われることで、下部リード電極３１’が形成される（図１１（Ｃ）参照）。下部リード電極３１’以外の部分は、下地絶縁膜５’を露出させるように下部リード膜３１Ａ’がミリングされる。すなわち、複数の下部リード電極３１’のそれぞれが電気的に孤立した状態で形成される。
ミリング処理に用いられるイオンビームは、通常、イオンビームガンの照射口付近に設けられている中和装置によって電気的に中性化されてから照射される。しかしながら、イオンビームミリング装置のチャンバー内の汚れ等の影響により、電荷バランスの崩れたイオンビームが放出されてしまうことがあり、その結果、下部リード電極３１’直下の半導体基板４’や下地絶縁膜５’に局所的な帯電が生じてしまうことがある。
下部リード電極３１’が形成された後、当該下部リード電極３１’上にＴＭＲ積層体を形成するための導電性膜が成膜されると、帯電した半導体基板４’や下地絶縁膜５’から下部リード電極３１’及び導電性膜を介して電荷が解放される。そのときに、下部リード電極３１’に放電痕が形成されてしまうという問題がある。
上記課題に鑑みて、本発明は、放電痕の存在しない下部リード電極を備える磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに当該磁気抵抗効果素子を有する位置検出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、磁気抵抗効果積層体と、前記磁気抵抗効果積層体に電流を供給するための下部リード電極及び上部リード電極と、前記下部リード電極を他の導体に電気的に接続する帯電防止膜とを備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
上記磁気抵抗効果素子において、前記磁気抵抗効果素子は、複数の前記磁気抵抗効果積層体と、前記複数の磁気抵抗効果積層体を電気的に直列に接続する複数の前記下部リード電極及び複数の前記上部リード電極とを備えており、前記帯電防止膜は、前記複数の下部リード電極同士を電気的に接続することができる。
上記磁気抵抗効果素子において、前記複数の下部リード電極は、前記帯電防止膜を介して実質的に全面で電気的に接続されていればよい。前記下部リード電極は、少なくとも第１導電層及び第２導電層がこの順で積層されてなる積層体であり、前記帯電防止膜は、前記第１導電層と同一種類の導電材料を含んでいればよく、前記第１導電層と同一種類の導電材料の酸化物を含むことができる。前記帯電防止膜の抵抗値が、前記磁気抵抗効果積層体の抵抗値よりも大きければよく、前記磁気抵抗効果積層体として、ＴＭＲ積層体を用いることができる。
本発明は、移動体の移動に伴う外部磁場の変化に基づきセンサ信号を出力する磁気センサ部と、前記磁気センサ部により出力された前記センサ信号に基づき、前記移動体の位置を検出する位置検出部とを備え、前記磁気センサ部は、上記磁気抵抗効果素子を含むことを特徴とする位置検出装置を提供する。
上記位置検出装置において、前記移動体が、所定の回転軸周りに回転移動する回転移動体であり、前記位置検出部は、前記磁気センサ部により出力された前記センサ信号に基づき、前記回転移動体の回転位置を検出するのが好ましい。
本発明は、磁気抵抗効果積層体と、前記磁気抵抗効果積層体に電流を供給するための下部リード電極及び上部リード電極とを備え、前記下部リード電極は、少なくとも第１導電層及び第２導電層がこの順で積層されてなる積層体である磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、前記第１導電層を構成する第１導電材料からなる第１導電膜を成膜する工程と、前記第１導電膜上に前記第２導電層を構成する第２導電材料からなる第２導電膜を成膜する工程と、少なくとも前記第１導電膜及び前記第２導電膜が積層されてなる積層膜をミリングすることで、下部リード電極形成領域に前記下部リード電極を形成する工程と、前記下部リード電極上に設定される磁気抵抗効果積層体形成領域に前記磁気抵抗効果積層体を形成する工程と、前記磁気抵抗効果積層体形成領域に形成された前記磁気抵抗効果積層体上に上部リード電極を形成する工程とを含み、前記下部リード電極を形成する工程において、前記下部リード電極形成領域以外の領域に前記第１導電膜の少なくとも一部を残存させるように前記積層膜をミリングすることで、前記下部リード電極を他の導体に電気的に接続する帯電防止膜を形成することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。
上記製造方法において、前記磁気抵抗効果素子は、複数の前記磁気抵抗効果積層体と、前記複数の磁気抵抗効果積層体を電気的に直列に接続する複数の前記下部リード電極及び複数の前記上部リード電極とを備えており、前記磁気抵抗効果積層体を形成する工程において、前記複数の下部リード電極のそれぞれに設定される複数の前記磁気抵抗効果積層体形成領域のそれぞれに前記磁気抵抗効果積層体を形成し、前記上部リード電極を形成する工程において、前記複数の磁気抵抗効果積層体を直列に接続するように前記複数の上部リード電極を形成し、前記下部リード電極を形成する工程において、前記下部リード電極形成領域以外の領域に前記第１導電膜の少なくとも一部を残存させるように前記積層膜をミリングすることで、前記複数の下部リード電極同士を電気的に接続する前記帯電防止膜を形成することができる。
本発明によれば、放電痕の存在しない下部リード電極を備える磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに当該磁気抵抗効果素子を有する位置検出装置を提供することができる。
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の概略構成を示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の要部の概略構成を示す部分拡大断面図であり、図３は、本実施形態における磁気抵抗効果積層体の概略構成を示す断面図である。
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１は、アレイ状に配列された複数の磁気抵抗効果積層体２と、複数の磁気抵抗効果積層体２を電気的に直列に接続する複数のリード電極３とを備える。
具体的には、磁気抵抗効果素子１は、複数の下部リード電極３１と、複数の磁気抵抗効果積層体２と、複数の上部リード電極３２とを有する。下部リード電極３１及び上部リード電極３２は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔａ、Ｔｉ等のうちの１種の導電材料又は２種以上の導電材料の積層膜により構成され得る。下部リード電極３１及び上部リード電極３２の厚さは、それぞれ０．３〜２．０μｍ程度である。例えば、下部リード電極３１は、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａの３層の積層体により構成され得る。
複数の下部リード電極３１は、半導体基板４上にＡｌ2Ｏ3等からなる下地絶縁膜５を間に介在させて設けられている。複数の下部リード電極３１は、それぞれ細長い略長方形状を有しており、アレイ状に配列された複数の磁気抵抗効果積層体２の電気的な直列方向において隣接する２つの下部リード電極３１の間に所定の隙間を有するように設けられている。下部リード電極３１の長手方向の両端近傍のそれぞれに、磁気抵抗効果積層体２が設けられている。すなわち、複数の下部リード電極３１上には、それぞれ、２個の磁気抵抗効果積層体２が設けられている。
本実施形態において、各下部リード電極３１は、帯電防止膜６を介して電気的に接続されており、下部リード電極３１のみを見たときには、複数の下部リード電極３１のいずれもが電気的に孤立していない。帯電防止膜６は、後述するように、下部リード電極３１を形成する際における下部リード膜３１Ａのミリング処理において、下部リード膜３１Ａを薄膜として残存させるようにすることで形成され得る（図４（Ｃ）参照）。これにより、下部リード電極３１直下の下地絶縁膜５や半導体基板４に帯電するのを防止することができ、下部リード電極３１上に導電性膜を形成するときにおける放電痕の発生を防止することができる。したがって、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１は、放電痕の存在しない下部リード電極３１を有することになる。
帯電防止膜６は、下部リード電極３１を構成する導電材料のうち、当該下部リード電極３１の最下層（下地絶縁膜５側）を構成する導電材料と同一種類の導電材料を含み、好ましくは当該導電材料の酸化物を含む。帯電防止膜６が当該導電材料の酸化物を含むことで、帯電防止膜６の抵抗値をより高くすることができる。例えば、下部リード電極３１が、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａの３層からなる積層膜である場合、帯電防止膜６は、ＴａとＴａの酸化物（ＴａＯX，Ｘ＝０．１〜１．５）とを含み、帯電防止膜６の表層は当該Ｔａ酸化物をリッチに含む。
帯電防止膜６の膜厚は、下部リード電極３１の直下における基板４や下地絶縁膜５の局所的な帯電を防止可能な程度、かつ下部リード電極３１間にショート電流が流れるのを抑制可能な程度である限りにおいて特に制限されるものではなく、適宜設定され得る。帯電防止膜６の膜厚は、任意に選択された複数箇所（例えば５箇所）において測定された膜厚の算術平均値を意味し、例えば、１０〜５０Å程度に設定され得る。
帯電防止膜６は、下部リード電極３１のみを見たときに、すべての下部リード電極３１を電気的に孤立させないように形成されていればよく、下地絶縁膜５上の下部リード電極３１の形成されている領域を除く全面に形成されていてもよいし、下地絶縁膜５上の一部の領域にのみ形成されていてもよい。
本実施形態における磁気抵抗効果積層体２は、ＴＭＲ素子であり、図３に示すように、磁化方向が固定された磁化固定層２２と、印加される磁界の方向に応じて磁化方向が変化する自由層２４と、磁化固定層２２及び自由層２４の間に配置される非磁性層２３と、反強磁性層２１とを有する。
磁気抵抗効果積層体２は、下部リード電極３１側から順に自由層２４、非磁性層２３、磁化固定層２２及び反強磁性層２１が積層された構造を有する。自由層２４は、下部リード電極３１に電気的に接続され、反強磁性層２１は、上部リード電極３２に電気的に接続されている。自由層２４及び磁化固定層２２を構成する材料としては、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、ＦｅＯX（Ｆｅの酸化物）等が挙げられる。自由層２４及び磁化固定層２２の厚さは、それぞれ、１〜１０ｎｍ程度である。
非磁性層２３は、トンネルバリア層であり、本実施形態における磁気抵抗効果積層体２にトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を発現させるための必須の膜である。非磁性層２３を構成する材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｇａ、ＴｉＯX、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＧａＮ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等を例示することができる。非磁性層２３は、２層以上の積層膜により構成されていてもよい。例えば、非磁性層２３は、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕの３層積層膜や、一つのＣｕをＺｎで置換したＣｕ／ＺｎＯ／Ｚｎの３層積層膜により構成され得る。なお、非磁性層２３の厚さは、０．１〜５ｎｍ程度である。
反強磁性層２１は、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｃｒ及びＦｅのグループの中から選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成される。この反強磁性材料におけるＭｎの含有量は、例えば３５〜９５原子％程度である。反強磁性材料により構成される反強磁性層２１は、磁化固定層２２との間での交換結合により、磁化固定層２２の磁化の方向を固定する役割を果たす。
複数の上部リード電極３２は、複数の磁気抵抗効果積層体２上に設けられている。各上部リード電極３２は、細長い略長方形状を有する。上部リード電極３２は、アレイ状に配列された複数の磁気抵抗効果積層体２の電気的な直列方向において隣接する２つの上部リード電極３２の間に所定の隙間を有するように、かつ複数の磁気抵抗効果積層体２を直列に接続するように配置され、隣接する２つの磁気抵抗効果積層体２の反強磁性層２１同士を電気的に接続する。なお、磁気抵抗効果積層体２は、下部リード電極３１側から順に反強磁性層２１、磁化固定層２２、非磁性層２３及び自由層２４が積層されてなる構成を有していてもよい。また、自由層２４と下部リード電極３１又は上部リード電極３２との間にキャップ層（保護層）を有していてもよい。
本実施形態における磁気抵抗効果積層体２において、自由層２４の磁化の方向が磁化固定層２２の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°（互いの磁化方向が平行）のときに抵抗値が最小となり、１８０°（互いの磁化方向が反平行）のときに抵抗値が最大となる。
上述した構成を有する磁気抵抗効果素子１の製造方法を説明する。図４及び図５は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の製造工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。
半導体基板４上にＡｌ2Ｏ3等の下地絶縁膜５をスパッタリングにより形成した後、下部リード膜３１Ａをスパッタリング等により形成する（図４（Ａ）参照）。例えば、Ｔａ膜、Ｃｕ膜、Ｔａ膜をこの順でスパッタリング等することにより下部リード膜３１Ａを形成する。次に、フォトリソグラフィー工程を経て複数の下部リード電極３１に対応するレジストパターン７０を形成する（図４（Ｂ）参照）。そして、当該レジストパターン７０をマスクとしたミリング処理により、複数の下部リード電極３１を形成する（図４（Ｃ）参照）。
下部リード電極３１を形成するためのミリング処理において、レジストパターン７０の存在しない領域における下部リード膜３１Ａを完全に除去しない程度、具体的には下部リード膜３１Ａを７〜２０Å程度残存させるように、イオンビームを照射する。これにより、複数の下部リード電極３１のいずれもが電気的に孤立しないように、下部リード電極３１同士を電気的に接続する帯電防止膜６が形成され得る。その結果として、ミリング処理において照射されるイオンビームが完全に中性化されていないものであったとしても、下部リード電極３１直下の下地絶縁膜５や半導体基板４に帯電するのを防止することができる。なお、形成された帯電防止膜６の表層には、自然酸化により導電材料（例えばＴａ）の酸化物層が形成される。このように、帯電防止膜６の表層に導電材料の酸化物層（例えばＴａＯX層，Ｘ＝０．１〜１．５）が形成されることで、帯電防止膜６の抵抗値を相対的に高くすることができ、下部リード電極３１間にショート電流が流れるのを効果的に抑制することができる。
次に、帯電防止膜６上にＡｌ2Ｏ3等の絶縁層ＩＬを形成し、複数の下部リード電極３１を被覆するようにして磁気抵抗効果膜（例えば、強磁性膜、非磁性膜、強磁性膜及び反強磁性膜をこの順で積層した積層膜）２０をスパッタリング等により形成する（図５（Ａ）参照）。本実施形態においては、帯電防止膜６により複数の下部リード電極３１が電気的に孤立することなく、その直下の下地絶縁層５や半導体基板４に局所的に帯電するのが抑制されているため、磁気抵抗効果膜２０を形成した際に放電痕が形成されるのを防止することができる。その後、フォトリソグラフィー工程を経て複数の下部リード電極３１のそれぞれにおける所定の領域に磁気抵抗効果積層体２を形成する（図５（Ｂ）参照）。
続いて、下部リード電極３１上に形成された複数の磁気抵抗効果積層体２上に上部リード膜をスパッタリング等により形成し、当該複数の磁気抵抗効果積層体２を直列に接続する上部リード電極３２を、フォトリソグラフィー工程を経て形成する（図５（Ｃ）参照）。このようにして、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１が製造され得る。
上述したように、本実施形態によれば、下部リード電極３１同士を電気的に接続する帯電防止膜６が形成されているため、下部リード電極３１のみを見たときには、帯電防止膜６により複数の下部リード電極３１が電気的に孤立することなく、その直下の下地絶縁層５や半導体基板４における局所的な帯電が抑制され、磁気抵抗効果膜２０を形成した際に放電痕が形成されるのを防止することができる。また、帯電防止膜６は極めて薄い膜厚（１０〜５０Å程度）で形成され、磁気抵抗効果積層体２の抵抗値に比してきわめて高い抵抗値を有するため、磁気抵抗効果素子１の機能（外部磁界による磁気抵抗効果積層体２の抵抗値変化）に影響を与えない。
続いて、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１を用いた位置検出装置について説明する。図６は、本実施形態における位置検出装置の概略構成を示す斜視図であり、図７は、本実施形態における磁気センサの概略構成を示すブロック図であり、図８は、本実施形態における第１磁気センサ部の回路構成を概略的に示す回路図であり、図９は、本実施形態における第２磁気センサ部の回路構成を概略的に示す回路図である。
図６に示すように、本実施形態における位置検出装置１００は、磁気センサ１１０と、磁気センサ１１０に対して相対的に移動可能な移動体１２０とを備える。なお、本実施形態において、位置検出装置１００として、所定の回転軸周りに回転移動する回転移動体１２０を備えるロータリーエンコーダを例に挙げて説明するが、この態様に限定されるものではなく、磁気センサ１１０に対する所定の方向に相対的に直線移動する移動体１２０を備えるリニアエンコーダ等であってもよい。なお、図６に示す態様において、回転移動体１２０は、外周にＮ極及びＳ極が交互に着磁されてなるロータリーマグネットである。
図７に示すように、磁気センサ１１０は、回転移動体１２０の回転移動に伴う外部磁場の変化に基づきセンサ信号を出力する第１磁気センサ部１１１及び第２磁気センサ部１１２と、第１及び第２磁気センサ部１１１，１１２から出力されるセンサ信号に基づいて回転移動体１２０の回転角度θを算出する演算部１１３とを有する。
演算部１１３は、第１及び第２磁気センサ部１１１，１１２から出力されるアナログ信号（センサ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換部１１４と、Ａ／Ｄ変換部１１４によりデジタル変換されたデジタル信号を演算処理し、回転角度θを算出する演算処理部１１５とを含む。
第１及び第２磁気センサ部１１１，１１２は、それぞれ、少なくとも１つの磁気検出素子を含み、直列に接続された一対の磁気検出素子を含んでいてもよい。この場合において、第１及び第２磁気センサ部１１１，１１２のそれぞれは、直列に接続された一対の磁気検出素子を含むホイートストンブリッジ回路を有する。
図８に示すように、第１磁気センサ部１１１が有するホイートストンブリッジ回路１１１ａは、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２と、直列に接続された第１の一対の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２と、直列に接続された第２の一対の磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ１４とを含む。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１３の各一端は、電源ポートＶ１に接続される。磁気検出素子Ｒ１１の他端は、磁気検出素子Ｒ１２の一端と出力ポートＥ１１とに接続される。磁気検出素子Ｒ１３の他端は、磁気検出素子Ｒ１４の一端と出力ポートＥ１２とに接続される。磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１４の各他端は、グランドポートＧ１に接続される。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ１はグランドに接続される。
図９に示すように、第２磁気センサ部１１２が有するホイートストンブリッジ回路１１２ａは、第１磁気センサ部１１１のホイートストンブリッジ回路１１１ａと同様の構成を有し、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、２つの出力ポートＥ２１，Ｅ２２と、直列に接続された第１の一対の磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２と、直列に接続された第２の一対の磁気検出素子Ｒ２３，Ｒ２４とを含む。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２３の各一端は、電源ポートＶ２に接続される。磁気検出素子Ｒ２１の他端は、磁気検出素子Ｒ２２の一端と出力ポートＥ２１とに接続される。磁気検出素子Ｒ２３の他端は、磁気検出素子Ｒ２４の一端と出力ポートＥ２２とに接続される。磁気検出素子Ｒ２２，Ｒ２４の各他端は、グランドポートＧ２に接続される。電源ポートＶ２には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ２はグランドに接続される。
本実施形態において、ホイートストンブリッジ回路１１１ａ，１１２ａに含まれるすべての磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４として、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１（図１〜３参照）が用いられる。
図８及び図９において、磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４の磁化固定層２２の磁化方向を塗りつぶした矢印で表す。第１磁気センサ部１１１において、磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４の磁化固定層２２の磁化方向は第１の方向Ｄ１に平行であって、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１４の磁化固定層２２の磁化方向と、磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１３の磁化固定層２２の磁化方向とは、互いに反平行方向である。また、第２磁気センサ部１１２において、磁気検出素子Ｒ２１〜Ｒ２４の磁化固定層２２の磁化の方向は第１の方向に直交する第２の方向に平行であって、磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２４の磁化固定層２２の磁化方向と、磁気検出素子Ｒ２２，Ｒ２３の磁化固定層２２の磁化方向とは、互いに反平行である。第１及び第２磁気センサ部１１１，１１２において、回転移動体１２０の回転移動に伴う磁界の方向の変化に応じて、出力ポートＥ１１，Ｅ１２及び出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差が変化し、磁界強度を表す信号としての第１及び第２センサ信号Ｓ１，Ｓ２が演算部１１３に出力される。
差分検出器１１６は、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差に対応する信号を第１センサ信号Ｓ１としてＡ／Ｄ変換部１１４に出力する。差分検出器１１７は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号を第２センサ信号Ｓ２としてＡ／Ｄ変換部１１４に出力する。
図８及び図９に示すように、第１磁気センサ部１１１における磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４の磁化固定層２２の磁化方向と、第２磁気センサ部１１２における磁気検出素子Ｒ２１〜Ｒ２４の磁化固定層２２の磁化方向とは、互いに直交する。この場合、第１センサ信号Ｓ１の波形は、回転角度θに依存したコサイン（Ｃｏｓｉｎｅ）波形になり、第２センサ信号Ｓ２の波形は、回転角度θに依存したサイン（Ｓｉｎｅ）波形になる。本実施形態において、第２センサ信号Ｓ２の位相は、第１センサ信号Ｓ１の位相に対して信号周期の１／４、すなわちπ／２（９０°）異なっている。
Ａ／Ｄ変換部１１４は、第１及び第２磁気センサ部１１１，１１２から出力される第１及び第２センサ信号（回転角度θに関するアナログ信号）Ｓ１，Ｓ２をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号が演算処理部１１５に入力される。
演算処理部１１５は、Ａ／Ｄ変換部１１４によりアナログ信号から変換されたデジタル信号についての演算処理を行い、回転移動体１２０の回転角度θを算出する。この演算処理部１１５は、例えば、マイクロコンピュータ等により構成される。
回転移動体１２０の回転角度θは、例えば下記式で示すアークタンジェント計算によって算出され得る。
θ＝ａｔａｎ（Ｓ１／Ｓ２）
θ＝ａｔａｎ（Ｓ１／Ｓ２）
なお、３６０°の範囲内で、上記式における回転角度θの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２の正負の組み合わせにより、回転角度θの真の値が、上記式における２つの解のいずれかであるかを判別することができる。すなわち、第１センサ信号Ｓ１が正の値のときは、回転角度θは０°よりも大きく１８０°よりも小さい。第１センサ信号Ｓ１が負の値のときは、回転角度θは１８０°よりも大きく３６０°よりも小さい。第２センサ信号Ｓ２が正の値のときは、回転角度θは０°以上９０°未満及び２７０°より大きく３６０°以下の範囲内である。第２センサ信号Ｓ２が負の値のときは、回転角度θは９０°よりも大きく２７０°よりも小さい。演算処理部１１５は、上記式と、第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２の正負の組み合わせの判定とに基づいて、３６０°の範囲内で回転角度θを算出する。
上述した構成を有する本実施形態における位置検出装置１００において、回転移動体１２０の回転移動に伴い外部磁場が変化すると、その外部磁場の変化に応じ、第１及び第２磁気センサ部１１１，１１２の磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４の抵抗値が変化し、第１磁気センサ部１１１及び第２磁気センサ部１１２のそれぞれの出力ポートＥ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２の電位差に応じ、第１及び第２センサ信号Ｓ１，Ｓ２が差分検出器１１６，１１７から出力される。そして、差分検出器１１６，１１７から出力された第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２が、Ａ／Ｄ変換部１１４によりデジタル信号に変換される。その後、演算処理部１１５により、回転移動体１２０の回転角度θが算出される。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
上記実施形態において、複数の磁気抵抗効果積層体２と、それらを直列に接続する複数の下部リード電極３１及び上部リード電極３２とを備える磁気抵抗効果素子１を例に挙げて説明したが、このような態様に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果素子１は、１つの磁気抵抗効果積層体２と、当該磁気抵抗効果積層体２に電流を供給するための１組の下部リード電極３１及び上部リード電極３２とを備えていてもよい。この場合において、帯電防止膜６は、下部リード電極３１を他の導体（例えば、グランド端子、グランド配線等）に電気的に接続するように設けられていればよい。
上記実施形態において、磁気抵抗効果素子１を用いた磁気センサ１１０を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではない。例えば、上記実施形態に係る磁気抵抗効果素子１は、磁気ヘッド、ＭＲＡＭ、スピントルクダイオード、スピントルク発振器等のスピントロニクス分野に属する各種製品等に用いられ得る。
１…磁気抵抗効果素子
２…磁気抵抗効果積層体
３…リード電極
３１…下部リード電極
３２…上部リード電極
６…帯電防止膜
１００…位置検出装置
２…磁気抵抗効果積層体
３…リード電極
３１…下部リード電極
３２…上部リード電極
６…帯電防止膜
１００…位置検出装置
Claims (11)
- 磁気抵抗効果積層体と、
前記磁気抵抗効果積層体に電流を供給するための下部リード電極及び上部リード電極と、
前記下部リード電極を他の導体に電気的に接続する帯電防止膜と
を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記磁気抵抗効果素子は、複数の前記磁気抵抗効果積層体と、前記複数の磁気抵抗効果積層体を電気的に直列に接続する複数の前記下部リード電極及び複数の前記上部リード電極とを備えており、
前記帯電防止膜は、前記複数の下部リード電極同士を電気的に接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記複数の下部リード電極は、前記帯電防止膜を介して実質的に全面で電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記下部リード電極は、少なくとも第１導電層及び第２導電層がこの順で積層されてなる積層体であり、
前記帯電防止膜は、前記第１導電層と同一種類の導電材料を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記帯電防止膜は、前記第１導電層と同一種類の導電材料の酸化物を含むことを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記帯電防止膜の抵抗値が、前記磁気抵抗効果積層体の抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁気抵抗効果積層体が、ＴＭＲ積層体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 移動体の移動に伴う外部磁場の変化に基づきセンサ信号を出力する磁気センサ部と、
前記磁気センサ部により出力された前記センサ信号に基づき、前記移動体の位置を検出する位置検出部と
を備え、
前記磁気センサ部は、請求項１〜７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子を含むことを特徴とする位置検出装置。 - 前記移動体が、所定の回転軸周りに回転移動する回転移動体であり、
前記位置検出部は、前記磁気センサ部により出力された前記センサ信号に基づき、前記回転移動体の回転位置を検出することを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。 - 磁気抵抗効果積層体と、前記磁気抵抗効果積層体に電流を供給するための下部リード電極及び上部リード電極とを備え、前記下部リード電極は、少なくとも第１導電層及び第２導電層がこの順で積層されてなる積層体である磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
前記第１導電層を構成する第１導電材料からなる第１導電膜を成膜する工程と、
前記第１導電膜上に前記第２導電層を構成する第２導電材料からなる第２導電膜を成膜する工程と、
少なくとも前記第１導電膜及び前記第２導電膜が積層されてなる積層膜をミリングすることで、下部リード電極形成領域に前記下部リード電極を形成する工程と、
前記下部リード電極上に設定される磁気抵抗効果積層体形成領域に前記磁気抵抗効果積層体を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果積層体形成領域に形成された前記磁気抵抗効果積層体上に上部リード電極を形成する工程と
を含み、
前記下部リード電極を形成する工程において、前記下部リード電極形成領域以外の領域に前記第１導電膜の少なくとも一部を残存させるように前記積層膜をミリングすることで、前記下部リード電極を他の導体に電気的に接続する帯電防止膜を形成する
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記磁気抵抗効果素子は、複数の前記磁気抵抗効果積層体と、前記複数の磁気抵抗効果積層体を電気的に直列に接続する複数の前記下部リード電極及び複数の前記上部リード電極とを備えており、
前記磁気抵抗効果積層体を形成する工程において、前記複数の下部リード電極のそれぞれに設定される複数の前記磁気抵抗効果積層体形成領域のそれぞれに前記磁気抵抗効果積層体を形成し、
前記上部リード電極を形成する工程において、前記複数の磁気抵抗効果積層体を直列に接続するように前記複数の上部リード電極を形成し、
前記下部リード電極を形成する工程において、前記下部リード電極形成領域以外の領域に前記第１導電膜の少なくとも一部を残存させるように前記積層膜をミリングすることで、前記複数の下部リード電極同士を電気的に接続する前記帯電防止膜を形成する
ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
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