JP2020060446A - 磁気センサおよび磁気センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜磁石を単層の硬磁性体により構成する場合と比べ、薄膜磁石によって感受素子に印加される磁界を大きくすることを目的とする。【解決手段】磁気センサは、Ｃｏを含む硬磁性体で構成される２層以上の硬磁性体層１０３ａと、非磁性体で構成され厚さが硬磁性体層１０３ａの厚さ以下である非磁性体層１０３ｂとが交互に積層され、面内方向に磁気異方性を有する薄膜磁石２０と、軟磁性体で構成されるとともに、薄膜磁石２０に対向して配置され、長手方向と短手方向とを有し、長手方向が薄膜磁石２０の発生する磁界の方向を向くとともに、長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気センサおよび磁気センサの製造方法に関する。

公報記載の従来技術として、非磁性基板上に形成された硬磁性体膜からなる薄膜磁石と、前記薄膜磁石の上を覆う絶縁層と、前記絶縁層上に形成された一軸異方性を付与された一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる感磁部とを備えた磁気インピーダンス効果素子が存在する（特許文献１参照）。

特開２００８−２４９４０６号公報

ところで、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子を用いた磁気センサでは、この感受素子にバイアス磁界をかけて、感受素子のインピーダンスが外部磁場の変化に対して直線的に変化するようにする。このバイアス磁界を生成するための方法として、面内方向に磁気異方性を有する薄膜磁石を用いる方法がある。
薄膜磁石により感受素子に印加されるバイアス磁界の大きさは、薄膜磁石を構成する硬磁性体の残留磁化および硬磁性体の厚さに比例する。しかしながら、バイアス磁界を大きくしようとして薄膜磁石を構成する硬磁性体の厚さを単純に厚くすると、硬磁性体の残留磁化が低下してしまい、薄膜磁石により感受素子に印加されるバイアス磁界を大きくすることは難しくなる。

本発明は、薄膜磁石を単層の硬磁性体により構成する場合と比べ、薄膜磁石によって感受素子に印加される磁界を大きくすることを目的とする。

本発明が適用される磁気センサは、Ｃｏを含む硬磁性体で構成される２層以上の硬磁性体層と、非磁性体で構成され厚さが当該硬磁性体層の厚さ以下である非磁性体層とが交互に積層され、面内方向に磁気異方性を有する薄膜磁石と、軟磁性体で構成されるとともに、前記薄膜磁石に対向して配置され、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向が当該薄膜磁石の発生する磁界の方向を向くとともに、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子とを備える。
ここで、前記薄膜磁石の前記硬磁性体層は、Ｃｏに加えて、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの金属を含む硬磁性体で構成されることを特徴とすることができる。
また、前記薄膜磁石の前記硬磁性体層は、ＣｏＣｒＴａまたはＣｏＣｒＮｉからなる硬磁性体で構成されることを特徴とすることができる。
さらに、前記薄膜磁石は、それぞれの前記硬磁性体層の厚さが１５０ｎｍ以下であることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記薄膜磁石は、前記感受素子に対向する面が前記非磁性体層により構成されていることを特徴とすることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用される磁気センサの製造方法は、非磁性の基板上に、Ｃｏを含む硬磁性体からなる２層以上の硬磁性体層と、非磁性体からなる非磁性体層とを交互に積層して、磁気異方性が面内方向に制御された薄膜磁石を形成する薄膜磁石形成工程と、前記薄膜磁石の発生する磁束が透過する方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有する感受素子を備える感受部を形成する感受部形成工程と、を含む。
ここで、前記薄膜磁石形成工程は、前記非磁性体層が最上層となるように、前記硬磁性体層と当該非磁性体層とを交互に積層することを特徴とすることができる。

本発明によれば、薄膜磁石を単層の硬磁性体により構成する場合と比べ、薄膜磁石によって感受素子に印加される磁界を大きくすることができる。

（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される磁気センサの一例を説明する図である。 本実施の形態が適用される薄膜磁石の構成を説明する図である。 （ａ）〜（ｂ）は、薄膜磁石を構成する硬磁性体の厚さと、薄膜磁石の磁気特性との関係を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、磁気センサの製造方法の一例を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、磁気センサの製造方法の一例を説明する図である。

本明細書で説明する磁気センサは、いわゆる磁気インピーダンス効果素子を用いたものである。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［磁気センサ１］
図１（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される磁気センサ１の一例を説明する図である。図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線での断面図である。
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態が適用される磁気センサ１は、非磁性の基板１０と、基板１０上に設けられ硬磁性体（硬磁性体層１０３ａ、後述する図２参照）および非磁性体（非磁性体層１０３ｂ、後述する図２参照）で構成された薄膜磁石２０と、薄膜磁石２０に対向して積層され、軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成されて磁場を感受する感受部３０とを備える。なお、磁気センサ１の断面構造、特に薄膜磁石２０の断面構造については、後に詳述する。

ここで硬磁性体とは、外部磁界によって磁化されると、外部磁界を取り除いても磁化された状態が保持される、いわゆる保磁力の大きい材料である。一方、軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。

なお、本明細書においては、磁気センサ１を構成する要素（薄膜磁石２０など）を二桁の数字で表し、要素に加工される層（硬磁性体層１０３ａ、非磁性体層１０３ｂなど）を１００番台の数字で表す。そして、要素の数字に対して、要素に加工される層の番号を（ ）内に表記する。例えば薄膜磁石２０の場合、薄膜磁石２０（硬磁性体層１０３ａ、非磁性体層１０３ｂ）と表記する。図においては、２０（１０３ａ，１０３ｂ）と表記する。他の場合も同様である。

図１（ａ）により、磁気センサ１の平面構造を説明する。磁気センサ１は、一例として四角形の平面形状を有する。ここでは、磁気センサ１の最上部に形成された感受部３０及びヨーク４０を説明する。感受部３０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である複数の感受素子３１と、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する接続部３２と、電流供給のための電線が接続される端子部３３とを備える。ここでは、４個の感受素子３１が、長手方向が並列するように配置されている。また、本実施の形態の磁気センサ１では、感受素子３１が、磁気インピーダンス効果素子である。
感受素子３１は、例えば長手方向の長さが約１ｍｍ、短手方向の幅が数１００μｍ、厚さ（軟磁性体層１０５の厚さ）が０．５μｍ〜５μｍである。隣接する感受素子３１間の間隔は、５０μｍ〜１５０μｍである。

接続部３２は、隣接する感受素子３１の端部間に設けられ、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する。図１（ａ）に示す磁気センサ１では、４個の感受素子３１が並列に配置されているため、接続部３２は３個ある。感受素子３１の数は、感受（計測）したい磁界の大きさなどによって設定される。よって、例えば感受素子３１が２個であれば、接続部３２は１個である。また、感受素子３１が１個であれば、接続部３２を備えない。なお、接続部３２の幅は、感受部３０に流す電流によって設定すればよい。例えば、接続部３２の幅は、感受素子３１と同じであってもよい。

端子部３３は、接続部３２で接続されていない感受素子３１の２個の端部にそれぞれ設けられている。端子部３３は、感受素子３１から引き出す引き出し部と、電流を供給する電線を接続するパッド部とを備える。引き出し部は、２個のパッド部を感受素子３１の短手方向に設けるために備えられている。引き出し部を設けずパッド部を感受素子３１に連続するように設けてもよい。パッド部は、電線を接続しうる大きさであればよい。なお、感受素子３１が４個であるため、２個の端子部３３は図１（ａ）において左側に設けられている。感受素子３１の数が奇数の場合には、２個の端子部３３を左右に分けて設ければよい。

そして、感受部３０の感受素子３１、接続部３２及び端子部３３は、一層の軟磁性体層１０５で一体に構成されている。軟磁性体層１０５は、導電性であるので、一方の端子部３３から他方の端子部３３に、電流を流すことができる。
なお、感受素子３１の長さ及び幅、並列させる個数など上記した数値は一例であって、感受（計測）する磁界の値や用いる軟磁性体材料などによって変更してもよい。

さらに、磁気センサ１は、感受素子３１の長手方向の端部に対向して設けられたヨーク４０を備える。ここでは、感受素子３１の長手方向の両端部に対向してそれぞれが設けられた２個のヨーク４０ａ、４０ｂを備える。なお、ヨーク４０ａ、４０ｂをそれぞれ区別しない場合は、ヨーク４０と表記する。ヨーク４０は、感受素子３１の長手方向の端部に磁力線を誘導する。このため、ヨーク４０は、磁力線が透過しやすい軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成されている。つまり、感受部３０及びヨーク４０は、一層の軟磁性体層１０５により形成されている。なお、感受素子３１の長手方向に磁力線が十分透過する場合には、ヨーク４０を備えなくてもよい。

以上のことから、磁気センサ１の大きさは、平面形状において数ｍｍ角である。なお、磁気センサ１の大きさは、他の値であってもよい。

次に、図１（ｂ）により、磁気センサ１の断面構造を詳述する。磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３ａ及び非磁性体層１０３ｂからなる薄膜磁石２０、絶縁層１０４、軟磁性体層１０５からなる感受部３０及びヨーク４０がこの順に配置（積層）されて構成されている。

基板１０は、非磁性体からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコンなどの半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板等が挙げられる。
密着層１０１は、基板１０に対する制御層１０２の密着性を向上させるための層である。密着層１０１としては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金を用いるのがよい。Ｃｒ又はＮｉを含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＴａ、ＮｉＴａなどが挙げられる。密着層１０１の厚さは、例えば５ｎｍ〜５０ｎｍである。なお、基板１０に対する制御層１０２の密着性に問題がなければ、密着層１０１を設けることを要しない。なお、本明細書においては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金の組成比を示さない。以下同様である。

制御層１０２は、硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂで構成される薄膜磁石２０の磁気異方性が膜の面内方向に発現しやすいように制御する層である。制御層１０２としては、Ｃｒ、Ｍｏ若しくはＷ又はそれらを含む合金（以下では、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金と表記する。）を用いるのがよい。制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶ、ＣｒＷ等が挙げられる。また、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金は、ｂｃｃ（body-centered cubic（体心立方格子））構造を有する。制御層１０２の厚さは、例えば１０ｎｍ〜３００ｎｍである。

薄膜磁石２０は、二層以上の硬磁性体層１０３ａと、非磁性体層１０３ｂとが交互に積層されて構成される。図２は、本実施の形態が適用される薄膜磁石２０の構成を説明する図であって、図１（ｂ）に示した磁気センサ１における薄膜磁石２０の周囲の拡大断面図である。
図２に示す例では、薄膜磁石２０は、４層の硬磁性体層１０３ａと、４層の非磁性体層１０３ｂとが交互に積層されて構成されている。二層以上の硬磁性体層１０３ａと、非磁性体層１０３ｂとにより構成される薄膜磁石２０全体の厚さは、例えば５００ｎｍ〜１５００ｎｍである。

また、図２に示すように、薄膜磁石２０は、硬磁性体層１０３ａと非磁性体層１０３ｂとのうち、硬磁性体層１０３ａが制御層１０２に対向するようになっている。言い換えると、薄膜磁石２０の最下層は、硬磁性体層１０３ａにより構成されている。一方、絶縁層１０４に対向する薄膜磁石２０の最上層は、非磁性体層１０３ｂにより構成されている。なお、薄膜磁石２０の最上層は、硬磁性体層１０３ａにより構成されていてもよい。
さらに、図２に示すように、薄膜磁石２０は、それぞれの硬磁性体層１０３ａの厚さが、それぞれの非磁性体層１０３ｂの厚さと比べて厚い。

薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａは、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、Ｃｕから選ばれる少なくとも１つの金属を含む合金（以下では、硬磁性体層１０３ａを構成するＣｏ合金と表記する。）を用いることがよい。硬磁性体層１０３ａを構成するＣｏ合金として具体的には、Ｃｏ−Ｍ₁（Ｍ₁＝Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、Ｃｕ）、ＣｏＣｒ−Ｍ₂（Ｍ₂＝Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、Ｃｕ）、ＣｏＣｒＴａ−Ｍ₃（Ｍ₃＝Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、Ｃｕ）、ＣｏＣｒＰｔ−Ｍ₄（Ｍ₄＝Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、Ｃｕ）を用いることがよい。硬磁性体層１０３ａを構成するＣｏ合金としては、これらの中でも、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＮｉ、ＣｏＣｒＰｔＢを用いることが好ましい。

それぞれの硬磁性体層１０３ａの厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。それぞれの硬磁性体層１０３ａの厚さが１５０ｎｍを超える場合、薄膜磁石２０の保磁力（Ｈｃ）や角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）が低下しやすくなる。この場合、薄膜磁石２０により感受素子３１に印加される磁界の強さが低下するおそれがある。
また、複数の硬磁性体層１０３ａの厚さを足した総和は、それぞれの硬磁性体層１０３ａの厚さにもよるが、例えば１５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲である。

上述したように、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金は、ｂｃｃ構造を有する。よって、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａは、ｂｃｃ構造のＣｒ等を含む合金で構成された制御層１０２上において結晶成長しやすいｈｃｐ（hexagonal close-packed（六方最密充填））構造であるとよい。ｂｃｃ構造上にｈｃｐ構造の硬磁性体層１０３ａを結晶成長させると、ｈｃｐ構造のｃ軸が面内に向くように配向しやすい。よって、硬磁性体層１０３ａを含む薄膜磁石２０が面内方向に磁気異方性を有するようになりやすい。なお、硬磁性体層１０３ａは結晶方位の異なる集合からなる多結晶であり、各結晶が面内方向に磁気異方性を有する。この磁気異方性は結晶磁気異方性に由来するものである。

なお、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金及び硬磁性体層１０３ａを構成するＣｏ合金の結晶成長を促進するために、基板１０を１００℃〜６００℃に加熱するとよい。この加熱により、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金が結晶成長しやすくなり、ｈｃｐ構造を持つ硬磁性体層１０３ａが面内に磁化容易軸を持つように結晶配向されやすくなる。つまり、硬磁性体層１０３ａの面内に磁気異方性が付与されやすくなる。

薄膜磁石２０を構成する非磁性体層１０３ｂは、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ等の非磁性金属（以下では、非磁性体層１０３ｂを構成する非磁性金属と表記する。）により構成される。これらの中でも、非磁性体層１０３ｂを構成する非磁性金属は、ＣｒまたはＲｕであることが好ましい。なお、複数の非磁性体層１０３ｂのうち、それぞれの非磁性体層１０３ｂを構成する非磁性金属は、互いに等しくてもよく、互いに異なっていてもよい。
また、非磁性体層１０３ｂの厚さは、硬磁性体層１０３ａの厚さよりも薄く、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲である。非磁性体層１０３ｂの厚さが５ｎｍよりも厚い場合、非磁性体層１０３ｂを介して対向する硬磁性体層１０３ａ同士の相互作用が弱くなり、薄膜磁石２０により感受素子３１に印加される磁界の強さが低下するおそれがある。

図１（ｂ）に戻り、絶縁層１０４は、非磁性の絶縁体で構成され、薄膜磁石２０と感受部３０との間を電気的に絶縁する。絶縁層１０４を構成する絶縁体としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₂Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等が挙げられる。絶縁層１０４の厚さは、例えば０．０１μｍ〜５０μｍである。

感受部３０における感受素子３１は、長手方向に交差する方向、例えば直交する短手方向（幅方向）に一軸磁気異方性が付与されている。感受素子３１を構成する軟磁性体（軟磁性体層１０５）としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金（以下では、感受素子３１を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いるのがよい。感受素子３１を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ等が挙げられる。感受素子３１を構成する軟磁性体（軟磁性体層１０５）の厚さは、例えば０．５μｍ〜５μｍである。
なお、長手方向に交差する方向とは、長手方向に対して４５°を超えた角度を有すればよい。

密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂ（薄膜磁石２０）、絶縁層１０４は、平面形状が四角形（図１（ａ）参照）になるように加工されている。そして、露出した側面のうち、対向する二つの側面において、薄膜磁石２０がＮ極（図１（ｂ）における（Ｎ））及びＳ極（図１（ｂ）における（Ｓ））となっている。なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ線が、感受部３０における感受素子３１の長手方向に向くようになっている。ここで、長手方向に向くとは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度が４５°未満であることをいう。なお、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度は、小さいほどよい。

磁気センサ１において、薄膜磁石２０のＮ極から出た磁力線は、一旦磁気センサ１の外部に出る。そして、一部の磁力線が、ヨーク４０ａを介して感受素子３１を透過し、ヨーク４０ｂを介して再び外部にでる。そして、感受素子３１を透過した磁力線が透過しない磁力線とともに薄膜磁石２０のＳ極に戻る。つまり、薄膜磁石２０は、感受素子３１の長手方向に磁界を印加する。
なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とをまとめて両磁極と表記し、Ｎ極とＳ極とを区別しない場合は磁極と表記する。

なお、図１（ａ）に示すように、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）は、基板１０の表面側から見た形状が、感受部３０に近づくにつれて狭くなっていくように構成されている。これは、感受部３０に磁界を集中させる（磁力線を集める）ためである。つまり、感受部３０における磁界を強くして感度のさらなる向上を図っている。なお、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）の感受部３０に対向する部分の幅を狭くしなくてもよい。

ここで、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）と感受部３０との間隔は、例えば１μｍ〜１００μｍであればよい。

ところで、薄膜磁石２０の磁気特性は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）、保磁力（Ｈｃ）、硬磁性体の厚さ（Ｔ）等によって変化する。ここで、Ｍｒは、硬磁性体の残留磁化であり、Ｍｓは、硬磁性体の飽和磁化である。
具体的には、薄膜磁石２０により感受素子３１に印加される磁界の強さは、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の残留磁化（Ｍｒ）と厚さ（Ｔ）との積（ＭｒＴ）に比例する。しかしながら、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の厚さ（Ｔ）を単純に厚くすると、硬磁性体の角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）が低下する傾向がある（後述する図３（ａ）も参照）。ここで、硬磁性体の飽和磁化（Ｍｓ）は、硬磁性体の種類（材質）によって所定の値をとる。したがって、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の材質が同じ場合、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の厚さ（Ｔ）を単純に厚くすると、硬磁性体の残留磁化（Ｍｒ）が低下する。この結果、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の厚さ（Ｔ）を厚くした場合であっても、ＭｒＴは大きくならず、薄膜磁石２０により感受素子３１に印加される磁界の強さを大きくすることは困難である。

また、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の厚さ（Ｔ）を単純に厚くすると、保磁力（Ｈｃ）が低下する傾向がある（後述する図３（ｂ）も参照）。そして、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の保磁力（Ｈｃ）が低い場合、磁気センサ１の周囲の磁界（外部磁界）の影響を受けて、薄膜磁石２０の残留磁化（Ｍｒ）が低下するおそれがある。

図３（ａ）〜（ｂ）は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体（硬磁性体層１０３ａ）の厚さと、薄膜磁石２０の磁気特性との関係を説明する図である。図３（ａ）は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａの厚さと、薄膜磁石２０の角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）との関係を示している。図３（ｂ）は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａの厚さと、薄膜磁石２０の保磁力（Ｈｃ）との関係を示している。

また、図３（ａ）〜（ｂ）において、「単層」とは、薄膜磁石２０が一層の硬磁性体によって構成される場合を示しており、「厚さ」は、この一層の硬磁性体の厚さを意味する。一方、図３（ａ）〜（ｂ）において、「多層」とは、本実施の形態のように、薄膜磁石２０が二層以上の硬磁性体層１０３ａと、非磁性体層１０３ｂとが交互に積層されて構成される場合を示しており、「厚さ」は、薄膜磁石２０を構成する複数の硬磁性体層１０３ａの厚さの総和を意味する。
この例において、「単層」の薄膜磁石２０は、ＣｏＣｒＴａ（原子数比Ｃｏ：Ｃｒ：Ｔａ＝９０：８：２）からなる一層の硬磁性体により構成されている。また、「多層」の薄膜磁石２０は、厚さ５０ｎｍのＣｏＣｒＴａ（原子数比Ｃｏ：Ｃｒ：Ｔａ＝９０：８：２）からなる硬磁性体層１０３ａと、厚さ１ｎｍのＣｒからなる非磁性体層１０３ｂとを交互に積層し、且つ最上層の非磁性体層１０３ｂのみが厚さ１ｎｍのＲｕからなる構造を有している。なお、図３（ａ）〜（ｂ）において「多層」のグラフに付している数字は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａの層数である。

図３（ａ）に示すように、薄膜磁石２０が一層の硬磁性体により構成される場合（単層）、硬磁性体の厚さが厚くなるに従い、保磁力（Ｈｃ）が低下している。
これに対し、薄膜磁石２０が二層以上の硬磁性体層１０３ａを有する場合（多層）、硬磁性体層１０３ａの層数が増加し硬磁性体の厚さ（硬磁性体層１０３ａの厚さの総和）が厚くなった場合であっても、保磁力（Ｈｃ）の低下が抑制されている。

同様に、図３（ｂ）に示すように、薄膜磁石２０が一層の硬磁性体により構成される場合（単層）、硬磁性体の厚さが厚くなるに従い、角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）が低下している。
これに対し、薄膜磁石２０が二層以上の硬磁性体層１０３ａを有する場合（多層）、硬磁性体層１０３ａの層数が増加し硬磁性体の厚さ（硬磁性体層１０３ａの厚さの総和、Ｔ）が厚くなった場合であっても、角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）の低下が抑制されている。

このように、本実施の形態の磁気センサ１では、薄膜磁石２０が二層以上の硬磁性体層１０３ａと非磁性体層１０３ｂとが交互に積層された構造を有することで、保磁力（Ｈｃ）および角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）の低下を抑制しながら、硬磁性体の厚さ（硬磁性体層１０３ａの厚さの総和、Ｔ）を大きくすることができる。
この結果、本実施の形態の磁気センサ１では、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体の残留磁化（Ｍｒ）と厚さ（Ｔ）との積（ＭｒＴ）を大きくすることができ、薄膜磁石２０により感受素子３１に印加される磁界の強さを大きくすることが可能となる。また、本実施の形態の磁気センサ１では、薄膜磁石２０の保磁力（Ｈｃ）の低下を抑制することで、外部磁界の影響によって薄膜磁石２０の残留磁化（Ｍｒ）が低下することを抑制できる。

［磁気センサ１の製造方法］
次に磁気センサ１の製造方法の一例を説明する。
図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）は、磁気センサ１の製造方法の一例を説明する図である。図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）は、磁気センサ１の製造方法における工程を示す。なお、図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）は、代表的な工程であって、他の工程を含んでいてもよい。そして、工程は、図４（ａ）〜（ｄ）、図５（ａ）〜（ｄ）の順に進む。図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）は、図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線での断面図に対応する。

基板１０は、前述したように、非磁性材料からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板である。基板１０には、研磨機などを用いて、例えば曲率半径Ｒａが０．１ｎｍ〜１００ｎｍの筋状の溝又は筋状の凹凸が設けられていてもよい。なお、この筋状の溝又は筋状の凹凸の筋の方向は、硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂによって構成される薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向に設けられているとよい。このようにすることで、硬磁性体層１０３ａにおける結晶成長が、溝の方向へ促進される。よって、硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂにより構成される薄膜磁石２０の磁化容易軸がより溝方向（薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向）に向きやすい。つまり、薄膜磁石２０の着磁をより容易にする。

ここでは、基板１０は、一例として直径約９５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのガラスとして説明する。磁気センサ１の平面形状が数ｍｍ角である場合、基板１０上には、複数の磁気センサ１が一括して製造され、後に個々の磁気センサ１に分割（切断）される。図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）では、中央に表記する一個の磁気センサ１に着目するが、左右に隣接する磁気センサ１の一部を合わせて示す。なお、隣接する磁気センサ１間の境界を一点鎖線で示す。

図４（ａ）に示すように、基板１０を洗浄した後、基板１０の一方の面（以下、表面と表記する。）上に、密着層１０１、制御層１０２を順に成膜（体積）する。
まず、Ｃｒ又はＮｉを含む合金である密着層１０１、Ｃｒ等を含む合金である制御層１０２を順に連続して成膜（堆積）する。この成膜は、スパッタリング法などにより行うことができる。それぞれの材料で形成された複数のターゲットに順に対面するように、基板１０を移動させることで密着層１０１及び制御層１０２が基板１０上に順に積層される。前述したように、制御層１０２の形成では、結晶成長を促進するために、基板１０を例えば１００℃〜６００℃に加熱するとよい。

なお、密着層１０１の成膜では、基板１０の加熱を行ってもよく、行わなくてもよい。基板１０の表面に吸着している水分などを除去するために、密着層１０１を成膜する前に、基板１０を加熱してもよい。

次に、図４（ｂ）〜（ｃ）に示すように、制御層１０２の成膜に続けて、硬磁性体層１０３ａを構成するＣｏ合金と、非磁性体層１０３ｂを構成する非磁性金属とを、予め定められた回数だけ、交互に成膜する。この成膜は、スパッタリング法などにより行える。硬磁性体層１０３ａの材料で形成されたターゲットと非磁性体層１０３ｂの材料で形成されたターゲットとに交互に対面するように、基板１０を移動させることで、制御層１０２上に、硬磁性体層１０３ａと非磁性体層１０３ｂとが交互に積層される。前述したように、硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂの成膜は、硬磁性体層１０３ａの結晶成長を促進するために、基板１０を例えば１００℃〜６００℃に加熱するとよい。

この例では、硬磁性体層１０３ａと非磁性体層１０３ｂとを、交互に４層ずつ成膜している。付言すると、この例では、非磁性体層１０３ｂが最上層となるように、硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂを成膜している。これにより、例えば硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂの成膜後、絶縁層１０４を成膜する前に、基板１０をスパッタリング装置等の外へ露出させた場合に、硬磁性体層１０３ａが酸化することが抑制される。
硬磁性体層１０３ａの酸化のおそれがない場合等では、非磁性体層１０３ｂを設けずに硬磁性体層１０３ａが最上層になるようにしてもよい。

次に、図４（ｄ）に示すように、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₂Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等である絶縁層１０４を成膜（堆積）する。絶縁層１０４の成膜は、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタリング法などにより行える。

そして、図５（ａ）に示すように、感受部３０が形成される部分及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される部分を開口とするフォトレジストによるパターン（レジストパターン）１１１を、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。

そして、図５（ｂ）に示すように、感受素子３１を構成するＣｏ合金である軟磁性体層１０５を成膜（堆積）する。軟磁性体層１０５の成膜は、例えばスパッタリング法を用いて行える。

図５（ｃ）に示すように、レジストパターン１１１を除去するとともに、レジストパターン１１１上の軟磁性体層１０５を除去（リフトオフ）する。これにより、軟磁性体層１０５による感受部３０及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される。つまり、感受部３０とヨーク４０とが、１回の軟磁性体層１０５の成膜で形成される。この感受部３０を形成する工程を、感受部形成工程と呼ぶ。なお、感受部形成工程には、軟磁性体層１０５を形成する工程又は／及びヨーク４０を形成する工程が含まれていてもよい。

この後、軟磁性体層１０５には、感受部３０における感受素子３１の幅方向に一軸磁気異方性を付与する。この軟磁性体層１０５への一軸磁気異方性の付与は、例えば３ｋＧ（０．３Ｔ）の回転磁場中における４００℃での熱処理（回転磁場中熱処理）と、それに引き続く３ｋＧ（０．３Ｔ）の静磁場中における４００℃での熱処理（静磁場中熱処理）とで行える。この時、ヨーク４０を構成する軟磁性体層１０５にも同様の一軸磁気異方性が付与される。しかし、ヨーク４０は、磁気回路としての役割を果たせばよく、一軸磁気異方性が付与されてもよい。

次に、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａを着磁する。硬磁性体層１０３ａに対する着磁は、静磁場中又はパルス状の磁場中において、硬磁性体層１０３ａの保磁力より大きい磁界を、硬磁性体層１０３ａの磁化が飽和するまで印加することで行える。なお、上述した薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂを成膜する工程、および硬磁性体層１０３ａを着磁する工程は、磁気異方性が面内方向に制御された薄膜磁石２０を形成するための工程であるから、これらを併せて、薄膜磁石形成工程と呼ぶことがある。

この後、図５（ｄ）に示すように、基板１０上に形成された複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割（切断）する。つまり、図１（ａ）の平面図に示したように、平面形状が四角形になるように、基板１０、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３ａ、非磁性体層１０３ｂ、絶縁層１０４及び軟磁性体層１０５を切断する。すると、分割（切断）された硬磁性体層１０３ａおよび非磁性体層１０３ｂの側面に薄膜磁石２０の磁極（Ｎ極及びＳ極）が露出する。こうして、着磁された硬磁性体層１０３ａは、薄膜磁石２０になる。この分割（切断）は、ダイシング法やレーザカッティング法などにより行える。

なお、図５（ｄ）の複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の前に、基板１０上において隣接する磁気センサ１の間の密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３ａ、非磁性体層１０３ｂ及び絶縁層１０４を、平面形状が四角形（図１（ａ）に示した磁気センサ１の平面形状）になるようにエッチング除去してもよい。そして、露出した基板１０を分割（切断）してもよい。
また、図４（ａ）〜（ｄ）の積層体を形成する工程の後に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３ａ、非磁性体層１０３ｂ及び絶縁層１０４を、平面形状が四角形（図１（ａ）に示した磁気センサ１の平面形状）になるように加工してもよい。
なお、図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）に示した製造方法は、これらの製造方法に比べ、工程が簡略化される。

このようにして、磁気センサ１が製造される。なお、軟磁性体層１０５への一軸異方性の付与及び／又は薄膜磁石２０の着磁は、図５（ｄ）の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の後に、磁気センサ１毎又は複数の磁気センサ１に対して行ってもよい。

なお、制御層１０２を備えない場合には、複数の硬磁性体層１０３ａを成膜後、８００℃以上に加熱して結晶成長させることで、面内に磁気異方性を付与することが必要となる。しかし、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１のように、制御層１０２を備える場合には、制御層１０２により結晶成長が促進されるため、８００℃以上のような高温による結晶成長を要しない。

また、感受部３０の感受素子３１への一軸異方性の付与は、上記の回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う代わりに、感受素子３１を構成するＣｏ合金である軟磁性体層１０５の堆積時にマグネトロンスパッタリング法を用いて行ってもよい。マグネトロンスパッタリング法では、磁石（マグネット）を用いて磁界を形成し、放電によって発生した電子をターゲットの表面に閉じ込める（集中させる）。これにより、電子とガスとの衝突確率を増加させてガスの電離を促進し、膜の堆積速度（成膜速度）を向上させる。このマグネトロンスパッタリング法に用いられる磁石（マグネット）が形成する磁界により、軟磁性体層１０５の堆積と同時に、軟磁性体層１０５に一軸異方性が付与される。このようにすることで、回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う一軸異方性を付与する工程が省略できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。

１…磁気センサ、１０…基板、２０…薄膜磁石、３０…感受部、３１…感受素子、３２…接続部、３３…端子部、４０、４０ａ、４０ｂ…ヨーク、１０１…密着層、１０２…制御層、１０３ａ…硬磁性体層、１０３ｂ…非磁性体層、１０４…絶縁層、１０５…軟磁性体層

図１（ｂ）に戻り、絶縁層１０４は、非磁性の絶縁体で構成され、薄膜磁石２０と感受部３０との間を電気的に絶縁する。絶縁層１０４を構成する絶縁体としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ ₃ Ｎ ₄ 、ＡｌＮ等の窒化物等が挙げられる。絶縁層１０４の厚さは、例えば０．０１μｍ〜５０μｍである。

磁気センサ１において、薄膜磁石２０のＮ極から出た磁力線は、一旦磁気センサ１の外部に出る。そして、一部の磁力線が、ヨーク４０ａを介して感受素子３１を透過し、ヨーク４０ｂを介して再び外部にでる。そして、感受素子３１を透過した磁力線が、感受素子３１を透過しない磁力線とともに薄膜磁石２０のＳ極に戻る。つまり、薄膜磁石２０は、感受素子３１の長手方向に磁界を印加する。
なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とをまとめて両磁極と表記し、Ｎ極とＳ極とを区別しない場合は磁極と表記する。

図３（ａ）〜（ｂ）は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体（硬磁性体層１０３ａ）の厚さと、薄膜磁石２０の磁気特性との関係を説明する図である。図３（ａ）は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａの厚さと、薄膜磁石２０の保磁力（Ｈｃ）との関係を示している。図３（ｂ）は、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３ａの厚さと、薄膜磁石２０の角型比（Ｍｒ／Ｍｓ）との関係を示している。

次に、図４（ｄ）に示すように、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ ₃ Ｎ ₄ 、ＡｌＮ等の窒化物等である絶縁層１０４を成膜（堆積）する。絶縁層１０４の成膜は、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタリング法などにより行える。

Claims (7)

1. Ｃｏを含む硬磁性体で構成される２層以上の硬磁性体層と、非磁性体で構成され厚さが当該硬磁性体層の厚さ以下である非磁性体層とが交互に積層され、面内方向に磁気異方性を有する薄膜磁石と、
   軟磁性体で構成されるとともに、前記薄膜磁石に対向して配置され、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向が当該薄膜磁石の発生する磁界の方向を向くとともに、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と
   を備える磁気センサ。
2. 前記薄膜磁石の前記硬磁性体層は、Ｃｏに加えて、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、Ｃｕから選択される少なくとも１つの金属を含む硬磁性体で構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記薄膜磁石の前記硬磁性体層は、ＣｏＣｒＴａまたはＣｏＣｒＮｉからなる硬磁性体で構成されることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記薄膜磁石は、それぞれの前記硬磁性体層の厚さが１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
5. 前記薄膜磁石は、前記感受素子に対向する面が前記非磁性体層により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
6. 非磁性の基板上に、Ｃｏを含む硬磁性体からなる２層以上の硬磁性体層と、非磁性体からなる非磁性体層とを交互に積層して、磁気異方性が面内方向に制御された薄膜磁石を形成する薄膜磁石形成工程と、
   前記薄膜磁石の発生する磁束が透過する方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有する感受素子を備える感受部を形成する感受部形成工程と、
   を含む、磁気センサの製造方法。
7. 前記薄膜磁石形成工程は、前記非磁性体層が最上層となるように、前記硬磁性体層と当該非磁性体層とを交互に積層することを特徴とする請求項６に記載の磁気センサの製造方法。

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