JP5436254B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、外部磁界に対して電気抵抗が変動する磁気抵抗効果素子と、電気抵抗が変化しない固定抵抗素子とを備えた磁気センサに関する。

磁気センサに用いられる磁気抵抗効果素子と電気的に接続された固定抵抗素子に必要な特性（条件）は、外部磁界に対して抵抗変化せず、磁気抵抗効果素子と同等な電気抵抗値Ｒｓ（外部磁界がゼロのときの抵抗値）及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）を備えることである。これにより、安定した検出精度を得る事が可能になる。

従来では、下記の特許文献のように、例えば、磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とで積層の順番を変えて、外部磁界に対して抵抗変化しないように磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子との電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）を同じとしていた。

しかしながら、上記従来の構造では、磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子との積層数は同じであり、固定抵抗素子を成膜するために必要な時間やターゲットは磁気抵抗効果素子とほぼ同じとなり、固定抵抗素子に対する生産効率が悪かった。

特開２００７−２４８０５４号公報 特開２００７−２６３６５４号公報

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、固定抵抗素子を磁気抵抗効果素子よりも少ない積層数にて、電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）が磁気抵抗効果素子とほぼ同等になるように調整できる磁気センサを提供することを目的とする。

本発明における磁気センサは、
基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層が積層されて成る磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された固定抵抗素子とを有し、
前記固定抵抗素子は、Ｆｅ単層と、前記Ｆｅ単層よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層とを積層して構成され、前記磁気抵抗効果素子よりも積層数が少ないことを特徴とするものである。

本発明では少なくとも固定抵抗素子は、Ｆｅ単層と、Ｆｅ単層よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層とを備えて構成される。Ｆｅ単層は、磁気センサに作用する印加磁場範囲では、非常に小さい抵抗変化率であり、固定抵抗として使用可能な磁性材料である。Ｆｅ単層は、磁気抵抗効果素子よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きくなるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の小さい非磁性層を積層することで、固定抵抗素子の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子とほぼ同等となるように調整することができ、また電気抵抗値Ｒｓ（外部磁界がゼロのときの抵抗値）を、固定抵抗素子と磁気抵抗効果素子とでほぼ同等にすることが出来る。そして、少なくともＦｅ単層及び非磁性層を備える本発明の固定抵抗素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を備える磁気抵抗効果素子よりも積層数を少なく出来る。このように本発明では、固定抵抗素子の積層数を磁気抵抗効果素子より少なくしても、固定抵抗素子の電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子とほぼ同等となるように適切且つ簡単に調整でき、したがって固定抵抗素子に対する生産効率を従来よりも向上させることが可能になる。

本発明では、前記磁気抵抗効果素子には、前記反強磁性層の下にシード層が形成されており、前記固定抵抗素子は、下から前記シード層、前記Ｆｅ単層、前記非磁性層、及び保護層の順で積層されている構成にできる。

また本発明では、前記非磁性層に代えて、印加磁場範囲内にて、実質的に抵抗変化しない磁性材料層が形成されてもよい。本発明では、前記非磁性層に代えて、Ｃｏ_100-xＦｅ_x（ｘは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層が形成されてもよい。

Ｃｏ_100-xＦｅ_x（ｘは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層もＦｅ単層と同じように、磁気センサに作用する印加磁場範囲では、非常に小さい抵抗変化率であり、固定抵抗として使用可能な磁性材料である。よって、Ｆｅ単層とＣｏ_100-xＦｅ_x層との各磁性層を重ねた構成でも、固定抵抗素子として適切に機能させることが出来る。

また本発明では、前記固定抵抗素子を、下から前記非磁性層、前記Ｆｅ単層、及び保護層の順で積層した構成にも出来る。かかる場合、前記磁気抵抗効果素子には、前記反強磁性層の下にシード層が形成されており、前記非磁性層は前記シード層と同じ材料の層で形成されるとともに前記シード層よりも厚い膜厚で形成されることが好ましい。

あるいは本発明における磁気センサは、基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層が積層されて成る磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された固定抵抗素子とを有し、
前記固定抵抗素子は、Ｃｏ_100-yＦｅ_y（ｙは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層と、前記Ｃｏ_100-yＦｅ_y層よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層とを積層して構成され、前記磁気抵抗効果素子よりも積層数が少ないことを特徴とするものである。

本発明では、少なくとも固定抵抗素子は、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層と、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層とを積層して構成される。Ｃｏ_100-yＦｅ_y層は、磁気センサに作用する印加磁場範囲では、非常に小さい抵抗変化率であり、固定抵抗として使用可能な磁性材料である。Ｃｏ_100-yＦｅ_y層と、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の小さい非磁性層を積層することで、固定抵抗素子の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子とほぼ同等となるように簡単且つ適切に調整することができ、また電気抵抗値Ｒｓを、固定抵抗素子と磁気抵抗効果素子とでほぼ同等となるように調整することが出来る。そして、少なくともＣｏ_100-yＦｅ_y層及び非磁性層を備える本発明の固定抵抗素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を備える磁気抵抗効果素子よりも積層数を少なく出来る。このように本発明では、固定抵抗素子の積層数を磁気抵抗効果素子より少なくしても、固定抵抗素子の電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子とほぼ同等となるように簡単且つ適切に調整でき、したがって固定抵抗素子に対する生産効率を従来よりも向上させることが可能になる。

また本発明では、ＣｏＦｅにおけるＦｅの含有量が５０ａｔ％〜７０ａｔ％の範囲内であることが好ましい。これにより、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層の磁気センサの印加磁場範囲での抵抗変化率を、非常に小さくできる。

また本発明では、前記非磁性層は、ＮｉＦｅＣｒ、あるいは、Ｃｕ、Ｔａ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、Ｒｕの少なくともいずれか１種で形成されることが好ましい。

また本発明では、前記非磁性層は、前記磁気抵抗効果素子を構成する各層のいずれかと同じ材料の層で形成されることが好ましい。これにより、固定抵抗素子に対する生産コストを低減でき、生産効率をより効果的に向上させることができる。

本発明の磁気センサによれば、固定抵抗素子を磁気抵抗効果素子よりも少ない積層数にて、電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）が磁気抵抗効果素子とほぼ同等になるように適切且つ容易に調整できる。

第１実施形態の磁気センサを示す部分斜視図、 図１のＡ−Ａ線に沿って厚さ方向（高さ方向）にて切断し矢印方向から見たときの磁気センサの部分拡大縦断面図、 図２と異なる第２実施形態の磁気センサの部分拡大縦断面図、 図２、図３と異なる第３実施形態の磁気センサの部分拡大縦断面図、 本実施形態の磁気センサの回路構成図、 図５と異なる回路構成図、 Ｆｅ単層とＣｏ_50at%Ｆｅ_50at%層とを積層した固定抵抗素子におけるＣｏ_50at%Ｆｅ_50at%層の膜厚と固定抵抗素子の電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）との関係を示すグラフ。

図１は、第１実施形態の磁気センサを示す部分斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って厚さ方向（高さ方向）にて切断し矢印方向から見たときの磁気センサの部分拡大縦断面図、図３は、図２と異なる第２実施形態の磁気センサの部分拡大縦断面図、図４は、図２、図３と異なる第３実施形態の磁気センサの部分拡大縦断面図、図５は、本実施形態の磁気センサの回路構成図、図６は図５と異なる回路構成図、である。

図１に示す磁気センサ１は、磁気抵抗効果素子１０と固定抵抗素子２０および検出回路が一体化されたＩＣパッケージであり、小型で且つ薄型に構成されている。この磁気センサ１は、例えば、マグネットＭなどの磁界発生部材が接近したときに、パルス状のＯＮ出力を得ることができる。

磁気抵抗効果素子１０は、磁気抵抗効果を利用して、外部磁界によって電気抵抗が変化するものである。固定抵抗素子２０は、磁気抵抗効果素子１０が抵抗変化する印加磁場範囲内にて、実質的に抵抗変化しない構成となっている。

磁気抵抗効果素子１０は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用して外部磁界を検出するものである。図２に示すように、磁気抵抗効果素子１０は、基板２上、下からシード層１１、反強磁性層１２、固定磁性層１３、非磁性材料層１４、フリー磁性層１５及び保護層１６の順に積層される。また図２に示す実施形態では、固定磁性層１３が、下から第１固定磁性層１３ａ、非磁性中間層１３ｂ及び第２固定磁性層１３ｃの積層フェリ構造で形成される。また図２に示す実施形態では、フリー磁性層１５が、第１磁性層１５ａ、第２磁性層１５ｃ及び第３磁性層１５ｃの３層構造で構成される。

シード層１１は、その上に形成される各層の結晶配向性を整えるために設けられる。シード層１１は、ＮｉＦｅＣｒやＣｒ等で形成される。シード層１１は、ＮｉＦｅＣｒで形成されることが好適である。シード層１１をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、シード層１１は、面心立方構造（ｆｃｃ）を有し、膜面と平行な方向に[１１１]面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、シード層１１をＣｒによって形成すると、シード層１１は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に[１１０]面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。なお、シード層１１の下に、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層が設けられていてもよい。

反強磁性層１２はＩｒＭｎやＰｔＭｎ等で形成される。第１固定磁性層１３ａ及び第２固定磁性層１３はＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ホイスラー合金等で形成される。非磁性中間層１３ｂは、Ｒｕ等で形成される。非磁性材料層１４はＣｕ等で形成される。フリー磁性層１５を構成する第１磁性層１５ａ及び第２磁性層１５ｂは、Ｆｅの含有量が異なるＣｏＦｅ等で形成される。また第３磁性層１５ｃはＮｉＦｅ等で形成される。保護層１６はＴａ等で形成される。

図２に示す磁気抵抗効果素子１０の積層構造は一例であり、他の積層構造であってもよい。

図１に示すように、磁気抵抗効果素子１０は、その平面形状がミアンダパターンで形成されており、その基本的な電気抵抗値Ｒｓ（外部磁界がゼロのときの抵抗値）が高くなっている。反強磁性層１２と固定磁性層１３（第１固定磁性層１３ａ）との反強磁性結合により、固定磁性層１３の磁化方向が、図１に示すＰ方向に固定されている。図２に示すように固定磁性層１３が積層フェリ構造で形成される場合、固定磁性層１３の固定磁化方向（Ｐ方向）は、第２固定磁性層１３ｃの固定磁化方向と定義される。

マグネットＭが磁気センサ１に接近し、磁気抵抗効果素子１０に固定磁性層１３の固定磁化方向（Ｐ方向）と同方向の外部磁界が作用すると、フリー磁性層１５の磁化方向が、固定磁性層１３の固定磁化方向（Ｐ方向）と平行に近づき電気抵抗が小さくなる。一方、磁気抵抗効果素子１０に固定磁性層１３の固定磁化方向（Ｐ方向）と逆方向の外部磁界が作用すると、フリー磁性層１５の磁化方向が、固定磁性層１３の固定磁化方向（Ｐ方向）と反平行に近づき電気抵抗が大きくなる。

図２に示す固定抵抗素子２０は、下から非磁性層２１、Ｆｅ単層２２、保護層２３の３層構造で形成される。

非磁性層２１は、Ｆｅ単層２２に比べて抵抗温度係数（ＴＣＲ）が小さい。この実施形態では、非磁性層２１は、シード層１１と同様にＮｉＦｅＣｒで形成され、非磁性層２１の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、５０〜３００ｐｐｍ／℃程度である。シード層１１及び非磁性層２１を構成するＮｉＦｅＣｒは、組成式が（Ｎｉ_zＦｅ_100-z）_100-wＣｒ_wで示され、原子比率を示すｚは、７７〜８３、含有量ｗは、３２．６〜３８．６ａｔ％の範囲内であることが好適である。

この第１の実施形態における非磁性層２１の膜厚Ｈ１は、２００〜３００Å程度である。図２に示すように、非磁性層２１の膜厚Ｈ１は、磁気抵抗効果素子１０を構成するシード層１１やＦｅ単層２２に比べて十分厚くなっている。また、Ｆｅ単層２２の膜厚Ｈ２は、３０〜７０Å程度である。

また保護層２３は、磁気抵抗効果素子１０の保護層１６と同じ例えばＴａで形成される。保護層２３の膜厚Ｈ３は、磁気抵抗効果素子１０の保護層１６と同じ５０Å程度である。

図１に示すように、固定抵抗素子２０は、磁気抵抗効果素子１０と同様にミアンダパターンで形成される。そして、磁気抵抗効果素子１０と固定抵抗素子２０の端部同士が電気接続層１７により接続されている。

図５が、本実施形態における磁気センサ１の回路構成図である。図５に示すように磁気抵抗効果素子１０と固定抵抗素子２０は直列接続されており、磁気抵抗効果素子１０と固定抵抗素子２０との間に出力端子３０が接続されている。また、磁気抵抗効果素子１０及び固定抵抗素子２０からなる直列回路の一方に入力端子３１が接続され、他方にグランド端子３２が接続されている。

あるいは図６に示すように、２つの磁気抵抗効果素子１０，１０と２つの固定抵抗素子２０，２０から成るブリッジ回路が構成されることが好適である。図６に示すように２つの出力端子３３，３４がブリッジ回路に接続されている。

図５，図６に示す出力端子３０，３３，３４での電圧変化が図示しない制御部にて処理されてＯＮ／ＯＦＦ信号が出力される。

図２に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子１０の積層数が１０であるのに対して、固定抵抗素子２０の積層数は３であり、固定抵抗素子２０の積層数を従来に比べて大幅に少なくすることが出来る。

本実施形態における固定抵抗素子２０は、磁気抵抗効果素子１０とほぼ同等の電気抵抗値Ｒｓ（外部磁界がゼロのときの抵抗値）及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）となるように調整されている。

ここで本実施形態における固定抵抗素子２０を構成するＦｅ単層２２の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）よりも大きいが、非磁性層２１と合わせることで、固定抵抗素子２０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）とほぼ同等となるように調整することが可能になる。なお、固定抵抗素子２０の側面に図１に示す電気接続層１７が接続されているから、固定抵抗素子２０の内部では各層が並列回路を構成している。

ところで、磁気抵抗効果素子１０の電気抵抗値Ｒｓは、１２〜２５（Ω／□）、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は８００〜２５００（ｐｐｍ／℃）程度である。このような特性を固定抵抗素子２０にて得るには、磁性材料を用いることが好適である。

表１には、図１に示す磁気抵抗効果素子１０と同じ材質で且つ膜厚のシード層（ＮｉＦｅＣｒ）と保護層（Ｔａ）との間に、１層の磁性材料層を形成した固定抵抗素子を形成し（すなわちシード層／磁性材料層／保護層の３層構造）、各固定抵抗素子の電気抵抗値Ｒｓ、抵抗温度係数（ＴＣＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した実験結果が示されている。

なお各固定抵抗素子のパターン幅及びパターン長さは磁気抵抗効果素子１０と同じとした。また、各磁性材料層の膜厚は表１に記載されているように１００Åに統一した。また、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の実験では、±１０Ｏｅ〜±５０Ｏｅの範囲内で行った。ここでプラス値の外部磁界は、磁気抵抗効果素子１０を構成する固定磁性層１３の固定磁化方向（Ｐ）と同方向から作用した大きさを示し、マイナス値の外部磁界は、前記固定磁性層１３の固定磁化方向（Ｐ）と逆方向から作用した大きさを示している。

表１に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、ＮｉＦｅ、Ｎｉ単層、Ｆｅ単層、及びＣｏ単層を用いた固定抵抗素子では、いずれも２０００ｐｐｍ／℃を越えることがわかった。これに対して、磁性材料層にＣｏＦｅを用いた固定抵抗素子では、特にＦｅ含有量を３０ａｔ％〜７０ａｔ％の範囲内とすることで、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が２０００ｐｐｍ／℃を下回りやすくなることがわかった。

表１に示すように、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、ＮｉＦｅ、Ｎｉ単層、Ｃｏ単層、Ｃｏ_90at%Ｆｅ_10at%を用いた固定抵抗素子では、０．１５％を上回りやすくなることがわかった。このため、これらの磁性材料層を備える固定抵抗素子では、外部磁界が作用した際に抵抗変化を十分に抑制できず、固定抵抗素子として使用するには不適切な磁性材料であることがわかった。

これに対し、Ｆｅ単層を用いた固定抵抗素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、±１０Ｏｅ〜±５０Ｏｅの印加磁場範囲内では、高くても０．０４％程度となり、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が極めて低く固定抵抗素子を構成する磁性材料層として適していることがわかった。

また、ＣｏＦｅ（Ｆｅ含有量が３０ａｔ％〜７０ａｔ％）を用いた固定抵抗素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、±１０Ｏｅ〜±５０Ｏｅの印加磁場範囲内では、０．１５％程度以下となり、特に、Ｆｅ含有量を５０ａｔ％〜７０ａｔ％としたＣｏＦｅを用いた固定抵抗素子では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより効果的に小さくでき、固定抵抗素子の磁性材料層として適していることがわかった。

磁気センサ１に作用する印加磁場範囲は−５０Ｏｅ〜＋５０Ｏｅ程度である。そして、この印加磁場範囲内にて、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が０．１６％以下、好ましくは０．１５％より小さくなる磁性材料層を本実施形態では、「実質的に抵抗変化しない磁性材料層」と規定した。

図２に示す固定抵抗素子２０は、下から非磁性層２１、Ｆｅ単層２２及び保護層２３の順に積層されて構成される。なお非磁性層２１の下に下地層が形成される等、３層以外の層があってもよい。固定抵抗素子２０を構成する各層のうち、非磁性層２１及び保護層２３は非磁性であるため外部磁界の作用によっても抵抗変化しない。一方、磁性材料であるＦｅ単層２２は、表１に示すように−５０Ｏｅ〜＋５０Ｏｅ程度の印加磁場範囲では極めて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が小さく固定抵抗素子２０に問題なく使用でき、固定抵抗素子２０は磁気センサを使用する際に作用する印加磁場範囲内で実質的に抵抗変化しない固定抵抗として機能させることが可能である。

次に、図２に示す構成の磁気抵抗効果素子１０と固定抵抗素子２０との電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）について一例を示す。

図２に示す磁気抵抗効果素子１０を下から、シード層１１；（Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉）_64at%Ｃｒ_36at%（４２）／反強磁性層１２；ＩｒＭｎ（６０）／第１固定磁性層１３ａ；Ｃｏ_70at%Ｆｅ_30at%（１４．６）／非磁性中間層１３ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層１３ｃ；Ｃｏ_90at%Ｆｅ_10at%（２０）／非磁性材料層１４；Ｃｕ（２０）／第１磁性層１５ａ；Ｃｏ_90at%Ｆｅ_10at%（５）／第２磁性層１５ｂ；Ｃｏ_70at%Ｆｅ_30at%（５）／第３磁性層１５ｃ；Ｎｉ_81.5at%Ｆｅ_18.5at%（２０．１）／保護層１６；Ｔａ（３０）の順に積層した。

また図２に示す固定抵抗素子２０を下から（Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉）_64at%Ｃｒ_36at%（２６４）／Ｆｅ単層（５６）／Ｔａ層（３０）の順に積層した。

上記における括弧内の数値は膜厚を示している。
上記により磁気抵抗効果素子１０及び固定抵抗素子２０の電気抵抗値Ｒｓを約２１．７（Ω／□）にでき、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を約１１２５．８（ｐｐｍ／℃）に出来ることがわかった。

このように本実施形態では、固定抵抗素子２０の積層数を、磁気抵抗効果素子１０より少なくしても、Ｆｅ単層２２と非磁性層２１とを積層することで、固定抵抗素子２０の電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子１０にほぼ同等となるように適切且つ簡単に調整できる。したがって、固定抵抗素子２０に対する生産効率を従来より向上させることが可能である。

図２に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子１０にＮｉＦｅＣｒから成るシード層１１を備え、一方、固定抵抗素子２０の非磁性層２１もＮｉＦｅＣｒにて形成できる。このように、磁気抵抗効果素子１０と固定抵抗素子２０とで同じ層を用いることができ、固定抵抗素子２０に対する生産コストを低減でき、生産効率をより効果的に向上させることができる。

図２に示す非磁性層２１の部分は、Ｆｅ単層２２に比べて抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層であり、ＮｉＦｅＣｒ以外であってもよい。例えばＣｕ、Ｔａ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、Ｒｕが挙げられる。このように、磁気抵抗効果素子１０の電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）に基づいて、前記非磁性層の材質を適宜変更することが可能であるが、上記したＮｉＦｅＣｒのように磁気抵抗効果素子１０にも使用される材質で非磁性層２１を形成することが望ましい。

図２に示すように非磁性層２１は、磁気抵抗効果素子１０を構成するシード層１１やＦｅ単層２２に比べて十分に厚い膜厚で形成される。非磁性層２１は、シード層１１と同じ材質で形成されることが好ましく、例えば上記したようにＮｉＦｅＣｒで形成される。

このように、図２に示す実施形態の非磁性層２１は、磁気抵抗効果素子１０のシード層４１よりも十分に厚い膜厚となっており、このため非磁性層２１は、Ｆｅ単層２２に対するシード機能が非常に弱くなっており、Ｆｅ単層２２の結晶配向性は、表１に示すＦｅ単層に比べて低い。よって、図２に示すＦｅ単層２２の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は表１に示すものに比べてもっと低い値となっている。

例えば、図２に示す実施形態は、磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）が、結晶配向性に優れた状態のＦｅ単層に比べてかなり低いような場合に、Ｆｅ単層自体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を小さくするために非常に膜厚を厚くしてシード層としての特性が低い非磁性層２１を形成し、その上にＦｅ単層２２を形成して、固定抵抗素子２０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数に適切且つ簡単に合うように調整している。

図３における第２の実施形態の固定抵抗素子４０は、下から、シード層４１、Ｆｅ単層４２、非磁性層４３及び保護層４４の順に積層される。なおシード層４１の下に下地層が形成される等、４層以外の層があってもよい。

図３に示す固定抵抗素子４０のシード層４１は、磁気抵抗効果素子１０のシード層１１と同じ層であり、ＮｉＦｅＣｒで形成されることが好適である。そして、シード層４１上に形成されるＦｅ単層４２の結晶配向性は優れた状態となっている。ＮｉＦｅＣｒ／Ｆｅの構成で、Ｆｅの結晶配向性が向上するのは格子定数等の関係で原子同士がマッチングしやすいためと考えられる。したがって図３に示すＦｅ単層４２の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は表１に示すＦｅ単層のものとほぼ同じになっている。このため図３に示す実施形態では、磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に合わせるべく、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の低い非磁性層４３を積層して、固定抵抗素子４０内にてＦｅ単層４２に並列接続し、固定抵抗素子４０全体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を下げて、磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に合うように調整している。

図３に示す非磁性層４３はＮｉＦｅＣｒやＣｕ、Ｔａ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、Ｒｕで形成されることが好適である。シード層４１の膜厚Ｈ４は、４０〜１００Å程度、Ｆｅ単層４２の膜厚Ｈ５は、４０〜８０Å程度、非磁性層４３の膜厚Ｈ６は、１０〜３０Å程度、保護層４４の膜厚Ｈ７は、５０Å程度である。

図３における固定抵抗素子４０の非磁性層４３に代えて、磁気センサ１に作用する印加磁場範囲内にて、実質的に抵抗変化しない磁性材料層、具体的には、Ｃｏ_100-xＦｅ_x（ｘは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層を形成することも可能である。

図７は図３に示す非磁性層４３を、Ｃｏ_50at%Ｆｅ_50at%層に変更し、Ｃｏ_50at%Ｆｅ_50at%層の膜厚と固定抵抗素子の電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）との関係を示すグラフである。

図７に示す実験は、Ｆｅ単層４２の膜厚を８０Å、９０Å、１００Åとした夫々の固定抵抗素子に対して行った。図７（ａ）に示すように、Ｃｏ_50at%Ｆｅ_50at%層の膜厚が厚くなると徐々に電気抵抗値Ｒｓが低下することがわかった。これは、Ｃｏ_50at%Ｆｅ_50at%層の膜厚が厚くなるとＣｏ_50at%Ｆｅ_50at%層の電気抵抗値Ｒｓが徐々に低下していくためである。

一方、図７（ｂ）に示すように、固定抵抗素子の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、Ｃｏ_50at%Ｆｅ_50at%層の膜厚が変化してもほとんど変化しないことがわかった。図７（ｂ）に示すように、固定抵抗素子の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、約２１００〜２３００（ｐｐｍ／℃）の範囲内であった。

よって磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）が、２０００（ｐｐｍ／℃）を上回るような形態では、Ｆｅ単層４２とＣｏ_100-xＦｅ_x（ｘは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層とを積層した固定抵抗素子とすることで、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を適切且つ簡単に合わせ込むことが可能になる。

また、Ｃｏ_100-xＦｅ_x層のＦｅの含有量ｘを５０ａｔ％〜７０ａｔ％の範囲内とすることで表１でも説明したように、−５０Ｏｅ〜＋５０Ｏｅの印加磁場範囲内にて、Ｃｏ_100-xＦｅ_x層の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を０．１５％よりも小さくでき、より効果的に固定抵抗素子として機能させることが可能である。

図４に示す実施形態における固定抵抗素子５０は、下から、シード層５１、Ｃｏ_100-yＦｅ_y（ｙは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層５２、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層５２よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層５３、保護層５４の順に積層される。なお非磁性層２１の下に下地層が形成される等、４層以外の層があってもよい。シード層５１及び保護層５４は磁気抵抗効果素子１０に使用されるシード層１１及び保護層１６と同じ層である。

シード層５１の膜厚Ｈ８は、４０〜１００Å程度であり、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層５２の膜厚Ｈ９は、８０〜１００Å程度であり、非磁性層５３の膜厚Ｈ１０は、４０〜６０Å程度であり、保護層５４の膜厚Ｈ１１は、５０Å程度である。

図４に示す実施形態では、固定抵抗素子５０は、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層５２と、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層５２よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層５３とを積層して構成される。表１に示したように、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層５２は、−５０Ｏｅ〜＋５０Ｏｅ程度の印加磁場範囲内では、非常に小さい抵抗変化率であり、固定抵抗として使用可能な磁性材料である。Ｃｏ_100-yＦｅ_y層５２と、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の小さい非磁性層５３とを積層することで、固定抵抗素子５０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子１０とほぼ同等になるように調整することが可能である。また膜厚調整等により電気抵抗値Ｒｓを、固定抵抗素子５０と磁気抵抗効果素子１０とでほぼ同等にすることが出来る。そして、少なくともＣｏ_100-yＦｅ_y層５２及び非磁性層５３を備える本実施形態の固定抵抗素子５０は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を備える磁気抵抗効果素子１０よりも積層数を少なく出来る。このように本実施形態では、固定抵抗素子５０の積層数を磁気抵抗効果素子１０より少なくしても、固定抵抗素子５０の電気抵抗値Ｒｓ及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）を磁気抵抗効果素子１０とほぼ同等となるように調整でき、したがって固定抵抗素子５０に対する生産効率を従来よりも向上させることが可能になる。

図４に示す実施形態においても非磁性層５３は、ＮｉＦｅＣｒ、あるいは、Ｃｕ、Ｔａ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、Ｒｕで形成されることが好ましい。また非磁性層５３は、磁気抵抗効果素子１０を構成する各層のいずれかと同じ材料の層で形成されることが好ましい。これにより、固定抵抗素子５０に対する生産コストを低減でき、生産効率をより効果的に向上させることができる。

図２、図３、図４に示す各固定抵抗素子のうち、どの固定抵抗素子を用いるかは、磁気抵抗効果素子１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に基づいて決めることが出来る。例えば、図２に示す固定抵抗素子の構成は、図３に示す固定抵抗素子よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）を小さくしやすい。また図４に示す固定抵抗素子の構成は、Ｃｏ_100-yＦｅ_y層５２を用いており、同じＣｏＦｅ層を磁気抵抗効果素子でも使用する場合には、図４の構成とすることで図３よりも固定抵抗素子の生産効率を向上させることができる。このように、磁気抵抗効果素子１０に使用される層構成や抵抗温度係数（ＴＣＲ）により適宜、使用する固定抵抗素子の構成を変えることが出来る。

なお図２ないし図４に示した固定抵抗素子以外の構成であってもよい。例えば材質が異なる複数の非磁性層を積層することも可能であるし、Ｆｅ単層やＣｏＦｅ層を複数層としてもよい。ただし、固定抵抗素子に使用される磁性材料層は、磁気センサに作用する印加磁場範囲内にて実質的に抵抗変化しない材質であり、しかも、固定抵抗素子の積層数は磁気抵抗効果素子の積層数よりも少ないことが条件である。

また磁気抵抗効果素子１０に対しては反強磁性層１２と固定磁性層１３間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせるべく熱処理を施すが、固定抵抗素子に対しては熱処理を必要としない。

１ 磁気センサ
２ 基板
１０ 磁気抵抗効果素子
１１、４１、５１ シード層
１２ 反強磁性層
１３ 固定磁性層
１４ 非磁性材料層
１５ フリー磁性層
１６、２３、４４、６４ 保護層
１７ 電気接続層
２０、４０、５０ 固定抵抗素子
２１、４３、５３ 非磁性層
２２、４２ Ｆｅ単層
３０ 出力端子
３１ 入力端子
３２ グランド端子
５２ Ｃｏ_100-yＦｅ_y層

Claims (13)

1. 基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層が積層されて成る磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された固定抵抗素子とを有し、
   前記固定抵抗素子は、Ｆｅ単層と、前記Ｆｅ単層よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層とを積層して構成され、前記磁気抵抗効果素子よりも積層数が少ないことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記磁気抵抗効果素子には、前記反強磁性層の下にシード層が形成されており、前記固定抵抗素子は、下から、前記シード層、前記Ｆｅ単層、前記非磁性層、及び保護層の順で積層される請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記非磁性層に代えて、印加磁場範囲内にて、実質的に抵抗変化しない磁性材料層が形成される請求項１記載の磁気センサ。
4. 前記非磁性層に代えて、Ｃｏ_100-xＦｅ_x（ｘは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層が形成される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
5. 前記固定抵抗素子は、下から前記非磁性層、前記Ｆｅ単層、及び保護層の順で積層される請求項１記載の磁気センサ。
6. 前記磁気抵抗効果素子には、前記反強磁性層の下にシード層が形成されており、前記非磁性層は前記シード層と同じ材料の層で形成されるとともに前記シード層よりも厚い膜厚で形成される請求項５記載の磁気センサ。
7. ＣｏＦｅにおけるＦｅの含有量が、５０ａｔ％〜７０ａｔ％の範囲内である請求項４に記載の磁気センサ。
8. 前記非磁性層は、ＮｉＦｅＣｒ、あるいは、Ｃｕ、Ｔａ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、Ｒｕの少なくともいずれか１種で形成される請求項１、２、５、６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
9. 前記非磁性層は、前記磁気抵抗効果素子を構成する各層のいずれかと同じ材料の層で形成される請求項１、２、５、６、８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
10. 基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層が積層されて成る磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された固定抵抗素子とを有し、
    前記固定抵抗素子は、Ｃｏ_100-yＦｅ_y（ｙは、３０ａｔ％〜７０ａｔ％）層と、前記Ｃｏ_100-yＦｅ_y層よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低い非磁性層とを積層して構成され、前記磁気抵抗効果素子よりも積層数が少ないことを特徴とする磁気センサ。
11. ＣｏＦｅにおけるＦｅの含有量が、５０ａｔ％〜７０ａｔ％の範囲内である請求項１０に記載の磁気センサ。
12. 前記非磁性層は、ＮｉＦｅＣｒ、あるいは、Ｃｕ、Ｔａ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、Ｒｕの少なくともいずれか１種で形成される請求項１０または１１に記載の磁気センサ。
13. 前記非磁性層は、前記磁気抵抗効果素子を構成する各層のいずれかと同じ材料の層で形成される請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の磁気センサ。

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