JP2023046263A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】クラックが発生することを抑制できるようにしたセンサを実現する。【解決手段】磁気センサ１は、凸面３０５ｃを有する絶縁層３０５と、第１のＭＲ素子５０Ｂと、第２のＭＲ素子５０Ｃとを備えている。第１のＭＲ素子５０Ｂは、凸面３０５ｃの第１の傾斜面３０５ａの上に配置されている。第２のＭＲ素子５０Ｃは、凸面３０５ｃの第２の傾斜面３０５ｂの上に配置されている。凸面３０５ｃは、第１ないし第３の曲面部分３０５ｃ１～３０５ｃ３を含んでいる。第２および第３の曲面部分３０５ｃ２，３０５ｃ３は、それぞれ、基板３０１の上面３０１ａに近づく方向に凸となる曲面である。【選択図】図１３

Description

本発明は、凸面にセンサ素子が配置されたセンサに関する。

近年、種々の用途で、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサが利用されている。磁気センサを含むシステムでは、基板上に設けられた磁気抵抗効果素子によって、基板の面に垂直な方向の成分を含む磁界を検出したい場合がある。この場合、基板の面に垂直な方向の磁界を基板の面に平行な方向の磁界に変換する軟磁性体を設けたり、磁気抵抗効果素子を基板上に形成された傾斜面上に配置したりすることによって、基板の面に垂直な方向の成分を含む磁界を検出することができる。

特許文献１には、Ｘ軸センサとＹ１軸センサとＹ２軸センサが基板上に設けられた三軸磁気センサが開示されている。Ｙ１軸センサとＹ２軸センサを構成する複数の磁気抵抗効果素子は、基板の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部の各斜面上に形成されている。

特開２００７－２１２２７５号公報

特許文献１に開示された三軸磁気センサのように、磁気抵抗効果素子を支持するための支持部材であって、平坦部から台形状の複数の突部が突出する構造を有する支持部材では、突部の表面と平坦部の表面が、突部と平坦部との境界で不連続になる。そのため、支持部材の表面は、滑らかな面にはならない。上記の構造を有する支持部材を備えた磁気センサでは、磁気センサの製造過程または使用中に、突部と平坦部との境界の近傍において支持部材にクラックが発生することがあった。

上記の問題は、磁気センサに限らず、傾斜面上にセンサ素子が形成されるセンサ全般に当てはまる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、傾斜した凸面上にセンサ素子の機能層が形成されたセンサであって、クラックが発生することを抑制できるようにしたセンサを提供することにある。

本発明のセンサは、所定の物理量を検出するように構成されたセンサである。本発明のセンサは、上面を有する基板と、基板の上に配置された支持部材と、所定の物理量に応じて物性が変化するように構成されたセンサ素子とを備えている。支持部材は、基板の上面から遠ざかる方向に張り出すと共に少なくとも一部が基板の上面に対して傾斜した凸面を有している。凸面は、基板の上面から最も遠い上端部を有している。センサ素子は、センサ素子の少なくとも一部を構成する機能層を含んでいる。機能層は、凸面の上に配置されている。凸面は、上端部を含む第１の曲面部分と、第１の曲面部分に連続し且つ基板の上面に垂直な方向において第１の曲面部分と基板の上面との間に位置する第２の曲面部分とを含んでいる。第１の曲面部分は、基板の上面から遠ざかる方向に凸となる曲面である。第２の曲面部分は、基板の上面に近づく方向に凸となる曲面である。基板の上面に垂直な断面における第２の曲面部分の曲率半径は、基板の上面に垂直な断面における第１の曲面部分の曲率半径よりも小さく、且つ０．３μｍ以上である。基板の上面に垂直な断面における第１の曲面部分の曲率半径は、４．２５μｍ以上５．４５μｍ以下である。

本発明のセンサでは、支持部材は、それぞれ前述の特徴を有する第１の曲面部分および第２の曲面部分を含む凸面を有している。これにより、本発明によれば、傾斜した凸面上にセンサ素子の機能層が形成されたセンサにおいて、クラックが発生することを抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサ装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態における第１の検出回路の回路構成を示す回路図である。 本発明の一実施の形態における第２の検出回路の回路構成を示す回路図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気センサの一部を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気センサの一部を示す断面図である。 本発明の一実施の形態における磁気抵抗効果素子を示す側面図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気センサの製造方法における一工程を示す断面図である。 図８に示した工程に続く工程を示す断面図である。 図９に示した工程に続く工程を示す断面図である。 図１０に示した工程に続く工程を示す断面図である。 本発明の一実施の形態における支持部材の形状を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態における凸面の形状を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態における凸面の形状を表す関数のグラフを示す説明図である。 図１４に示した関数の第１次導関数のグラフを示す説明図である。 図１４に示した関数の第２次導関数のグラフを示す説明図である。

以下で説明する本発明の実施の形態は、所定の物理量を検出するように構成されたセンサに関する。実施の形態において、センサは、所定の物理量に応じて物性が変化するように構成されたセンサ素子を備えている。例えば、所定の物理量は、検出対象の磁界である対象磁界の方向および強度の少なくとも一方であってもよい。この場合、センサ素子は、対象磁界の方向および強度の少なくとも一方の変化を検出するように構成された磁気検出素子であってもよい。磁気検出素子を備えたセンサは、磁気センサとも呼ばれる。磁気センサは、対象磁界の方向および強度の少なくとも一方を検出するように構成されている。以下、センサが磁気センサである場合を例にとって、実施の形態について詳細に説明する。

始めに、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサ装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態に係る磁気センサ１は、本発明における「センサ」に対応する。

図１に示したように、磁気センサ１は、直方体形状のチップの形態を有している。磁気センサ１は、互いに反対側に位置する上面１ａおよび下面と、上面１ａおよび下面とを接続する４つの側面とを有している。また、磁気センサ１は、上面１ａ上に設けられた複数の電極パッドを有している。

ここで、図１を参照して、本実施の形態における基準座標系について説明する。基準座標系は、磁気センサ１を基準とした座標系であって、３つの軸によって定義された直交座標系である。基準座標系では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が定義されている。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では特に、磁気センサ１の上面１ａに垂直な方向であって、磁気センサ１の下面から上面１ａに向かう方向を、Ｚ方向とする。また、Ｘ方向とは反対の方向を－Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を－Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を－Ｚ方向とする。基準座標系を定義する３つの軸は、Ｘ方向に平行な軸と、Ｙ方向に平行な軸と、Ｚ方向に平行な軸である。

以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。また、磁気センサ１の構成要素に関して、Ｚ方向の端に位置する面を「上面」と言い、－Ｚ方向の端に位置する面を「下面」と言う。また、「Ｚ方向から見たとき」という表現は、Ｚ方向に離れた位置から対象物を見ることを意味する。

図２に示したように、磁気センサ１は、第１の検出回路２０と、第２の検出回路３０とを備えている。第１および第２の検出回路２０，３０の各々は、複数の磁気検出素子を含み、対象磁界を検出して少なくとも１つの検出信号を生成するように構成されている。本実施の形態では特に、複数の磁気検出素子は、複数の磁気抵抗効果素子である。以下、磁気抵抗効果素子を、ＭＲ素子と記す。

第１および第２の検出回路２０，３０が生成する複数の検出信号は、プロセッサ４０によって処理される。磁気センサ１とプロセッサ４０は、磁気センサ装置１００を構成する。プロセッサ４０は、第１および第２の検出回路２０，３０が生成する複数の検出信号を処理することによって、所定の基準位置における磁界の互いに異なる２つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出値および第２の検出値を生成するように構成されている。本実施の形態では特に、上記の互いに異なる２つの方向は、ＸＹ平面に平行な１つの方向と、Ｚ方向に平行な方向である。プロセッサ４０は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって構成されている。

プロセッサ４０は、例えば、磁気センサ１を支持する支持体に含まれていてもよい。この支持体は、複数の電極パッドを有している。第１および第２の検出回路２０，３０とプロセッサ４０は、例えば、磁気センサ１の複数の電極パッド、支持体の複数の電極パッドおよび複数のボンディングワイヤを介して接続されている。磁気センサ１の複数の電極パッドが磁気センサ１の上面１ａに設けられている場合、磁気センサ１は、磁気センサ１の下面が支持体の上面に対向する姿勢で、支持体の上面上に実装されていてもよい。

次に、図３ないし図６を参照して、第１および第２の検出回路２０，３０について説明する。図３は、第１の検出回路２０の回路構成を示す回路図である。図４は、第２の検出回路３０の回路構成を示す回路図である。図５は、磁気センサ１の一部を示す平面図である。図６は、磁気センサ１の一部を示す断面図である。

ここで、図５に示したように、Ｕ方向とＶ方向を、以下のように定義する。Ｕ方向は、Ｘ方向から－Ｙ方向に向かって回転した方向である。Ｖ方向は、Ｙ方向からＸ方向に向かって回転した方向である。本実施の形態では特に、Ｕ方向を、Ｘ方向から－Ｙ方向に向かってαだけ回転した方向とし、Ｖ方向を、Ｙ方向からＸ方向に向かってαだけ回転した方向とする。なお、αは、０°よりも大きく９０°よりも小さい角度である。一例では、αは４５°である。また、Ｕ方向とは反対の方向を－Ｕ方向とし、Ｖ方向とは反対の方向を－Ｖ方向とする。

また、図６に示したように、Ｗ１方向とＷ２方向を、以下のように定義する。Ｗ１方向は、Ｖ方向から－Ｚ方向に向かって回転した方向である。Ｗ２方向は、Ｖ方向からＺ方向に向かって回転した方向である。本実施の形態では特に、Ｗ１方向を、Ｖ方向から－Ｚ方向に向かってβだけ回転した方向とし、Ｗ２方向を、Ｖ方向からＺ方向に向かってβだけ回転した方向とする。なお、βは、０°よりも大きく９０°よりも小さい角度である。また、Ｗ１方向とは反対の方向を－Ｗ１方向とし、Ｗ２方向とは反対の方向を－Ｗ２方向とする。Ｗ１方向およびＷ２方向は、それぞれ、Ｕ方向と直交する。

第１の検出回路２０は、対象磁界のＷ１方向に平行な方向の成分を検出し、この成分と対応関係を有する少なくとも１つの第１の検出信号を生成するように構成されている。第２の検出回路３０は、対象磁界のＷ２方向に平行な方向の成分を検出し、この成分と対応関係を有する少なくとも１つの第２の検出信号を生成するように構成されている。

図３に示したように、第１の検出回路２０は、電源端Ｖ２と、グランド端Ｇ２と、信号出力端Ｅ２１，Ｅ２２と、第１の抵抗部Ｒ２１と、第２の抵抗部Ｒ２２と、第３の抵抗部Ｒ２３と、第４の抵抗部Ｒ２４とを含んでいる。第１の検出回路２０の複数のＭＲ素子は、第１ないし第４の抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４を構成する。

第１の抵抗部Ｒ２１は、電源端Ｖ２と信号出力端Ｅ２１との間に設けられている。第２の抵抗部Ｒ２２は、信号出力端Ｅ２１とグランド端Ｇ２との間に設けられている。第３の抵抗部Ｒ２３は、信号出力端Ｅ２２とグランド端Ｇ２との間に設けられている。第４の抵抗部Ｒ２４は、電源端Ｖ２と信号出力端Ｅ２２との間に設けられている。

図４に示したように、第２の検出回路３０は、電源端Ｖ３と、グランド端Ｇ３と、信号出力端Ｅ３１，Ｅ３２と、第１の抵抗部Ｒ３１と、第２の抵抗部Ｒ３２と、第３の抵抗部Ｒ３３と、第４の抵抗部Ｒ３４とを含んでいる。第２の検出回路３０の複数のＭＲ素子は、第１ないし第４の抵抗部Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ３４を構成する。

第１の抵抗部Ｒ３１は、電源端Ｖ３と信号出力端Ｅ３１との間に設けられている。第２の抵抗部Ｒ３２は、信号出力端Ｅ３１とグランド端Ｇ３との間に設けられている。第３の抵抗部Ｒ３３は、信号出力端Ｅ３２とグランド端Ｇ３との間に設けられている。第４の抵抗部Ｒ３４は、電源端Ｖ３と信号出力端Ｅ３２との間に設けられている。

電源端Ｖ２，Ｖ３の各々には、所定の大きさの電圧または電流が印加される。グランド端Ｇ２，Ｇ３の各々はグランドに接続される。

以下、第１の検出回路２０の複数のＭＲ素子を複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと言い、第２の検出回路３０の複数のＭＲ素子を複数の第２のＭＲ素子５０Ｃと言う。第１および第２の検出回路２０，３０は磁気センサ１の構成要素であることから、磁気センサ１が複数の第１のＭＲ素子５０Ｂおよび複数の第２のＭＲ素子５０Ｃを含んでいるとも言える。また、任意のＭＲ素子については、符号５０を付して表す。

図７は、ＭＲ素子５０を示す側面図である。ＭＲ素子５０は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。ＭＲ素子５０は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層５２と、対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層５４と、磁化固定層５２と自由層５４の間に配置されたギャップ層５３とを有している。ＭＲ素子５０は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層５３はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層５３は非磁性導電層である。ＭＲ素子５０では、自由層５４の磁化の方向が磁化固定層５２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°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。各ＭＲ素子５０において、自由層５４は、磁化容易軸方向が、磁化固定層５２の磁化の方向に直交する方向となる形状異方性を有している。なお、自由層５４に所定の方向の磁化容易軸を設定する手段として、自由層５４に対してバイアス磁界を印加する磁石を用いることもできる。

ＭＲ素子５０は、更に、反強磁性層５１を有している。反強磁性層５１、磁化固定層５２、ギャップ層５３および自由層５４は、この順に積層されている。反強磁性層５１は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層５２との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層５２の磁化の方向を固定する。なお、磁化固定層５２は、いわゆるセルフピン止め型の固定層（Synthetic Ferri Pinned 層、ＳＦＰ層）であってもよい。セルフピン止め型の固定層は、強磁性層、非磁性中間層および強磁性層を積層させた積層フェリ構造を有し、２つの強磁性層を反強磁性的に結合させてなるものである。磁化固定層５２がセルフピン止め型の固定層である場合、反強磁性層５１を省略してもよい。

なお、ＭＲ素子５０における層５１～５４の配置は、図７に示した配置とは上下が反対でもよい。

図３および図４において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子５０の磁化固定層５２の磁化の方向を表している。また、白抜きの矢印は、ＭＲ素子５０に対象磁界が印加されていない場合における、ＭＲ素子５０の自由層５４の磁化の方向を表している。

図３に示した例では、第１および第３の抵抗部Ｒ２１，Ｒ２３の各々における磁化固定層５２の磁化の方向は、Ｗ１方向である。第２および第４の抵抗部Ｒ２２，Ｒ２４の各々における磁化固定層５２の磁化の方向は、－Ｗ１方向である。また、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂの各々の自由層５４は、磁化容易軸方向がＵ方向に平行な方向となる形状異方性を有している。第１および第２の抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２の各々における自由層５４の磁化の方向は、第１のＭＲ素子５０Ｂに対象磁界が印加されていない場合、Ｕ方向である。第３および第４の抵抗部Ｒ２３，Ｒ２４の各々における自由層５４の磁化の方向は、上記の場合、－Ｕ方向である。

図４に示した例では、第１および第３の抵抗部Ｒ３１，Ｒ３３の各々における磁化固定層５２の磁化の方向は、Ｗ２方向である。第２および第４の抵抗部Ｒ３２，Ｒ３４の各々における磁化固定層５２の磁化の方向は、－Ｗ２方向である。また、複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの各々の自由層５４は、磁化容易軸方向がＵ方向に平行な方向となる形状異方性を有している。第１および第２の抵抗部Ｒ３１，Ｒ３２の各々における自由層５４の磁化の方向は、第２のＭＲ素子５０Ｃに対象磁界が印加されていない場合、Ｕ方向である。第３および第４の抵抗部Ｒ３３，Ｒ３４の各々における自由層５４の磁化の方向は、上記の場合、－Ｕ方向である。

磁気センサ１は、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの各々の自由層５４に対して、所定の方向の磁界を印加するように構成された磁界発生器を含んでいる。本実施の形態では、磁界発生器は、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの各々の自由層５４に対して所定の方向の磁界を印加するコイル８０を含んでいる。

なお、磁化固定層５２の磁化の方向と自由層５４の磁化容易軸の方向は、ＭＲ素子５０の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。また、磁化固定層５２の磁化は、上述の方向を主成分とする磁化成分を含むように構成されていてもよい。この場合、磁化固定層５２の磁化の方向は、上述の方向またはほぼ上述の方向になる。

以下、図５および図６を参照して、磁気センサ１の具体的な構造について詳しく説明する。図６は、図５において６－６線で示す位置の断面の一部を示している。

磁気センサ１は、上面３０１ａを有する基板３０１と、絶縁層３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８，３０９，３１０と、複数の下部電極６１Ｂと、複数の下部電極６１Ｃと、複数の上部電極６２Ｂと、複数の上部電極６２Ｃと、複数の下部コイル要素８１と、複数の上部コイル要素８２とを含んでいる。基板３０１の上面３０１ａは、ＸＹ平面に平行であるものとする。Ｚ方向は、基板３０１の上面３０１ａに垂直な一方向でもある。なお、コイル要素とは、コイルの巻線の一部である。

絶縁層３０２は、基板３０１の上に配置されている。複数の下部コイル要素８１は、絶縁層３０２の上に配置されている。絶縁層３０３は、絶縁層３０２の上において複数の下部コイル要素８１の周囲に配置されている。絶縁層３０４，３０５，３０６は、複数の下部コイル要素８１および絶縁層３０３の上に、この順に積層されている。

複数の下部電極６１Ｂと複数の下部電極６１Ｃは、絶縁層３０６の上に配置されている。絶縁層３０７は、絶縁層３０６の上において複数の下部電極６１Ｂの周囲と複数の下部電極６１Ｃの周囲に配置されている。複数の第１のＭＲ素子５０Ｂは、複数の下部電極６１Ｂの上に配置されている。複数の第２のＭＲ素子５０Ｃは、複数の下部電極６１Ｃの上に配置されている。絶縁層３０８は、複数の下部電極６１Ｂ、複数の下部電極６１Ｃおよび絶縁層３０７の上において複数の第１のＭＲ素子５０Ｂの周囲と複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの周囲に配置されている。複数の上部電極６２Ｂは、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂおよび絶縁層３０８の上に配置されている。複数の上部電極６２Ｃは、複数の第２のＭＲ素子５０Ｃおよび絶縁層３０８の上に配置されている。絶縁層３０９は、絶縁層３０８の上において複数の上部電極６２Ｂの周囲と複数の上部電極６２Ｃの周囲に配置されている。

絶縁層３１０は、複数の上部電極６２Ｂ、複数の上部電極６２Ｃおよび絶縁層３０９の上に配置されている。複数の上部コイル要素８２は、絶縁層３１０の上に配置されている。磁気センサ１は、更に、複数の上部コイル要素８２および絶縁層３１０を覆う図示しない絶縁層を含んでいてもよい。

磁気センサ１は、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと複数の第２のＭＲ素子５０Ｃを支持する支持部材を含んでいる。支持部材は、基板３０１の上面３０１ａに対して傾斜した少なくとも１つの傾斜面を有している。本実施の形態では特に、支持部材は、絶縁層３０５によって構成されている。なお、図５では、磁気センサ１の構成要素のうち、絶縁層３０５、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂ、複数の第２のＭＲ素子５０Ｃおよび複数の上部コイル要素８２を示している。

絶縁層３０５は、それぞれ基板３０１の上面３０１ａから遠ざかる方向（Ｚ方向）に張り出す複数の凸面３０５ｃを有している。複数の凸面３０５ｃの各々は、Ｕ方向に平行な方向に延在している。凸面３０５ｃの全体形状は、図６に示した凸面３０５ｃの曲線形状（アーチ形状）をＵ方向に平行な方向に沿って移動してできる半円筒状の曲面である。また、複数の凸面３０５ｃは、所定の間隔でＶ方向に平行な方向に並んでいる。

複数の凸面３０５ｃの各々は、基板３０１の上面３０１ａから最も遠い上端部を有している。本実施の形態では、複数の凸面３０５ｃの各々の上端部は、Ｕ方向に平行な方向に延在するものとする。ここで、複数の凸面３０５ｃのうちの任意の１つの凸面３０５ｃに着目する。凸面３０５ｃは、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂとを含んでいる。第１の傾斜面３０５ａは、凸面３０５ｃのうち、凸面３０５ｃの上端部よりもＶ方向側の面である。第２の傾斜面３０５ｂは、凸面３０５ｃのうち、凸面３０５ｃの上端部よりも－Ｖ方向側の面である。図５では、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂとの境界を、点線で示している。

凸面３０５ｃの上端部は、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂとの境界であってもよい。この場合、図５に示した点線は、凸面３０５ｃの上端部を示している。

基板３０１の上面３０１ａは、ＸＹ平面に平行である。第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂの各々は、基板３０１の上面３０１ａすなわちＸＹ平面に対して傾斜している。基板３０１の上面３０１ａに垂直な断面において、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂの間隔は、基板３０１の上面３０１ａから遠ざかるに従って小さくなる。

本実施の形態では、凸面３０５ｃが複数存在することから、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂもそれぞれ複数存在する。絶縁層３０５は、複数の第１の傾斜面３０５ａと、複数の第２の傾斜面３０５ｂとを有している。

絶縁層３０５は、更に、複数の凸面３０５ｃの周囲に存在する平坦面３０５ｄを有している。平坦面３０５ｄは、基板３０１の上面３０１ａに平行な面である。複数の凸面３０５ｃの各々は、平坦面３０５ｄからＺ方向に突出している。また、本実施の形態では、複数の凸面３０５ｃは、所定の間隔を開けて配置されている。従って、Ｖ方向に隣接する２つの凸面３０５ｃの間には、平坦面３０５ｄが存在する。

絶縁層３０５は、それぞれＺ方向に突出した複数の突出部と、複数の突出部の周囲に存在する平坦部とを含んでいる。複数の突出部の各々は、Ｕ方向に平行な方向に延在すると共に、凸面３０５ｃを有している。また、複数の突出部は、所定の間隔でＶ方向に平行な方向に並んでいる。平坦部の厚み（Ｚ方向の寸法）は、実質的に一定である。

なお、絶縁層３０４は、実質的に一定の厚み（Ｚ方向の寸法）を有し、絶縁層３０５の下面に沿って形成されている。絶縁層３０６は、実質的に一定の厚み（Ｚ方向の寸法）を有し、絶縁層３０５の上面に沿って形成されている。

本実施の形態では特に、絶縁層３０５は、絶縁層３０４の上に配置された第１層３０５１と、第１層３０５１の上に配置された第２層３０５２とを含んでいる。第２層３０５２は、互いに分離された複数の部分を含んでいる。絶縁層３０６は、第１層３０５１の上面のうちの第２層３０５２が配置されていない部分と、第２層３０５２の上面の上に配置されている。複数の第１の傾斜面３０５ａと複数の第２の傾斜面３０５ｂの各々は、第１層３０５１と第２層３０５２にわたって形成されている。

複数の下部電極６１Ｂは、複数の第１の傾斜面３０５ａの上に配置されている。複数の下部電極６１Ｃは、複数の第２の傾斜面３０５ｂの上に配置されている。前述のように、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂの各々は、基板３０１の上面３０１ａすなわちＸＹ平面に対して傾斜していることから、複数の下部電極６１Ｂの各々の上面と複数の下部電極６１Ｃの各々の上面も、ＸＹ平面に対して傾斜する。従って、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと複数の第２のＭＲ素子５０Ｃは、ＸＹ平面に対して傾斜した傾斜面上に配置されていると言える。絶縁層３０５は、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの各々をＸＹ平面に対して傾くように支持するための部材である。

なお、本実施の形態では、第１の傾斜面３０５ａは曲面である。そのため、第１のＭＲ素子５０Ｂは、曲面（第１の傾斜面３０５ａ）に沿って湾曲する。本実施の形態では、便宜上、第１のＭＲ素子５０Ｂの磁化固定層５２の磁化の方向は、直線的な方向として前述のように定義される。第１のＭＲ素子５０Ｂの磁化固定層５２の磁化の方向であるＷ１方向および－Ｗ１方向は、第１の傾斜面３０５ａのうち、第１のＭＲ素子５０Ｂの近傍の部分に接する接線が延在する方向でもある。

同様に、本実施の形態では、第２の傾斜面３０５ｂは曲面である。そのため、第２のＭＲ素子５０Ｃは、曲面（第２の傾斜面３０５ｂ）に沿って湾曲する。本実施の形態では、便宜上、第２のＭＲ素子５０Ｃの磁化固定層５２の磁化の方向は、直線的な方向として前述のように定義される。第２のＭＲ素子５０Ｃの磁化固定層５２の磁化の方向であるＷ２方向および－Ｗ２方向は、第２の傾斜面３０５ｂのうち、第２のＭＲ素子５０Ｃの近傍の部分に接する接線が延在する方向でもある。

図５に示したように、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂは、Ｕ方向とＶ方向にそれぞれ複数個ずつ並ぶように配列されている。１つの第１の傾斜面３０５ａの上には、複数個の第１のＭＲ素子５０Ｂが１列に並んでいる。同様に、複数の第２のＭＲ素子５０Ｃは、Ｕ方向とＶ方向にそれぞれ複数個ずつ並ぶように配列されている。１つの第２の傾斜面３０５ｂの上には、複数個の第２のＭＲ素子５０Ｃが１列に並んでいる。本実施の形態では、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂの列と複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの列が、Ｖ方向に平行な方向において交互に並んでいる。

なお、隣接する１つの第１のＭＲ素子５０Ｂと１つの第２のＭＲ素子５０Ｃは、Ｚ方向から見たときに、Ｕ方向に平行な方向にずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。また、１つの第２のＭＲ素子５０Ｃを挟んで隣接する２つの第１のＭＲ素子５０Ｂは、Ｚ方向から見たときに、Ｕ方向に平行な方向にずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。また、１つの第１のＭＲ素子５０Ｂを挟んで隣接する２つの第２のＭＲ素子５０Ｃは、Ｚ方向から見たときに、Ｕ方向に平行な方向にずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。

複数の第１のＭＲ素子５０Ｂは、複数の下部電極６１Ｂと複数の上部電極６２Ｂによって、直列に接続されている。ここで、図７を参照して、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂの接続方法について詳しく説明する。図７において、符号６１は、任意のＭＲ素子５０に対応する下部電極を示し、符号６２は、任意のＭＲ素子５０に対応する上部電極を示している。図７に示したように、個々の下部電極６１は細長い形状を有している。下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１の間には、間隙が形成されている。下部電極６１の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ素子５０が配置されている。また、個々の上部電極６２は細長い形状を有し、下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子５０同士を電気的に接続する。

図示しないが、１列に並んだ複数個のＭＲ素子５０の列の端に位置する１つのＭＲ素子５０は、下部電極６１の長手方向と交差する方向に隣接する他の複数個のＭＲ素子５０の列の端に位置する他の１つのＭＲ素子５０に接続されている。この２つのＭＲ素子５０は、図示しない電極によって互いに接続されている。図示しない電極は、２つのＭＲ素子５０の下面同士または上面同士を接続する電極であってもよい。

図７に示したＭＲ素子５０が第１のＭＲ素子５０Ｂである場合、図７に示した下部電極６１は下部電極６１Ｂに対応し、図７に示した上部電極６２は上部電極６２Ｂに対応する。また、この場合、下部電極６１の長手方向は、Ｕ方向に平行な方向になる。

同様に、複数の第２のＭＲ素子５０Ｃは、複数の下部電極６１Ｃと複数の上部電極６２Ｃによって、直列に接続されている。前述の複数の第１のＭＲ素子５０Ｂの接続方法についての説明は、複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの接続方法にも当てはまる。図７に示したＭＲ素子５０が第２のＭＲ素子５０Ｃである場合、図７に示した下部電極６１は下部電極６１Ｃに対応し、図７に示した上部電極６２は上部電極６２Ｃに対応する。また、この場合、下部電極６１の長手方向は、Ｕ方向に平行な方向になる。

なお、本実施の形態では、反強磁性層５１、磁化固定層５２、ギャップ層５３および自由層５４を含む積層膜を、ＭＲ素子５０として説明している。しかし、この積層膜と、下部電極６１と、上部電極６２とを備えたものを、本実施の形態おけるＭＲ素子としてもよい。積層膜は、複数の磁性膜を含んでいる。下部電極６１は、凸面３０５ｃと複数の磁性膜との間に配置された非磁性金属層である。ＭＲ素子は、複数の積層膜と、複数の下部電極６１と、複数の上部電極６２とを備えていてもよい。

複数の上部コイル要素８２の各々は、Ｙ方向に平行な方向に延在している。また、複数の上部コイル要素８２は、Ｘ方向に並ぶように配列されている。本実施の形態では特に、Ｚ方向から見たときに、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの各々には、２つの上部コイル要素８２が重なっている。

複数の下部コイル要素８１の各々は、Ｙ方向に平行な方向に延在している。また、複数の下部コイル要素８１は、Ｘ方向に並ぶように配列されている。複数の下部コイル要素８１の形状および配列は、複数の上部コイル要素８２の形状および配列と同じであってもよいし、異なっていてもよい。図５および図６に示した例では、複数の下部コイル要素８１の各々のＸ方向の寸法は、複数の上部コイル要素８２の各々のＸ方向の寸法よりも小さい。また、Ｘ方向に隣接する２つの下部コイル要素８１の間隔は、Ｘ方向に隣接する２つの上部コイル要素８２の間隔よりも小さい。

図５および図６に示した例では、複数の下部コイル要素８１と複数の上部コイル要素８２は、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂと複数の第２のＭＲ素子５０Ｃの各々の自由層５４に対して、Ｘ方向に平行な方向の磁界を印加するコイル８０を構成するように、電気的に接続されている。また、コイル８０は、例えば、第１の検出回路２０の第１および第２の抵抗部Ｒ２１，Ｒ２２と第２の検出回路３０の第１および第２の抵抗部Ｒ３１，Ｒ３２における自由層５４に対してＸ方向の磁界を印加し、第１の検出回路２０の第３および第４の抵抗部Ｒ２３，Ｒ２４と第２の検出回路３０の第３および第４の抵抗部Ｒ３３，Ｒ３４における自由層５４に対して－Ｘ方向の磁界を印加することができるように構成されていてもよい。また、コイル８０は、プロセッサ４０によって制御されてもよい。

次に、第１および第２の検出信号について説明する。始めに、図３を参照して、第１の検出信号について説明する。対象磁界のＷ１方向に平行な方向の成分の強度が変化すると、第１の検出回路２０の抵抗部Ｒ２１～Ｒ２４の各々の抵抗値は、抵抗部Ｒ２１，Ｒ２３の抵抗値が増加すると共に抵抗部Ｒ２２，Ｒ２４の抵抗値が減少するか、抵抗部Ｒ２１，Ｒ２３の抵抗値が減少すると共に抵抗部Ｒ２２，Ｒ２４の抵抗値が増加するように変化する。これにより、信号出力端Ｅ２１，Ｅ２２の各々の電位が変化する。第１の検出回路２０は、信号出力端Ｅ２１の電位に対応する信号を第１の検出信号Ｓ２１として生成し、信号出力端Ｅ２２の電位に対応する信号を第１の検出信号Ｓ２２として生成するように構成されている。

次に、図４を参照して、第２の検出信号について説明する。対象磁界のＷ２方向に平行な方向の成分の強度が変化すると、第２の検出回路３０の抵抗部Ｒ３１～Ｒ３４の各々の抵抗値は、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３３の抵抗値が増加すると共に抵抗部Ｒ３２，Ｒ３４の抵抗値が減少するか、抵抗部Ｒ３１，Ｒ３３の抵抗値が減少すると共に抵抗部Ｒ３２，Ｒ３４の抵抗値が増加するように変化する。これにより、信号出力端Ｅ３１，Ｅ３２の各々の電位が変化する。第２の検出回路３０は、信号出力端Ｅ３１の電位に対応する信号を第２の検出信号Ｓ３１として生成し、信号出力端Ｅ３２の電位に対応する信号を第２の検出信号Ｓ３２として生成するように構成されている。

次に、プロセッサ４０の動作について説明する。プロセッサ４０は、第１の検出信号Ｓ２１，Ｓ２２および第２の検出信号Ｓ３１，Ｓ３２に基づいて、第１の検出値と第２の検出値を生成するように構成されている。第１の検出値は、対象磁界のＶ方向に平行な方向の成分に対応する検出値である。第２の検出値は、対象磁界のＺ方向に平行な方向の成分に対応する検出値である。以下、第１の検出値を記号Ｓｖで表し、第２の検出値を記号Ｓｚで表す。

プロセッサ４０は、例えば、以下のようにして第１および第２の検出値Ｓｖ，Ｓｚを生成する。プロセッサ４０は、まず、第１の検出信号Ｓ２１と第１の検出信号Ｓ２２の差Ｓ２１－Ｓ２２を求めることを含む演算によって、値Ｓ１を生成すると共に、第２の検出信号Ｓ３１と第２の検出信号Ｓ３２の差Ｓ３１－Ｓ３２を求めることを含む演算によって、値Ｓ２を生成する。次に、プロセッサ４０は、下記の式（１）、（２）を用いて、値Ｓ３，Ｓ４を算出する。

Ｓ３＝（Ｓ２＋Ｓ１）／（２ｃｏｓα） …（１）
Ｓ４＝（Ｓ２－Ｓ１）／（２ｓｉｎα） …（２）

第１の検出値Ｓｖは、値Ｓ３そのものであってもよいし、値Ｓ３に対してゲイン調整およびオフセット調整等の所定の補正を加えたものであってもよい。同様に、第２の検出値Ｓｚは、値Ｓ４そのものであってもよいし、値Ｓ４に対してゲイン調整およびオフセット調整等の所定の補正を加えたものであってもよい。

次に、図８ないし図１１を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の製造方法について説明する。図８ないし図１１は、磁気センサ１の製造過程における積層体を示している。磁気センサ１の製造方法では、まず、図８に示したように、基板３０１の上に、絶縁層３０２を形成する。次に、絶縁層３０２の上に、複数の下部コイル要素８１と、導電材料よりなる接続層８３と、絶縁層３０３を形成する。次に、複数の下部コイル要素８１、接続層８３および絶縁層３０３の上に、絶縁層３０４を形成する。

図９は、次の工程を示す。この工程では、まず、絶縁層３０４を選択的にエッチングして、絶縁層３０４に、接続層８３の上面を露出させる開口部を形成する。次に、接続層８３の上面の上に、導電材料よりなる金属膜８４を形成する。次に、金属膜８４の上に、導電材料よりなる接続層８５を形成する。次に、接続層８５の周囲に、絶縁層３０５の第１層３０５１を形成する。

図１０は、次の工程を示す。この工程では、まず、接続層８５の上面の上に、導電材料よりなる金属膜８６を形成する。次に、金属膜８６および絶縁層３０５の第１層３０５１の上に、絶縁層３０５の第２層３０５２を形成する。

図１１は、次の工程を示す。この工程では、絶縁層３０５に複数の凸面３０５ｃが形成されるように、第１層３０５１および第２層３０５２をエッチングする。複数の凸面３０５ｃは、例えば、第２層３０５２の上に複数のエッチングマスクを形成した後、複数のエッチングマスクが除去されるように、第１層３０５１、第２層３０５２および複数のエッチングマスクをエッチングすることによって形成される。複数のエッチングマスクは、複数の凸面３０５ｃに対応した形状を有している。第１層３０５１のうち、複数のエッチングマスクによって覆われていない部分は、平坦面３０５ｄとなる。このエッチングにおいて、金属膜８６は、接続層８５を保護するためのエッチングストッパとして機能する。

接続層８５は、第１層３０５１に埋め込まれた構造物である。接続層８５は、基板３０１の上面３０１ａから最も遠い端面すなわち上面を有している。接続層８５の端面（上面）は、基板３０１の上面３０１ａに垂直な方向、すなわちＺ方向に平行な方向において、第１層３０５１と第２層３０５２との界面と実質的に同じ位置に配置されている。

以下、図６を参照して、第１層３０５１および第２層３０５２をエッチングした後の工程について説明する。まず、第１層３０５１および第２層３０５２の上に、絶縁層３０６を形成する。次に、絶縁層３０６の上に、複数の下部電極６１Ｂ、複数の下部電極６１Ｃ、複数の第１のＭＲ素子５０Ｂ、複数の第２のＭＲ素子５０Ｃ、複数の上部電極６２Ｂ、複数の上部電極６２Ｃおよび絶縁層３０７～３０９を形成する。

次に、複数の上部電極６２Ｂ、複数の上部電極６２Ｃおよび絶縁層３０９の上に、絶縁層３１０を形成する。次に、絶縁層３１０の上に、複数の上部コイル要素８２を形成する。これにより、磁気センサ１が完成する。

接続層８３，８５は、複数の下部コイル要素８１と複数の上部コイル要素８２とを接続する接続部として用いられてもよい。この場合、例えば、絶縁層３１０を形成した後であって複数の上部コイル要素８２を形成する前に、絶縁層３０６～３１０を選択的にエッチングして、金属膜８６を露出させる開口部を形成し、この開口部内に、導電材料よりなる図示しない接続層を形成してもよい。複数の上部コイル要素８２は、図示しない接続層を形成した後、図示しない接続層に接続されるように形成される。

あるいは、金属膜８６は、任意の電極パッド（例えば、コイル８０の電極パッド）として用いられてもよい。この場合、例えば、第１層３０５１および第２層３０５２をエッチングした後であって絶縁層３０６を形成する前に、金属膜８６を覆うフォトレジスト層を形成してもよい。フォトレジスト層は、例えば、上部コイル要素８２を形成した後に除去される。

次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の構造上の特徴について説明する。磁気センサ１は、上面３０１ａを有する基板３０１と、基板３０１の上に配置された支持部材と、第１のＭＲ素子５０Ｂと、第２のＭＲ素子５０Ｃとを備えている。本実施の形態では特に、絶縁層３０５が支持部材に対応する。基板３０１と絶縁層３０５との間には、複数の下部コイル要素８１と絶縁層３０２～３０４が介在している。絶縁層３０５は、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂとを有している。

第１および第２のＭＲ素子５０Ｂ，５０Ｃの各々は、少なくとも、２つの磁性膜すなわち磁化固定層５２および自由層５４を含んでいる。第１のＭＲ素子５０Ｂの上記２つの磁性膜は、第１のＭＲ素子５０Ｂの一部（要部）を構成している。第２のＭＲ素子５０Ｃの上記２つの磁性膜は、第２のＭＲ素子５０Ｃの一部（要部）を構成している。以下、上記２つの磁性膜を、機能層と呼ぶ。第１のＭＲ素子５０Ｂの機能層は、第１の傾斜面３０５ａの上に配置されている。第２のＭＲ素子５０Ｃの機能層は、第２の傾斜面３０５ｂの上に配置されている。また、絶縁層３０５は、第１層３０５１と、第１層３０５１の上に配置された第２層３０５２とを含んでいる。第１層３０５１と第２層３０５２の各々は、例えばＳｉＯ_２等の絶縁材料によって形成されている。

以下、図１２を参照して、第１の傾斜面３０５ａ、第２の傾斜面３０５ｂ、第１層３０５１および第２層３０５２の特徴について詳しく説明する。図１２は、支持部材すなわち絶縁層３０５の形状を説明するための説明図である。

第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂの各々は、第１層３０５１と第２層３０５２にわたって形成されている。また、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂは、互いに異なる方向に向いている。１つの凸面３０５ｃにおいて、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂは、基板３０１の上面３０１ａに垂直な仮想のＵＺ平面を中心として対称であってもよい。

磁気センサ１の低背化の観点から、基板３０１の上面３０１ａに垂直な方向、すなわちＺ方向に平行な方向における第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂの各々の寸法は、１．４μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

第１の傾斜面３０５ａは、基板３０１の上面３０１ａに最も近い第１の端縁３０５ａ１と、基板３０１の上面３０１ａから最も遠い第２の端縁３０５ａ２とを有している。第１の端縁３０５ａ１は、第１層３０５１に位置する。第２の端縁３０５ａ２は、第２層３０５２に位置する。

第２の傾斜面３０５ｂは、基板３０１の上面３０１ａに最も近い第１の端縁３０５ｂ１と、基板３０１の上面３０１ａから最も遠い第２の端縁３０５ｂ２とを有している。第１の端縁３０５ｂ１は、第１層３０５１に位置する。第２の端縁３０５ｂ２は、第２層３０５２に位置する。なお、図１２に示した例では、第２の傾斜面３０５ｂの第２の端縁３０５ｂ２は、第１の傾斜面３０５ａの第２の端縁３０５ａ２に一致している。

第１層３０５１は、基板３０１の上面３０１ａに最も近い下端部３０５１ａと、基板３０１の上面３０１ａから最も遠い上端部３０５１ｂとを有している。第２層３０５２は、基板３０１の上面３０１ａに最も近い下端部３０５２ａと、基板３０１の上面３０１ａから最も遠い上端部３０５２ｂとを有している。第１層３０５１と第２層３０５２との界面から第１層３０５１の下端部３０５１ａまでの距離は、第１層３０５１と第２層３０５２との界面から第２層３０５２の上端部３０５２ｂまでの距離よりも小さい。

第１の傾斜面３０５ａの第１の端縁３０５ａ１は、基板３０１の上面３０１ａに垂直な方向すなわちＺ方向に平行な方向において、第１層３０５１の下端部３０５１ａと上端部３０５１ｂとの間に配置されている。また、第２の傾斜面３０５ｂの第１の端縁３０５ｂ１は、Ｚ方向に平行な方向において、第１層３０５１の下端部３０５１ａと上端部３０５１ｂとの間に配置されている。

第１のＭＲ素子５０Ｂの機能層は、第２層３０５２の表面に沿って配置されているが、第１層３０５１の表面に沿って配置されていない。また、第２のＭＲ素子５０Ｃの機能層は、第２層３０５２の表面に沿って配置されているが、第１層３０５１の表面に沿って配置されていない。

本実施の形態では、第１の傾斜面３０５ａは、全体的に滑らかな曲面である。第１の傾斜面３０５ａにおける第１層３０５１と第２層３０５２との境界の位置には、段差がない。同様に、本実施の形態では、第２の傾斜面３０５ｂは、全体的に滑らかな曲面である。第２の傾斜面３０５ｂにおける第１層３０５１と第２層３０５２との境界の位置には、段差がない。

次に、図１３を参照して、支持部材すなわち絶縁層３０５の凸面３０５ｃの特徴について説明する。図１３は、凸面３０５ｃの形状を説明するための説明図である。絶縁層３０５は、凸面３０５ｃを有している。凸面３０５ｃは、基板３０１の上面３０１ａから遠ざかる方向に張り出している。凸面３０５ｃの少なくとも一部は、基板３０１の上面３０１ａに対して傾斜している。本実施の形態では特に、凸面３０５ｃは、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂとを含んでいる。

凸面３０５ｃは、基板３０１の上面３０１ａから最も遠い上端部Ｅ１を有している。上端部Ｅ１は、図１２に示した第１の傾斜面３０５ａの第２の端縁３０５ａ２と第２の傾斜面３０５ｂの第２の端縁３０５ｂ２に一致していてもよい。

基板３０１の上面３０１ａに垂直な方向、すなわちＺ方向に平行な方向における凸面３０５ｃの寸法は、Ｚ方向に平行な方向における第１および第２の傾斜面３０５ａ，３０５ｂの各々の寸法と同じである。すなわち、Ｚ方向に平行な方向における凸面３０５ｃの寸法は、１．４μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。また、Ｖ方向に平行な方向における凸面３０５ｃの寸法は、例えば３μｍ以上１６μｍ以下であることが好ましい。

凸面３０５ｃは、上端部Ｅ１を含む第１の曲面部分３０５ｃ１と、第２の曲面部分３０５ｃ２と、第３の曲面部分３０５ｃ３とを含んでいる。第２の曲面部分３０５ｃ２は、第１の曲面部分３０５ｃ１のＶ方向側の位置において第１の曲面部分３０５ｃ１に連続し、且つ基板３０１の上面３０１ａに垂直な方向において第１の曲面部分３０５ｃ１と基板３０１の上面３０１ａとの間に位置している。第３の曲面部分３０５ｃ３は、第２の曲面部分３０５ｃ２とは反対側の位置すなわち第１の曲面部分３０５ｃ１の－Ｖ方向側の位置において第１の曲面部分３０５ｃ１に連続し、且つ基板３０１の上面３０１ａに垂直な方向において第１の曲面部分３０５ｃ１と基板３０１の上面３０１ａとの間に位置している。また、第２の曲面部分３０５ｃ２と第３の曲面部分３０５ｃ３の各々は、平坦面３０５ｄに連続している。

第１の曲面部分３０５ｃ１は、基板３０１の上面３０１ａから遠ざかる方向に凸となる曲面である。第２の曲面部分３０５ｃ２と第３の曲面部分３０５ｃ３の各々は、基板３０１の上面３０１ａに近づく方向に凸となる曲面である。

ここで、基板３０１の上面３０１ａに垂直な断面であって、ＶＺ平面に平行な断面を、基準断面と言う。第１の曲面部分３０５ｃ１は、基準断面において、円弧に近似することができる。図１３では、基準断面における第１の曲面部分３０５ｃ１の曲率半径、すなわち第１の曲面部分３０５ｃ１の全体を近似した円弧の曲率半径を記号Ｒ１で示している。曲率半径Ｒ１は、４．２５μｍ以上５．４５μｍ以下であることが好ましい。

同様に、第２の曲面部分３０５ｃ２と第３の曲面部分３０５ｃ３は、それぞれ、基準断面において、円弧に近似することができる。図１３では、基準断面における第２の曲面部分３０５ｃ２の曲率半径、すなわち第２の曲面部分３０５ｃ２を近似した円弧の曲率半径を記号Ｒ２で示し、基準断面における第３の曲面部分３０５ｃ３の曲率半径、すなわち第３の曲面部分３０５ｃ３を近似した円弧の曲率半径を記号Ｒ３で示している。曲率半径Ｒ２，Ｒ３の各々は、曲率半径Ｒ１よりも小さく、且つ０．３μｍ以上であることが好ましい。

ここで、基準断面における凸面３０５ｃの形状を、基準断面および基板３０１の上面３０１ａの各々に平行な仮想の直線上の位置を独立変数とする関数Ｚとみなす。上記仮想の直線は、Ｖ方向に平行である。以下、上記仮想の直線をＶ軸と言い、Ｖ軸上の位置を記号ｖで表す。関数Ｚは、ｖを独立変数とする関数である。関数Ｚの値は、Ｚ方向に平行な方向における凸面３０５ｃの位置に対応する。図１４には、関数Ｚのグラフを示している。図１４において、横軸はＶ軸上の位置を示し、縦軸は関数Ｚの値を示している。図１４は、実質的に、基準断面における凸面３０５ｃの形状を示している。

なお、図１４では、凸面３０５ｃの上端部Ｅ１に対応するＶ軸上の位置を、横軸における原点（０μｍ）とし、原点よりもＶ方向側の位置を正の値で表し、原点よりも－Ｖ方向側の位置を負の値で表している。また、図１４では、Ｚ方向に平行な方向における平坦面３０５ｄの位置を０μｍとしている。

図１５は、関数Ｚを変数ｖで１回微分して得られた第１次導関数Ｚ′（ｄＺ／ｄｖ）のグラフを示している。図１５において、横軸はＶ軸上の位置を示し、縦軸は第１次導関数Ｚ′の値を示している。また、図１６は、関数Ｚを変数ｖで２回微分して得られた第２次導関数Ｚ″（ｄ^２Ｚ／ｄｖ^２）のグラフを示している。図１５において、横軸はＶ軸上の位置を示し、縦軸は第２次導関数Ｚ″の値を示している。

第２次導関数Ｚ″が０になる２つの位置は、第１の曲面部分３０５ｃ１と第２の曲面部分３０５ｃ２との境界に対応するＶ軸上の位置および第１の曲面部分３０５ｃ１と第３の曲面部分３０５ｃ３との境界に対応するＶ軸上の位置を表している。従って、図１６を参照することにより、第１ないし第３の曲面部分３０５ｃ１～３０５ｃ３の各々の位置を判別することができる。図１４ないし図１６には、第１ないし第３の曲面部分３０５ｃ１～３０５ｃ３の各々のおおよその範囲を示している。

図１６に示したように、第１の曲面部分３０５ｃ１に対応するＶ軸上の位置では、第２次導関数Ｚ″の値は０以下になる。また、第２の曲面部分３０５ｃ２に対応するＶ軸上の位置と、第２の曲面部分３０５ｃ３に対応するＶ軸上の位置では、第２次導関数Ｚ″の値は正の値になる。

ここで、図１６に示したように、第１の曲面部分３０５ｃ１を、第１の部分ｃ１１と第２の部分ｃ１２と第３の部分ｃ１３とに分ける。第１の部分ｃ１１は、凸面３０５ｃの上端部Ｅ１を含む部分である。第２の部分ｃ１２は、凸面３０５ｃの上端部Ｅ１から離れた位置且つ第１の部分ｃ１１のＶ方向側において第１の部分ｃ１１に連続する部分である。第３の部分ｃ１３は、凸面３０５ｃの上端部Ｅ１から離れた位置且つ第１の部分ｃ１１の－Ｖ方向側において第１の部分ｃ１１に連続する部分である。第２の部分ｃ１２は、第１のＭＲ素子５０Ｂの下方（－Ｚ方向側）に位置する。第３の部分ｃ１３は、第２のＭＲ素子５０Ｃの下方（－Ｚ方向側）に位置する。第１の部分ｃ１１の上方（Ｚ方向側）には、第１および第２のＭＲ素子５０Ｂ，５０Ｃが存在しない。図１６には、第１ないし第３の部分ｃ１１～ｃ１３の各々のおおよその範囲を示している。

第１の部分ｃ１１に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の値の絶対値の平均値は、第２の部分ｃ１２に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の値の絶対値の平均値よりも小さい。同様に、第１の部分ｃ１１に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の値の絶対値の平均値は、第３の部分ｃ１３に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の値の絶対値の平均値よりも小さい。

また、本実施の形態では、第１の曲面部分３０５ｃ１におけるＶ方向に平行な方向の一方の端から、第１の曲面部分３０５ｃ１におけるＶ方向に平行な方向の他方の端に近づくに従って、第１の曲面部分３０５ｃ１に対応する関数Ｚの第１次導関数Ｚ′の値は、減少または増加する。すなわち、第１の曲面部分３０５ｃ１における－Ｖ方向側の端部から、第１の曲面部分３０５ｃ１におけるＶ方向側の端部に近づくに従って、第１次導関数Ｚ′の値は小さくなる。あるいは、第１の曲面部分３０５ｃ１におけるＶ方向側の端部から、第１の曲面部分３０５ｃ１における－Ｖ方向側の端部に近づくに従って、第１次導関数Ｚ′の値は大きくなる。

次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、支持部材すなわち絶縁層３０５は、第１層３０５１および第２層３０５２を含むと共に、それぞれ第１層３０５１と第２層３０５２にわたって形成された第１および第２の傾斜面３０５ａ，３０５ｂを有している。ここで、１層の絶縁層のみからなる比較例の支持部材に、金属材料よりなる構造物を埋め込むことを考える。比較例の支持部材では、エッチングによって支持部材に傾斜面を形成すると、エッチングレートの違いにより、エッチングによって形成された面から構造物が大きく突出してしまう。この場合、例えば、構造物の影の影響によって、傾斜面上に形成される一部の電極やＭＲ素子のパターニングが難しくなるという問題が発生する。

これに対し、本実施の形態では、例えば、第１層３０５１に構造物を埋め込み、第２層３０５２に構造物を埋め込まない状態で、絶縁層３０５に第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂを形成することができる。これにより、本実施の形態によれば、比較例の支持部材に比べて、構造物の突出量を抑制することができる。

なお、第１層３０５１の絶縁材料と第２層３０５２の絶縁材料は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、第１層３０５１の成膜条件と第２層３０５２の成膜条件は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。例えば、第１層３０５１と第２層３０５２で、絶縁材料と成膜条件の少なくとも一方を異ならせることにより、第１層３０５１に形成される凸面３０５ｃの一部の形状と、第２層３０５２に形成される凸面３０５ｃの他の一部の形状とを、互いに異ならせることが可能になる。

また、本実施の形態では、凸面３０５ｃは、それぞれ前述の形状を有する第１ないし第３の曲面部分３０５ｃ１～３０５ｃ３を含んでいる。もし、第２および第３の曲面部分３０５ｃ２，３０５ｃ３が存在しなければ、平坦面３０５ｄと第１の曲面部分３０５ｃ１が、平坦面３０５ｄと第１の曲面部分３０５ｃ１との境界で不連続になる。そのため、絶縁層３０５の表面は、滑らかな面にはならない。これに対し、本実施の形態では、凸面３０５ｃが第２および第３の曲面部分３０５ｃ２，３０５ｃ３を含むことにより、絶縁層３０５の表面を滑らかな面にすることができる。これにより、本実施の形態によれば、凸面３０５ｃと平坦面３０５ｄとの境界の近傍において、絶縁層３０５にクラックが発生することを抑制することができる。

前述のように、凸面３０５ｃの第１の曲面部分３０５ｃ１の曲率半径Ｒ１は、凸面３０５ｃの第２の曲面部分３０５ｃ２の曲率半径Ｒ２および凸面３０５ｃの第３の曲面部分３０５ｃ３の曲率半径Ｒ３とは異なっている。第１の曲面部分３０５ｃ１の少なくとも一部は、第２層３０５２に形成される。第２および第３の曲面部分３０５ｃ２，３０５ｃ３の各々の少なくとも一部は、第１層３０５１に形成される。本実施の形態によれば、例えば、第１層３０５１と第２層３０５２で、絶縁材料と成膜条件の少なくとも一方を異ならせることにより、第１層３０５１のエッチングレートと第２層３０５２のエッチングレートを、別々に調整することが可能になる。これにより、本実施の形態によれば、曲率半径Ｒ１を好ましい範囲にしながら、曲率半径Ｒ２，Ｒ３を好ましい範囲に調整することが容易になる。

本実施の形態では特に、曲率半径Ｒ２，Ｒ３を前述の範囲内とすることによって、第２および第３の曲面部分３０５ｃ２，３０５ｃ３が存在しない場合や、凸面３０５ｃと平坦面３０５ｄとの境界が不連続とみなせる程度に曲率半径が小さい場合に比べて、凸面３０５ｃと平坦面３０５ｄとの境界の近傍において絶縁層３０５にクラックが発生することを抑制することができる。

なお、図１６から理解されるように、本実施の形態では、第１の曲面部分３０５ｃ１に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の値は、一定ではない。そのため、厳密には、曲率半径Ｒ１は、Ｖ軸上の位置に応じて変化する。本実施の形態では特に、第１の曲面部分３０５ｃ１の第１の部分ｃ１１に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の絶対値の平均値は、第１の曲面部分３０５ｃ１の第２の部分ｃ１２に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の絶対値の平均値、および第１の曲面部分３０５ｃ１の第３の部分ｃ１３に対応する関数Ｚの第２次導関数Ｚ″の絶対値の平均値よりも小さい。そのため、本実施の形態では、第１の部分ｃ１１における曲率半径Ｒ１は、第２の部分ｃ１２における曲率半径Ｒ１および第３の部分ｃ１３における曲率半径Ｒ１よりも大きくなる。これにより、本実施の形態によれば、曲率半径Ｒ１がＶ軸上の位置によらずに一定である場合に比べて、Ｚ方向に平行な方向における凸面３０５ｃの寸法を小さくする、すなわち凸面３０５ｃの高さを低くすることができる。

また、本実施の形態では、Ｚ方向に平行な方向における凸面３０５ｃの寸法は、１．４μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。例示的な実施形態によれば、凸面３０５ｃの寸法を１．４μｍ以上とすることにより、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂの各々の傾きを大きくして、対象磁界のＺ方向に平行な方向の成分に対する磁気センサ１の感度を高めることができる。その結果、例示的な実施形態によれば、第２の検出値Ｓｚを精度よく生成することができる。また、例示的な実施形態によれば、凸面３０５ｃの寸法を３．０μｍ以下とすることにより、磁気センサ１の製造過程において、第１の傾斜面３０５ａと第２の傾斜面３０５ｂの上に、フォトレジスト層よりなるフォトレジストマスクを精度よく形成することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば磁気検出素子は、ＭＲ素子に限らず、ホール素子等、ＭＲ素子以外の磁界を検出する素子であってもよい。

また、本発明の支持部材すなわち絶縁層３０５は、１つの絶縁層のみから構成されていてもよい。絶縁層３０５についての説明は、第１層３０５１および第２層３０５２に関わる説明を除いて、この１つの絶縁層にも当てはまる。

また、本発明の支持部材は、絶縁層３０５と絶縁層３０６によって構成されていてもよい。この場合、支持部材は、複数の凸面と平坦面とを有している。複数の凸面と平坦面は、絶縁層３０６の上面によって構成されている。絶縁層３０６の上面は、絶縁層３０５の上面と相似形またはほぼ相似形である。従って、絶縁層３０６の上面によって構成された複数の凸面は、絶縁層３０５の複数の凸面３０５ｃと相似形またはほぼ相似形である。複数の凸面３０５ｃの形状および配置についての説明は、第１層３０５１および第２層３０５２に関わる説明を除いて、絶縁層３０６の上面によって構成された複数の凸面にも当てはまる。具体的には、凸面３０５ｃの寸法についての説明、曲率半径Ｒ１～Ｒ３についての説明、ならびに関数Ｚ、第１次導関数Ｚ′および第２次導関数Ｚ″についての説明が、絶縁層３０６の上面によって構成された複数の凸面にも当てはまる。

また、磁気センサ１は、更に、対象磁界のＸＹ平面に平行な一方向の成分を検出し、この成分と対応関係を有する少なくとも１つの第３の検出信号を生成するように構成された第３の検出回路を備えていてもよい。この場合、プロセッサ４０は、少なくとも１つの第３の検出信号に基づいて、対象磁界のＵ方向に平行な方向の成分に対応する検出値を生成するように構成されていてもよい。第３の検出回路は、第１および第２の検出回路２０，３０と一体化されていてもよいし、第１および第２の検出回路２０，３０とは別のチップに含まれていてもよい。

また、本発明のセンサ素子は、磁気検出素子に限らず、所定の物理量に応じて物性が変化するように構成されたセンサ素子であってもよい。所定の物理量としては、磁界に限らず、電界、温度、変位および力等の、センサ素子によって検出可能な任意の物象の状態の量が挙げられる。上記の実施の形態の説明は、磁気検出素子をセンサ素子に置き換えれば、磁気検出素子以外のセンサ素子を備えた磁気センサ以外のセンサにも当てはまる。この場合、機能層は、センサ素子の少なくとも一部を構成する部分であって、所定の物理量に応じて物性が変化する部分であってもよい。また、この場合、金属層は、任意の配線層であってもよい。

以上説明したように、本発明のセンサは、所定の物理量を検出するように構成されたセンサである。本発明のセンサは、上面を有する基板と、基板の上に配置された支持部材と、所定の物理量に応じて物性が変化するように構成されたセンサ素子とを備えている。支持部材は、基板の上面から遠ざかる方向に張り出すと共に少なくとも一部が基板の上面に対して傾斜した凸面を有している。凸面は、基板の上面から最も遠い上端部を有している。センサ素子は、センサ素子の少なくとも一部を構成する機能層を含んでいる。機能層は、凸面の上に配置されている。凸面は、上端部を含む第１の曲面部分と、第１の曲面部分に連続し且つ基板の上面に垂直な方向において第１の曲面部分と基板の上面との間に位置する第２の曲面部分とを含んでいる。第２の曲面部分は、基板の上面に近づく方向に凸となる曲面である。

本発明のセンサにおいて、基板の上面に垂直な断面における第２の曲面部分の曲率半径は、基板の上面に垂直な断面における第１の曲面部分の曲率半径よりも小さく、且つ０．３μｍ以上であってもよい。

また、本発明のセンサにおいて、第１の曲面部分は、基板の上面から遠ざかる方向に凸となる曲面であってもよい。基板の上面に垂直な断面における第１の曲面部分の曲率半径は、４．２５μｍ以上５．４５μｍ以下であってもよい。

また、本発明のセンサにおいて、凸面は、更に、第２の曲面部分とは反対側において第１の曲面部分に連続し且つ基板の上面に垂直な方向において第１の曲面部分と基板の上面との間に位置する第３の曲面部分とを有していてもよい。第３の曲面部分は、基板の上面に近づく方向に凸となる曲面であってもよい。また、第１の曲面部分が、基板の上面から遠ざかる方向に凸となる曲面である場合、基板の上面に垂直な断面における第３の曲面部分の曲率半径は、基板の上面に垂直な断面における第１の曲面部分の曲率半径よりも小さく、且つ０．３μｍ以上であってもよい。

また、本発明のセンサにおいて、支持部材は、更に、凸面に連続し且つ基板の上面に平行な平坦面を有していてもよい。

また、本発明のセンサにおいて、基板の上面に垂直な方向における凸面の寸法は、１．４μｍ以上３．０μｍ以下であってもよい。

また、本発明のセンサにおいて、所定の物理量は、対象磁界の方向および強度の少なくとも一方であってもよい。センサ素子は、対象磁界の方向および強度の少なくとも一方の変化を検出するように構成された磁気検出素子であってもよい。磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子であってもよい。機能層は、複数の磁性膜を含んでいてもよい。磁気抵抗効果素子は、更に、凸面と複数の磁性膜との間に配置された非磁性金属層を含んでいてもよい。

１…磁気センサ、２０…第１の検出回路、３０…第２の検出回路、４０…プロセッサ、５０…ＭＲ素子、５０Ｂ…第１のＭＲ素子、５０Ｃ…第２のＭＲ素子、５１…反強磁性層、５２…磁化固定層、５３…ギャップ層、５４…自由層、６１，６１Ｂ，６１Ｃ…下部電極、６２，６２Ｂ，６２Ｃ…上部電極、８０…コイル、８１…下部コイル要素、８２…上部コイル要素、１００…磁気センサ装置、３０１…基板、３０１ａ…上面、３０２～３１０…絶縁層、３０５ａ…第１の傾斜面、３０５ｂ…第２の傾斜面、３０５ｃ…凸面、３０５ｃ１…第１の曲面部分、３０５ｃ２…第２の曲面部分、３０５ｃ３…第３の曲面部分、３０５ｄ…平坦面、ｃ１１…第１の部分、ｃ１２…第２の部分、ｃ１３…第３の部分。

Claims (7)

1. 所定の物理量を検出するように構成されたセンサであって、
   上面を有する基板と、
   前記基板の上に配置された支持部材と、
   前記所定の物理量に応じて物性が変化するように構成されたセンサ素子とを備え、
   前記支持部材は、前記基板の前記上面から遠ざかる方向に張り出すと共に少なくとも一部が前記基板の前記上面に対して傾斜した凸面を有し、
   前記凸面は、前記基板の前記上面から最も遠い上端部を有し、
   前記センサ素子は、前記センサ素子の少なくとも一部を構成する機能層を含み、
   前記機能層は、前記凸面の上に配置され、
   前記凸面は、前記上端部を含む第１の曲面部分と、前記第１の曲面部分に連続し且つ前記基板の前記上面に垂直な方向において前記第１の曲面部分と前記基板の前記上面との間に位置する第２の曲面部分とを含み、
   前記第１の曲面部分は、前記基板の前記上面から遠ざかる方向に凸となる曲面であり、
   前記第２の曲面部分は、前記基板の前記上面に近づく方向に凸となる曲面であり、
   前記基板の前記上面に垂直な断面における前記第２の曲面部分の曲率半径は、前記基板の前記上面に垂直な断面における前記第１の曲面部分の曲率半径よりも小さく、且つ０．３μｍ以上であり、
   前記基板の前記上面に垂直な断面における前記第１の曲面部分の曲率半径は、４．２５μｍ以上５．４５μｍ以下であることを特徴とするセンサ。
2. 前記凸面は、更に、前記第２の曲面部分とは反対側において前記第１の曲面部分に連続し且つ前記基板の前記上面に垂直な方向において前記第１の曲面部分と前記基板の前記上面との間に位置する第３の曲面部分とを有し、
   前記第３の曲面部分は、前記基板の前記上面に近づく方向に凸となる曲面であり、
   前記基板の前記上面に垂直な断面における前記第３の曲面部分の曲率半径は、前記基板の前記上面に垂直な断面における前記第１の曲面部分の曲率半径よりも小さく、且つ０．３μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
3. 前記支持部材は、更に、前記凸面に連続し且つ前記基板の前記上面に平行な平坦面を有することを特徴とする請求項１記載のセンサ。
4. 前記基板の前記上面に垂直な方向における前記凸面の寸法は、１．４μｍ以上３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
5. 前記所定の物理量は、対象磁界の方向および強度の少なくとも一方であり、
   前記センサ素子は、前記対象磁界の方向および強度の少なくとも一方の変化を検出するように構成された磁気検出素子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ。
6. 前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子であり、
   前記機能層は、複数の磁性膜を含むことを特徴とする請求項５記載のセンサ。
7. 前記磁気抵抗効果素子は、更に、前記凸面と前記複数の磁性膜との間に配置された非磁性金属層を含むことを特徴とする請求項６記載のセンサ。

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