JP2023046270A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】電極がショートすることを防止できる磁気センサを実現する。【解決手段】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、それぞれ基板３０１の上面３０１ａに対して傾斜した第１および第２の傾斜面３０５ａ，３０５ｂを有する絶縁層３０５と、ＭＲ素子構造体７０とを備えている。ＭＲ素子７０は、第１の傾斜面３０５ａまたは第２の傾斜面３０５ｂの上に配置されている。ＭＲ素子７０は、第１の傾斜面３０５ａまたは第２の傾斜面３０５ｂに対向する下面７０ａと、上面７０ｂと、下面７０ａと上面７０ｂとを接続し且つ２つの段差を含む第１の面７０ｃとを有している。【選択図】図８

Description

本発明は、傾斜面の上に配置された磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサに関する。

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１，２には、斜面の上に形成された磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサが開示されている。特許文献２に開示された磁気センサでは、磁気抵抗効果素子の側面は、斜面に対して順テーパー形状となっている。

特開２００６－１９４７３３号公報 特開２００８－３０９５６６号公報

磁気抵抗効果素子としては、例えば、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子またはＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子が用いられる。ＴＭＲ素子では、ＴＭＲ素子を構成する各層の面に対してほぼ垂直な方向に電流が流される。また、ＧＭＲ素子としては、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対してほぼ垂直な方向に電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）タイプのＧＭＲ素子が知られている。磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子またはＣＰＰタイプのＧＭＲ素子を用いた場合、複数の磁気抵抗効果素子は、複数の下部電極と複数の上部電極によって直列に接続される。

上述のように、ＴＭＲ素子またはＣＰＰタイプのＧＭＲ素子では、下部電極と上部電極との間に磁気抵抗効果素子が配置される。磁気抵抗効果素子の厚みは比較的小さいため、下部電極と上部電極との間隔も比較的小さくなり、下部電極と上部電極とがショートするおそれがある。この問題は、磁気抵抗効果素子を傾斜面の上に配置した場合に顕著になる。

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、傾斜面の上に配置された磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサにおいて、電極がショートすることを防止できるようにした磁気センサを提供することにある。

本発明の磁気センサは、基準平面を有する基板と、基板の上に配置され、基準平面に対して傾斜した傾斜面を有する支持部材と、傾斜面の上に配置され、傾斜面に対向する下面と、下面とは反対側の上面と、下面と上面とを接続し且つ２つの段差を含む第１の面とを有する磁気検出素子構造体とを備えている。

本発明の磁気センサでは、磁気検出素子構造体は、下面と、上面と、下面と上面とを接続し且つ２つの段差を含む第１の面を有している。これにより、本発明によれば、傾斜面の上に配置された磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサにおいて、電極がショートすることを防止することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の実施の形態における第１の例のＭＲ素子構造体を示す断面図である。 図８に示したＭＲ素子構造体の磁気抵抗効果素子と下部電極を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における下部電極の第４の側面の第１の例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における下部電極の第４の側面の第２の例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における第２の例のＭＲ素子構造体を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第１の変形例におけるＭＲ素子構造体を示す断面図である。 図１３に示したＭＲ素子構造体の磁気抵抗効果素子と下部電極を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第２の変形例におけるＭＲ素子構造体を示す断面図である。 本発明の第２の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。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の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。

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、複数の磁性層を含むスピンバルブ型の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５１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５３と、磁化固定層５１と自由層５３の間に配置されたギャップ層５２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５２はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層５２は非磁性導電層である。ＭＲ素子５０では、自由層５３の磁化の方向が磁化固定層５１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５３は、磁化容易軸方向が、磁化固定層５１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５３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５３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。磁化固定層５１、ギャップ層５２および自由層５３は、この順に積層されている。

ＭＲ素子５０は、更に、磁化固定層５１におけるギャップ層５２とは反対側に配置された反強磁性層を有していてもよい。反強磁性層は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層５１との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層５１の磁化の方向を固定する。あるいは、磁化固定層５１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。

なお、ＭＲ素子５０における層５１～５３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５１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５３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５１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５１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５３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５３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５３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５１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５１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５３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５３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５３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５３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５３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５１の磁化の方向と自由層５３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５１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５１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。

本実施の形態では、ＭＲ素子５０は、複数の磁性層すなわち磁化固定層５１および自由層５３の積層方向に電流が流れるように構成されている。後述するように、磁気センサ１は、ＭＲ素子５０に電流を流すための下部電極および上部電極を備えている。ＭＲ素子５０は、下部電極と上部電極との間に配置されている。

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３０２，３０３，３０４，３０５，３０７，３０８，３０９，３１０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３０５の上に配置されている。絶縁層３０７は、絶縁層３０５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。また、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。

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５１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５１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５１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５１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。

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５３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５３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５３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Ｓａ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Ｓｂ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Ｓｃ，Ｓｄを算出する。

Ｓｃ＝（Ｓｂ＋Ｓａ）／（２ｃｏｓα） …（１）
Ｓｄ＝（Ｓｂ－Ｓａ）／（２ｓｉｎα） …（２）

第１の検出値Ｓｖは、値Ｓｃそのものであってもよいし、値Ｓｃ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Ｓｄそのものであってもよいし、値Ｓｄ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、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。ここで、ＭＲ素子５０と下部電極６１とを合わせたものをＭＲ素子構造体と呼び、符号７０で表す。ＭＲ素子構造体７０は、下部電極６１と、下部電極６１の上に配置されたＭＲ素子５０とを含んでいる。ＭＲ素子５０は、磁化固定層５１と自由層５３とを含んでいる。ＭＲ素子構造体７０は、下部電極６１およびＭＲ素子５０の積層方向に電流が流れるように構成されている。

始めに、第１の例のＭＲ素子構造体７０について説明する。図８は、第１の例のＭＲ素子構造体７０を示す断面図である。図９は、図８に示したＭＲ素子構造体７０のＭＲ素子５０と下部電極６１を示す断面図である。

図８は、任意の傾斜面３０５ｅの上に配置されたＭＲ素子５０と交差する断面であって、ＶＺ平面に平行な断面を示している。以下、ＶＺ平面に平行な断面を、ＶＺ断面と言う。図８に示したＶＺ断面は、図６と同様に、Ｕ方向の先にある位置からＭＲ素子５０の断面を見たＶＺ断面であってもよい。この場合、ＭＲ素子５０、下部電極６１および傾斜面３０５ｅは、それぞれ、第１のＭＲ素子５０Ｂ、下部電極６１Ｂおよび第１の傾斜面３０５ａに対応する。あるいは、図８に示したＶＺ断面は、－Ｕ方向の先にある位置からＭＲ素子５０の断面を見たＶＺ断面であってもよい。この場合、ＭＲ素子５０、下部電極６１および傾斜面３０５ｅは、それぞれ、第２のＭＲ素子５０Ｃ、下部電極６１Ｃおよび第２の傾斜面３０５ｂに対応する。

ここで、図８および図９に示したように、ＶＺ平面に平行な第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を定義する。第１の方向Ｄ１は、傾斜面３０５ｅに沿った方向であり且つ基準平面から遠ざかる方向である。本実施の形態では、基板３０１の上面３０１ａ（図６参照）を、基準平面とする。Ｚ方向は、基準平面（基板３０１の上面３０１ａ）に垂直な一方向である。第２の方向Ｄ２は、傾斜面３０５ｅに沿った方向であり且つ基準平面（基板３０１の上面３０１ａ）に近づく方向である。

また、以下の説明において、傾斜面３０５ｅに沿った方向であり且つ第１の方向Ｄ１に平行な方向（第２の方向Ｄ２に平行な方向）を、単に傾斜面３０５ｅに沿った方向と言う。この方向は、傾斜面３０５ｅに沿った方向であり且つ基準平面（基板３０１の上面３０１ａ）からの距離が変化する方向でもある。

ＭＲ素子５０は、傾斜面３０５ｅに対向する下面５０ａと、下面５０ａとは反対側の上面５０ｂと、第１の側面５０ｃと、第２の側面５０ｄとを有している。第１の側面５０ｃは、下面５０ａの第１の方向Ｄ１の端部と上面５０ｂの第１の方向Ｄ１の端部とを接続している。第２の側面５０ｄは、第１の側面５０ｃから見て第２の方向Ｄ２の先に配置されている。第２の側面５０ｄは、下面５０ａの第２の方向Ｄ２の端部と上面５０ｂの第２の方向Ｄ２の端部とを接続している。

図８において、符号Ｐ１は、ＭＲ素子５０と交差し且つ傾斜面３０５ｅに垂直な仮想の平面を示している。本実施の形態では特に、ＭＲ素子５０の上面５０ｂは湾曲している。仮想の平面Ｐ１は、図８に示したＭＲ素子５０の上面５０ｂを円筒面の一部とみなしたときに、この円筒面の中心軸Ｃ１を含むと共に、ＭＲ素子５０と交差する。また、仮想の平面Ｐ１は、傾斜面３０５ｅに沿った方向における上面５０ｂの中央と交差する。

図８に示したように、第１の側面５０ｃの一部は、下部電極６１に近づくに従って、第１の側面５０ｃの一部と仮想の平面Ｐ１との間の距離が大きくなるように傾斜している。また、第２の側面５０ｄは、下部電極６１に近づくに従って、第２の側面５０ｄと仮想の平面Ｐ１との間の距離が大きくなるように傾斜している。また、第１の側面５０ｃと第２の側面５０ｄとの間の距離は、下部電極６１に近づくに従って大きくなる。

ＶＺ平面に平行な任意の断面において、ＭＲ素子５０の第２の側面５０ｄは、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃとは異なる形状を有している。具体的には、第２の側面５０ｄは、仮想の平面Ｐ１を中心として第１の側面５０ｃに対して非対称な形状を有している。傾斜面３０５ｅに平行な任意の断面において、第１の側面５０ｃと仮想の平面Ｐ１との間の距離は、下部電極６１の上面６１ｂの近傍の部分では、第２の側面５０ｄと仮想の平面Ｐ１との間の距離よりも大きい。下部電極６１の上面６１ｂの近傍の部分以外の部分では、第１の側面５０ｃと仮想の平面Ｐ１との間の距離は、第２の側面５０ｄと仮想の平面Ｐ１との間の距離と等しくてもよい。

図９に示したように、第１の側面５０ｃは、傾斜面３０５ｅに対してなす角度が互いに異なる第１の部分Ｓ１および第２の部分Ｓ２を含んでいる。第１の例では特に、第１の部分Ｓ１が傾斜面３０５ｅに対してなす角度は、０またはほぼ０である。第１の部分Ｓ１は、下部電極６１の上面６１ｂに沿って延在している。

第２の部分Ｓ２は、第１の部分Ｓ１よりも傾斜面３０５ｅからより遠い位置に配置されている。第２の部分Ｓ２が傾斜面３０５ｅに対してなす角度は、第１の部分Ｓ１が傾斜面３０５ｅに対してなす角度よりも大きい。また、第２の部分Ｓ２がＺ方向に平行な方向に対してなす角度は、第１の部分Ｓ１がＺ方向に平行な方向に対してなす角度よりも小さい。また、第２の部分Ｓ２は、下部電極６１に近づくに従って、第２の部分Ｓ２と仮想の平面Ｐ１（図８参照）との間の距離が大きくなるように傾斜している。第２の部分Ｓ２と仮想の平面Ｐ１との間の距離は、第１の部分Ｓ１と仮想の平面Ｐ１との間の最小の距離以下になる。

図９に示した例では、第１の部分Ｓ１と第２の部分Ｓ２の各々は、曲面である。第１の部分Ｓ１が傾斜面３０５ｅに対してなす角度は、それぞれＶＺ平面に平行な第１の接線と第２の接線とがなす角度であってもよい。第１の接線は、第１の部分Ｓ１上の任意の第１の点に接する接線である。第２の接線は、第１の点の近傍において傾斜面３０５ｅに接する接線である。なお、第１の接線と第２の接線が互いに平行である場合には、第１の部分Ｓ１が傾斜面３０５ｅに対してなす角度は０である。第２の部分Ｓ２が傾斜面３０５ｅに対してなす角度についても、第１の部分Ｓ１が傾斜面３０５ｅに対してなす角度と同様に定義されてもよい。なお、第１の部分Ｓ１と第２の部分Ｓ２の各々は、曲面に限らず、平面であってもよい。

前述のように、ＭＲ素子５０は、第１の磁性層である磁化固定層５１と、第２の磁性層である自由層５３とを含んでいる。本実施の形態では特に、磁化固定層５１は、傾斜面３０５ｅと自由層５３との間に介在している。第１の部分Ｓ１の少なくとも一部は、磁化固定層５１の側面によって構成されている。第２の部分Ｓ２の少なくとも一部は、自由層５３の側面によって構成されている。第１の例では特に、第２の部分Ｓ２は、自由層５３の側面に加えて、磁化固定層５１の側面によって構成されている。すなわち、第２の部分Ｓ２は、磁化固定層５１から自由層５３にかけて形成されている。

第１の側面５０ｃは、更に、第３の部分Ｓ３を含んでいる。第３の部分Ｓ３は、第１の部分Ｓ１よりも傾斜面３０５ｅにより近い位置に配置されている。また、第３の部分Ｓ３は、第１の部分Ｓ１から見て第１の方向Ｄ１の先に配置されている。

図９に示したように、第２の側面５０ｄは、傾斜面３０５ｅに対してなす角度が互いに異なる第４の部分Ｓ４および第５の部分Ｓ５を含んでいる。第５の部分Ｓ５は、第４の部分Ｓ４よりも傾斜面３０５ｅからより遠い位置に配置されている。第５の部分Ｓ５が傾斜面３０５ｅに対してなす角度は、第４の部分Ｓ４が傾斜面３０５ｅに対してなす角度よりも大きい。また、第５の部分Ｓ５がＺ方向に平行な方向に対してなす角度は、第４の部分Ｓ４がＺ方向に平行な方向に対してなす角度よりも小さい。

第４の部分Ｓ４は、下部電極６１に近づくに従って、第４の部分Ｓ４と仮想の平面Ｐ１（図８参照）との間の距離が大きくなるように傾斜している。同様に、第５の部分Ｓ５は、下部電極６１に近づくに従って、第５の部分Ｓ５と仮想の平面Ｐ１（図８参照）との間の距離が大きくなるように傾斜している。第５の部分Ｓ５と仮想の平面Ｐ１との間の距離は、第４の部分Ｓ４と仮想の平面Ｐ１との間の最小の距離以下になる。

図９に示した例では、第４の部分Ｓ４と第５の部分Ｓ５の各々は、曲面である。しかし、第４の部分Ｓ４と第５の部分Ｓ５の各々は、平面であってもよい。

第４の部分Ｓ４の少なくとも一部は、磁化固定層５１の側面によって構成されている。第５の部分Ｓ５の少なくとも一部は、自由層５３の側面によって構成されている。第４の部分Ｓ４の全体が磁化固定層５１の側面によって構成され、第５の部分Ｓ５の全体が自由層５３の側面によって構成されていてもよい。あるいは、第４の部分Ｓ４と第５の部分Ｓ５の各々の一部がギャップ層５２の側面によって構成されていてもよい。この場合、第１の部分Ｓ１と第２の部分Ｓ２との境界が、ギャップ層５２の側面に存在していてもよい。

図８に示したように、下部電極６１は、傾斜面３０５ｅに対向する下面６１ａと、下面６１ａとは反対側の上面６１ｂと、第３の側面６１ｃと、第４の側面６１ｄとを有している。第３の側面６１ｃは、下面６１ａの第１の方向Ｄ１の端部と上面６１ｂの第１の方向Ｄ１の端部とを接続している。

第４の側面６１ｄは、絶縁層３０５の上面に沿って第３の側面６１ｃから遠ざかる方向の先に配置されている。ここで、第４の側面６１ｄの第１の例と第２の例について説明する。始めに、図１０を参照して、第４の側面６１ｄの第１の例について説明する。図１０は、第４の側面６１ｄの第１の例を示す断面図である。第１の例では、下部電極６１は、傾斜面３０５ｅから平坦面３０５ｄにかけて形成されている。第４の側面６１ｄは、平坦面３０５ｄの上において、平坦面３０５ｄの上方にある下面６１ａの端部と上面６１ｂの端部とを接続している。

次に、図１１を参照して、第４の側面６１ｄの第２の例について説明する。図１１は、第４の側面６１ｄの第２の例を示す断面図である。第２の例では、下部電極６１は、その全体が傾斜面３０５ｅの上に配置されている。第４の側面６１ｄは、傾斜面３０５ｅの上にある。第４の側面６１ｄは、下面６１ａの第２の方向Ｄ２の端部と上面６１ｂの第２の方向Ｄ２の端部とを接続している。

なお、図６には、図１１に示した第４の側面６１ｄを有する下部電極６１を示している。しかし、図６の下部電極６１は、図１０に示した第４の側面６１ｄを有していてもよい。

ＭＲ素子構造体７０は、傾斜面３０５ｅに対向する下面７０ａと、下面７０ａとは反対側の上面７０ｂとを有している。ＭＲ素子構造体７０の下面７０ａは、下部電極６１の下面６１ａによって構成されている。ＭＲ素子構造体７０の上面７０ｂは、ＭＲ素子５０の上面５０ｂによって構成されている。

ＭＲ素子構造体７０は、更に、下面７０ａと上面７０ｂとを接続する第１の面７０ｃを有している。第１の面７０ｃは、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃと、下部電極６１の第３の側面６１ｃと、下部電極６１の上面６１ｂのうちのＭＲ素子５０Ｃによって覆われていない部分の一部とによって構成されている。

第１の面７０ｃは、２つの段差を含んでいる。すなわち、第１の面７０ｃは、第１の側面５０ｃの第１の部分Ｓ１と第３の部分Ｓ３との間に存在する第１の段差と、第１の側面５０ｃの第３の部分Ｓ３と下部電極６１の第３の側面６１ｃとの間に存在する第２の段差を含んでいる。第１の段差は、ＭＲ素子構造体７０のＭＲ素子５０に存在する。第２の段差は、ＭＲ素子５０と下部電極６１との間に存在する。

ＭＲ素子構造体７０は、更に、絶縁層３０５の上面に沿って第１の面７０ｃから遠ざかる方向の先において下面７０ａと上面７０ｂとを接続する第２の面７０ｄを有している。第２の面７０ｄは、ＭＲ素子５０の第２の側面５０ｄと、下部電極６１の第４の側面６１ｄと、下部電極６１の上面６１ｂのうちのＭＲ素子５０Ｃによって覆われていない部分の他の一部とによって構成されている。第２の面７０ｄは、第１の面７０ｃよりも少ない数の段差を含んでいる。すなわち、第２の面７０ｄは、第２の側面５０ｄと第４の側面６１ｄとの間に存在する１つの段差を含んでいる。

ＶＺ平面に平行な任意の断面において、第２の面７０ｄは、第１の面７０ｃとは異なる形状を有している。具体的には、第２の面７０ｄは、仮想の平面Ｐ１を中心として第１の面７０ｃに対して非対称な形状を有している。

次に、第２の例のＭＲ素子構造体７０について説明する。図１２は、第２の例のＭＲ素子構造体７０を示す断面図である。

第２の例では、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃの形状が、第１の例と異なっている。第２の例では、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃは、第３の部分Ｓ３（図９参照）を含んでいない。また、第２の例では、ＶＺ平面に平行な任意の断面において、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃと第２の側面５０ｄは、実質的に対称またはほぼ対称な形状を有している。具体的には、第１の側面５０ｃは、仮想の平面Ｐ１を中心として第２の側面５０ｄに対して対称またはほぼ対称な形状を有している。傾斜面３０５ｅに平行な任意の断面において、第１の側面５０ｃと仮想の平面Ｐ１との間の距離は、第２の側面５０ｄと仮想の平面Ｐ１との間の距離と等しいか、ほぼ等しい。

また、第２の例では、第１の例における第２の側面５０ｄの第４および第５の部分Ｓ４，Ｓ５についての説明は、第２の例における第１の側面５０ｃの第１および第２の部分Ｓ１，Ｓ２にも当てはまる（図９参照）。第１の例における第２の側面５０ｄの第４および第５の部分Ｓ４，Ｓ５についての説明中の第４および第５の部分Ｓ４，Ｓ５を、それぞれ第１および第２の部分Ｓ１，Ｓ２に置き換えれば、第２の例における第１の側面５０ｃの第１および第２の部分Ｓ１，Ｓ２についての説明になる。

また、第２の例では、下部電極６１の上面６１ｂは、第１の部分６１ｂ１と、第２の部分６１ｂ２と、第３の部分６１ｂ３とを含んでいる。ＭＲ素子５０は、第１の部分６１ｂ１の上に配置されている。第２の部分６１ｂ２は、下部電極６１の第３の側面６１ｃに接続されている。第１および第２の部分６１ｂ１，６１ｂ２の各々は、傾斜面３０５ｅに沿って延在している。第２の部分６１ｂ２は、第１の部分６１ｂ１よりも傾斜面３０５ｅにより近い位置に配置されている。第３の部分６１ｂ３は、第１の部分６１ｂ１と第２の部分６１ｂ２とを接続している。

また、第２の例では、ＭＲ素子構造体７０の第１の面７０ｃは、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃと、上面６１ｂの第１の部分６１ｂ１のうちＭＲ素子５０によって覆われていない部分の一部と、上面６１ｂの第２および第３の部分６１ｂ２，６１ｂ３と、第３の側面６１ｃとによって構成されている。第１の面７０ｃは、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃと下部電極６１の上面６１ｂの第３の部分６１ｂ３との間に存在する第１の段差と、下部電極６１の第３の側面６１ｃと下部電極６１の上面６１ｂの第３の部分６１ｂ３との間に存在する第２の段差とを含んでいる。第１の段差は、ＭＲ素子５０と下部電極６１との間に存在する。第２の段差は、下部電極６１に存在する。

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、ＭＲ素子構造体７０の第１の面７０ｃは、第１および第２の段差を含んでいる。第１の例では、第１の段差は、ＭＲ素子構造体７０のＭＲ素子５０に存在する。仮に、第１の段差が存在しない場合、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃは、ＭＲ素子５０の下面５０ａから上面５０ｂにかけてなだらかに変化する。傾斜面３０５ｅに沿った方向におけるＭＲ素子５０の下面５０ａの寸法と上面５０ｂの寸法を同じにして比較すると、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃと上部電極６２との間隔は、第１の段差が存在しない場合に比べて大きくなる。これにより、本実施の形態によれば、第１の側面５０ｃと上部電極６２とがショートすることを抑制することができる。

また、第２の例では、第２の段差は、下部電極６１に形成されている。これにより、本実施の形態によれば、第２の段差が存在しない場合に比べて、下部電極６１と上部電極６２との間隔を大きくすることができる。これにより、本実施の形態によれば、下部電極６１と上部電極６２とがショートすることを抑制することができる。

また、本実施の形態では、磁化固定層５１は、傾斜面３０５ｅと自由層５３との間に介在している。傾斜面３０５ｅに沿った方向におけるＭＲ素子５０の上面５０ｂの寸法を同じにして比較すると、傾斜面３０５ｅに沿った方向における磁化固定層５１の寸法は、第１の側面５０ｃが第１の部分Ｓ１を含まない場合に比べて大きくなる。これにより、本実施の形態によれば、磁化固定層５１の体積を大きくして、磁化固定層５１の磁化の方向がずれることを抑制することができる。

また、本実施の形態では、第２の側面５０ｄは、傾斜面３０５ｅに対してなす角度が互いに異なる第４の部分Ｓ４および第５の部分Ｓ５を含んでいる。本実施の形態では特に、第５の部分Ｓ５が傾斜面３０５ｅに対してなす角度は、第４の部分Ｓ４が傾斜面３０５ｅに対してなす角度よりも大きい。第２の側面５０ｄが第５の部分Ｓ５を含まない場合、すなわち第２の側面５０ｄの全体が実質的に第４の部分Ｓ４である場合には、第２の側面５０ｄが傾斜面３０５ｅに対してなす角度は、全体的に小さくなる。この場合、第２の側面５０ｄは、緩やかなテーパー形状となる。上部電極６２と第２の側面５０ｄとが対向する面積は、テーパーが緩やかになるに従って大きくなる。

これに対し、本実施の形態では、第２の側面５０ｄは、第４の部分Ｓ４に加えて、第５の部分Ｓ５を含んでいる。傾斜面３０５ｅに沿った方向におけるＭＲ素子５０の下面５０ａの寸法を同じにして比較すると、上部電極６２と第２の側面５０ｄとが対向する面積は、第２の側面５０ｄが第５の部分Ｓ５を含まない場合に比べて小さくなる。これにより、本実施の形態によれば、第１の側面５０ｃと上部電極６２とがショートすることを抑制することができる。

また、本実施の形態では、第４の部分Ｓ４の少なくとも一部は、磁化固定層５１に属している。第５の部分Ｓ５の少なくとも一部は、自由層５３に属している。傾斜面３０５ｅに沿った方向におけるＭＲ素子５０の上面５０ｂの寸法を同じにして比較すると、傾斜面３０５ｅに沿った方向における自由層５３の寸法は、第２の側面５０ｄが第５の部分Ｓ５を含まない場合に比べて小さくなる。傾斜面３０５ｅに沿った方向は、ＭＲ素子５０の長手方向（Ｕ方向に平行な方向）に直交する方向であり、ＭＲ素子５０の短手方向である。従って、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５０の短手方向の寸法を小さくすることができ、これにより、自由層５３の形状異方性（形状磁気異方性）が小さくなることを抑制することができる。

また、自由層５３の形状異方性（形状磁気異方性）は、自由層５３の側面（第２の側面５０ｄの一部）が傾斜面３０５ｅに対してなす角度によっても変化する。すなわち、上記の角度が小さくなるに従って、自由層５３の形状異方性（形状磁気異方性）が小さくなる。本実施の形態では、自由層５３に第５の部分Ｓ５が形成されていることから、第５の部分Ｓ５が存在しない場合に比べて、上記の角度は大きくなる。これにより、本実施の形態によれば、自由層５３の形状異方性（形状磁気異方性）が小さくなることを抑制することができる。

また、本実施の形態では、傾斜面３０５ｅに沿った方向におけるＭＲ素子５０の上面５０ｂの寸法を同じにして比較すると、傾斜面３０５ｅに沿った方向における磁化固定層５１の寸法は、第２の側面５０ｄが第４の部分Ｓ４を含まない場合に比べて大きくなる。これにより、本実施の形態によれば、磁化固定層５１の体積を大きくして、磁化固定層５１の磁化の方向がずれることを抑制することができる。

ここで、第３の例のＭＲ素子構造体７０について簡単に説明する。第３の例のＭＲ素子構造体７０は、第２の例のＭＲ素子５０と、第１の例の下部電極６１とを含んでいる。本実施の形態では、第１または第２の例のＭＲ素子５０と第３の例のＭＲ素子５０の組を、本実施の形態における第１のＭＲ素子５０Ｂおよび第２のＭＲ素子５０Ｃの組とすることができる。例えば、第１のＭＲ素子５０Ｂを第１または第２の例のＭＲ素子５０とし、第２のＭＲ素子５０Ｃを第３の例のＭＲ素子５０としてもよい。この場合、第２のＭＲ素子５０Ｃが含まれるＭＲ素子構造体７０の第１および第２の面７０ｃ，７０ｄの各々は、１つの段差を含んでいる。

あるいは、第１のＭＲ素子５０Ｂおよび第２のＭＲ素子５０Ｃを、いずれも、第１または第２の例のＭＲ素子５０としてもよい。

［変形例］
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の第１および第２の変形例について説明する。始めに、図１３および図１４を参照して、第１の変形例について説明する。図１３は、第１の変形例におけるＭＲ素子構造体を示す断面図である。図１４は、図１３に示したＭＲ素子構造体の磁気抵抗効果素子と下部電極を示す断面図である。

図１３は、任意の傾斜面３０５ｆの上に配置されたＭＲ素子５０と交差するＶＺ断面を示している。このＶＺ断面は、図６と同様に、Ｕ方向の先にある位置からＭＲ素子５０の断面を見たＶＺ断面であってもよい。この場合、ＭＲ素子５０、下部電極６１および傾斜面３０５ｆは、それぞれ、第２のＭＲ素子５０Ｃ、下部電極６１Ｃおよび第２の傾斜面３０５ｂに対応する。あるいは、図１３に示したＶＺ断面は、－Ｕ方向の先にある位置からＭＲ素子５０の断面を見たＶＺ断面であってもよい。この場合、ＭＲ素子５０、下部電極６１および傾斜面３０５ｆは、それぞれ、第１のＭＲ素子５０Ｂ、下部電極６１Ｂおよび第１の傾斜面３０５ａに対応する。

ここで、図１３および図１４に示したように、ＶＺ平面に平行な第３の方向Ｄ３と第４の方向Ｄ４を定義する。第３の方向Ｄ３は、傾斜面３０５ｆに沿った方向であり基準平面（基板３０１の上面３０１ａ）から遠ざかる方向である。第４の方向Ｄ４は、傾斜面３０５ｆに沿った方向であり基準平面（基板３０１の上面３０１ａ）に近づく方向である。

また、以下の説明において、傾斜面３０５ｆに沿った方向であり且つ第３の方向Ｄ３に平行な方向（第４の方向Ｄ４に平行な方向）を、単に傾斜面３０５ｆに沿った方向と言う。この方向は、傾斜面３０５ｆに沿った方向であり且つ基準平面（基板３０１の上面３０１ａ）からの距離が変化する方向でもある。

図１３において、符号Ｐ２は、ＭＲ素子５０と交差し且つ傾斜面３０５ｆに垂直な仮想の平面を示している。仮想の平面Ｐ２は、図１３に示したＭＲ素子５０の上面５０ｂを円筒面の一部とみなしたときに、この円筒面の中心軸Ｃ２を含むと共に、ＭＲ素子５０と交差する。また、仮想の平面Ｐ２は、傾斜面３０５ｆに沿った方向における上面５０ｂの中央と交差する。

第１の例のＭＲ素子構造体７０についての説明は、以下で説明する複数の点を除いて、第１の変形例におけるＭＲ素子構造体７０にも当てはまる。第１の例のＭＲ素子構造体７０についての説明中の傾斜面３０５ｅ、第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２および仮想の平面Ｐ１を、それぞれ、傾斜面３０５ｆ、第３の方向Ｄ３、第４の方向Ｄ４および仮想の平面Ｐ２に置き換えれば、第１の変形例におけるＭＲ素子構造体７０についての説明になる。

第１の変形例では、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃの形状が、第１の例と異なっている。第１の変形例では、第１の側面５０ｃは、第３の部分Ｓ３を含んでいない。

また、第１の変形例では、ＭＲ素子構造体７０の第１の面７０ｃは、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃと、下部電極６１の第３の側面６１ｃとによって構成されている。第１の面７０ｃは、第１の側面５０ｃの第２の部分Ｓ２と下部電極６１の第３の側面６１ｃとの間に存在する１つの段差を含んでいる。

次に、図１５を参照して、第２の変形例について説明する。図１５は、第２の変形例におけるＭＲ素子構造体を示す断面図である。

第２の変形例では、ＭＲ素子５０の第１の側面５０ｃの形状が、第１の変形例と異なっている。第２の変形例では、第１の側面５０ｃの第１の部分Ｓ１は、磁化固定層５１の側面に加えて、自由層５３の側面によって構成されている。すなわち、第１の部分Ｓ１は、磁化固定層５１から自由層５３にかけて形成されている。

［第２の実施の形態］
次に、図１６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサ１について説明する。図１６は、本実施の形態に係る磁気センサ１の一部を示す断面図である。

本実施の形態では、絶縁層３０５の複数の凸面３０５ｃの各々の全体形状は、図１６に示した凸面３０５ｃの三角形形状をＵ方向に平行な方向に沿って移動してできる三角屋根形状である。また、絶縁層３０５の複数の第１の傾斜面３０５ａと複数の第２の傾斜面３０５ｂの各々は、平面である。複数の第１の傾斜面３０５ａの各々は、Ｕ方向とＷ１方向に平行な平面である。複数の第２の傾斜面３０５ｂの各々は、Ｕ方向とＷ２方向に平行な平面である。

絶縁層３０５は、図６に示した例と同様に、複数の凸面３０５ｃを形成する複数の突出部を含んでいてもよい。あるいは、絶縁層３０５は、Ｖ方向に平行な方向に並ぶ複数の溝部を含んでいてもよい。複数の溝部の各々は、第１の傾斜面３０５ａに対応する第１の壁面と、第２の傾斜面３０５ｂに対応する第２の壁面とを有している。１つの凸面３０５ｃは、１つの溝部の第１の壁面と、この１つの溝部の－Ｖ方向側に隣接する他の１つの溝部の第２の壁面とによって構成される。

なお、図１６に示した例では、複数の溝部の各々は、更に、平坦面３０５ｄに対応する底面を有している。しかし、複数の溝部の各々は、底面を有していなくてもよい。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

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、請求の範囲の要件を満たす限り、ＭＲ素子構造体７０の第１および第２の面７０ｃ，７０ｄの各々の形状は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。第１の面７０ｃは、３つ以上の段差を含んでいてもよい。この場合、第２の面７０ｄは、第１の面７０ｃの段差よりも少ない数の複数の段差を含んでいてもよい。

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。

以上説明したように、本発明の磁気センサは、基準平面を有する基板と、基板の上に配置され、基準平面に対して傾斜した傾斜面を有する支持部材と、傾斜面の上に配置され、傾斜面に対向する下面と、下面とは反対側の上面と、下面と上面とを接続し且つ２つの段差を含む第１の面とを有する磁気検出素子構造体とを備えている。

本発明の磁気センサにおいて、磁気検出素子構造体は、更に、傾斜面に沿って第１の面から遠ざかる方向の先において下面と上面とを接続する第２の面を有していてもよい。第２の面は、磁気検出素子構造体と交差し且つ傾斜面に垂直な仮想の平面を中心として第１の面に対して非対称な形状を有していてもよい。第２の面は、第１の面よりも少ない数の段差を含んでいてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、磁気検出素子構造体は、下部電極と、下部電極の上に配置された磁気検出素子とを含み、下部電極および磁気検出素子の積層方向に電流が流れるように構成されていてもよい。磁気検出素子は、外部磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、方向が固定された磁化を有すると共に自由層と傾斜面との間に介在する磁化固定層とを含んでいてもよい。２つの段差の一方は、磁気検出素子に存在していてもよく、２つの段差の他方は、磁気検出素子と下部電極との間に存在していてもよい。あるいは、２つの段差の一方は、磁気検出素子と下部電極との間に存在していてもよく、２つの段差の他方は、下部電極に存在していてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、第１の面は、曲面部分を含んでいてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、傾斜面は、曲面であってもよい。あるいは、傾斜面は、平面であってもよい。

また、本発明の磁気センサは、更に、絶縁層と、上部電極とを備えていてもよい。磁気検出素子構造体は、下部電極と、前記下部電極の上に配置された磁気検出素子とを含んでいてもよい。上部電極は、下部電極との間に磁気検出素子を挟む位置に配置されていてもよい。絶縁層は、下部電極と上部電極との間において磁気検出素子構造体の周囲に配置されていてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、支持部材は、基準平面から遠ざかる方向に張り出す凸面を有していてもよい。凸面は、傾斜面と、基準平面に対して傾斜すると共に傾斜面とは異なる方向に向いた他の傾斜面とを含んでいてもよい。この場合、本発明の磁気センサは、更に、他の傾斜面の上に配置され、他の傾斜面に対向する下面と、下面とは反対側の上面と、下面と上面とを接続する２つの面を有する他の磁気検出素子構造体を備えていてもよい。他の磁気検出素子構造体の２つの面の各々は、第１の面よりも少ない数の段差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…磁化固定層、５２…ギャップ層、５３…自由層、６１，６１Ｂ，６１Ｃ…下部電極、６２，６２Ｂ，６２Ｃ…上部電極、７０…ＭＲ素子構造体、７０ａ…下面、７０ｂ…上面、７０ｃ…第１の面、７０ｄ…第２の面、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、３０２～３０５，３０７～３１０…絶縁層、３０５ａ…第１の傾斜面、３０５ｂ…第２の傾斜面、３０５ｃ…凸面、３０５ｄ…平坦面、３０５ｅ，３０５ｆ…傾斜面、Ｓ１…第１の部分、Ｓ２…第２の部分、Ｓ３…第３の部分、Ｓ４…第４の部分。

Claims (14)

1. 基準平面を有する基板と、
   前記基板の上に配置され、前記基準平面に対して傾斜した傾斜面を有する支持部材と、
   前記傾斜面の上に配置され、前記傾斜面に対向する下面と、前記下面とは反対側の上面と、前記下面と前記上面とを接続し且つ２つの段差を含む第１の面とを有する磁気検出素子構造体とを備えたことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記磁気検出素子構造体は、更に、前記傾斜面に沿って前記第１の面から遠ざかる方向の先において前記下面と前記上面とを接続する第２の面を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記第２の面は、前記磁気検出素子構造体と交差し且つ前記傾斜面に垂直な仮想の平面を中心として前記第１の面に対して非対称な形状を有していることを特徴とする請求項２記載の磁気センサ。
4. 前記第２の面は、前記第１の面よりも少ない数の段差を含むことを特徴とする請求項３記載の磁気センサ。
5. 前記磁気検出素子構造体は、下部電極と、前記下部電極の上に配置された磁気検出素子とを含み、前記下部電極および前記磁気検出素子の積層方向に電流が流れるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
6. 前記磁気検出素子は、外部磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、方向が固定された磁化を有すると共に前記自由層と前記傾斜面との間に介在する磁化固定層とを含むことを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
7. 前記２つの段差の一方は、前記磁気検出素子に存在し、
   前記２つの段差の他方は、前記磁気検出素子と前記下部電極との間に存在することを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
8. 前記２つの段差の一方は、前記磁気検出素子と前記下部電極との間に存在し、
   前記２つの段差の他方は、前記下部電極に存在することを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
9. 前記第１の面は、曲面部分を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
10. 前記傾斜面は、曲面であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
11. 前記傾斜面は、平面であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
12. 更に、絶縁層と、
    上部電極とを備え、
    前記磁気検出素子構造体は、下部電極と、前記下部電極の上に配置された磁気検出素子とを含み、
    前記上部電極は、前記下部電極との間に前記磁気検出素子を挟む位置に配置され、
    前記絶縁層は、前記下部電極と前記上部電極との間において前記磁気検出素子構造体の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
13. 前記支持部材は、前記基準平面から遠ざかる方向に張り出す凸面を有し、
    前記凸面は、前記傾斜面と、前記基準平面に対して傾斜すると共に前記傾斜面とは異なる方向に向いた他の傾斜面とを含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
14. 更に、前記他の傾斜面の上に配置され、前記他の傾斜面に対向する下面と、前記下面とは反対側の上面と、前記下面と前記上面とを接続する２つの面を有する他の磁気検出素子構造体を備え、
    前記他の磁気検出素子構造体の前記２つの面の各々は、前記第１の面よりも少ない数の段差を含むことを特徴とする請求項１３記載の磁気センサ。

Images