JP6173854B2 - 歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネル - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルに関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた圧力センサには、例えば、ピエゾ抵抗変化型と静電容量型とがある。一方、スピン技術を用いた圧力センサが提案されている。スピン技術を用いた圧力センサにおいては、歪に応じた抵抗変化が検知される。例えば、圧力センサなどに用いられる歪検出装置において、感度の向上が望まれる。

特開２００７−１８０２０１号公報

本発明の実施形態は、高感度の歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを提供する。

本発明の実施形態によれば、変形可能な膜部の上に設けられる歪検知素子が提供される。前記歪検知素子は、非磁性層と、第１層と、第１磁性層と、第２磁性層と、中間層と、を含む。前記第１層は、前記非磁性層と前記第１磁性層との間に設けられ前記非磁性層と接し、酸化物及び窒化物の少なくともいずれかを含む。前記第２磁性層は、前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられ前記膜部の変形に応じて磁化が可変である。前記中間層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第２磁性層の少なくとも一部は、アモルファスでありホウ素を含む。
本発明の別の実施形態によれば、変形可能な膜部の上に設けられる歪検知素子が提供される。前記歪検知素子は、非磁性層と、第１層と、第１磁性層と、第２磁性層と、中間層と、を含む。前記第１層は、前記非磁性層と前記第１磁性層との間に設けられ前記非磁性層と接し、マグネシウム、シリコン及びアルミニウムよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む。前記第２磁性層は、前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられ前記膜部の変形に応じて磁化が可変である。前記中間層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第２磁性層の少なくとも一部は、アモルファスでありホウ素を含む。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る歪検知素子を示す模式図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る歪検知素子の動作を示す模式図である。 第１の実施形態に係る歪検知素子を示す模式的斜視図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、歪検知素子の特性を示すグラフ図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、歪検知素子の特性を示すグラフ図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、歪検知素子の特性を示すグラフ図である。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、歪検知素子の特性を示す顕微鏡像である。 図８（ａ）〜図８（ｄ）は、歪検知素子の特性を示す顕微鏡像である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、歪検知素子の特性を示す模式図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、歪検知素子の特性を示す模式図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、歪検知素子の特性を示すグラフ図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、歪検知素子の特性を示すグラフ図である。 歪検知素子の特性を示す模式図である。 第１の実施形態に係る歪検知素子を示す模式図である。 歪検知素子の特性を示す顕微鏡像である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、歪検知素子の特性を示す模式図である。 図１７（ａ）〜図１７（ｅ）は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的断面図である。 図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式図である。 第１の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。 第２の実施形態に係る歪検知素子を示す模式的断面図である。 図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、第３の実施形態に係る圧力センサを示す模式的斜視図である。 図２６（ａ）〜図２６（ｃ）は、第１の実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。 図２７（ａ）〜図２７（ｅ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方向を示す工程順模式的断面図である。 図２８（ａ）〜図２８（ｃ）は、実施形態に係る圧力センサを示す模式図である。 図２９（ａ）及び図２９（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３０（ａ）及び図３０（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３１（ａ）及び図３１（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３２（ａ）及び図３２（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３３（ａ）及び図３３（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３４（ａ）及び図３４（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３５（ａ）及び図３５（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３６（ａ）及び図３６（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３７（ａ）及び図３７（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図３９（ａ）及び図３９（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 図４０（ａ）及び図４０（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。 第４の実施形態に係るマイクロフォンを示す模式的断面図である。 図４２（ａ）及び図４２（ｂ）は、第５の実施形態に係る血圧センサを示す模式図である。 第６の実施形態に係るタッチパネルを示す模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る歪検知素子を例示する模式図である。
図１（ａ）は、歪検知素子の模式的斜視図である。図１（ｂ）は、歪検知素子が用いられる圧力センサを例示する模式的断面図である。

図１（ａ）に表したように、本実施形態に係る歪検知素子５０は、機能層２５と、第１磁性層１０と、第２磁性層２０と、中間層３０と、を含む。

機能層２５には、例えば、酸化物及び窒化物の少なくともいずれかが用いられる。機能層２５は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、カドミウム（Ｃｄ）及びガリウム（Ｇａ）よりなる第１群から選択された少なくともいずれかの酸化物、及び、上記の第１群から選択された少なくともいずれかの窒化物の少なくともいずれかを含む。

機能層２５は、例えば、マグネシウム、チタン、バナジウム、亜鉛、錫、カドミウム及びガリウムよりなる第２群から選択された少なくともいずれかの酸化物を含んでも良い。例えば、機能層２５には、例えば、酸化マグネシウムが用いられる。

第２磁性層２０は、機能層２５と、第１磁性層１０との間に設けられる。第２磁性層２０は、アモルファス部分を含む。第２磁性層２０は、ホウ素（Ｂ）を含む。第２磁性層２０の磁化（の方向）は、可変である。第２磁性層２０の磁化は、第２磁性層２０に加わる歪に応じて変化する。第２磁性層２０は、例えば、アモルファス構造を有する。後述するように、第２磁性層２０は、アモルファス部分と、結晶部分と、を含んでも良い。すなわち、第２磁性層２０の少なくとも一部は、アモルファスである。

中間層３０は、第１磁性層１０と第２磁性層２０との間に設けられる。

第２磁性層２０は、例えば、磁化自由層である。第１磁性層１０は、例えば参照層である。参照層として、磁化固定層、または、磁化自由層が用いられる。例えば、第２磁性層２０の磁化の変化は、第１磁性層１０の磁化の変化よりも容易である。歪検知素子５０に応力が加わり、歪検知素子５０に歪が設けられたときに、第１磁性層１０の磁化と第２磁性層１０の磁化との間の相対角度は、変化する。

例えば、第１磁性層１０から第２磁性層２０に向かう方向をＺ軸方向（積層方向）とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

この例では、第１電極Ｅ１と、第２電極Ｅ２と、がさらに設けられている。第１電極Ｅ１と、第２電極Ｅ２と、の間に、第１磁性層１０が設けられる。第１磁性層１０と第２電極Ｅ２との間に中間層３０が設けられる。中間層３０と第２電極Ｅ２との間に第２磁性層２０が設けられる。第２磁性層２０と第２電極Ｅ２との間に、機能層２５が設けられる。この例では、第２磁性層２０は、機能層２５に接している。

第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電圧を印加することで、第１磁性層１０、中間層３０、第２磁性層２０及び機能層２５を含む積層体１０ｓに電流を流すことができる。電流は、第１磁性層１０と第２磁性層２０との間において、例えば、Ｚ軸方向に沿っている。

図２（ｂ）に表したように、歪検知素子５０は、圧力センサ１１０に用いられる。圧力センサ１１０は、膜部７０と、歪検知素子５０と、を含む。膜部７０は、可撓性の領域を有する。膜部７０は、変形可能である。歪検知素子５０は、膜部７０に固定される。本願明細書において、固定される状態は、直接的に固定される状態と、別の要素によって間接的に固定される状態と、を含む。例えば、検知素子５０が膜部７０に固定される状態は、検知素子５０と膜部７０との間の相対的な位置が固定される状態を含む。歪検知素子５０は、例えば、膜部７０の一部の上に設けられる。

本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。

膜部７０に力７９が加わると、膜部７０は変形する。この変形に伴い、歪検知素子５０に歪が生じる。例えば、第２磁性層２０の磁化は、膜部の変形に応じて変化する。

本実施形態に係る歪検知素子５０において、例えば、外部からの力に対して膜部７０が変形したときに、歪検知素子５０に歪が生じる。歪検知素子５０は、この歪の変化を電気抵抗の変化に変換する。

歪検知素子５０が歪センサとして機能する動作は、「逆磁歪効果」と「磁気抵抗効果」との応用に基づく。「逆磁歪効果」は、磁化自由層に用いられる強磁性層において得られる。「磁気抵抗効果」は、磁化自由層と中間層と参照層（例えば磁化固定層）との積層膜において発現する。

「逆磁歪効果」は、強磁性体の磁化が強磁性体に生じた歪によって変化する現象である。すなわち、歪検知素子５０の積層体１０ｓに外部歪が印加されると、磁化自由層の磁化方向が変化する。その結果、磁化自由層の磁化と参照層（例えば磁化固定層）の磁化との間の相対角度が変化する。この際に「磁気抵抗効果（ＭＲ効果）」により、電気抵抗の変化が引き起こされる。ＭＲ効果は、例えば、ＧＭＲ（Giant magnetoresistance）効果、または、ＴＭＲ(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。積層体１０ｓに電流を流すことで、磁化の向きの相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることで、ＭＲ効果が発現する。例えば、積層体１０ｓ（歪検知素子５０）に歪が生じ、歪によって磁化自由層の磁化の向きが変化し、磁化自由層の磁化の向きと、参照層（例えば磁化固定層）の磁化の向きと、の相対角度が変化する。すなわち、逆磁歪効果によりＭＲ効果が発現する。

磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が小さくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が大きくなるように、磁化の方向が変化する。磁化自由層に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が大きくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が小さくなるように、磁化の方向が変化する。

磁化自由層と中間層と参照層（例えば磁化固定層）との積層体の材料の組み合わせが正の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層と磁化固定層の相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。磁化自由層と中間層と磁化固定層との積層体の材料の組み合わせが負の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層と磁化固定層の相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。

以下、磁化自由層と、参照層（例えば磁化固定層）と、に用いられる強磁性材料が、それぞれ正の磁歪定数を有し、磁化自由層と中間層と参照層（例えば磁化固定層）とを含む積層体が正の磁気抵抗効果を有する場合の例に関して、磁化の変化の例について説明する。

図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る歪検知素子の動作を例示する模式図である。
図２（ａ）は、歪検知素子５０に引張応力ｔｓが印加されたときの状態（引張状態ＳＴｔ）に対応する。図２（ｂ）は、歪検知素子５０が歪を有しないときの状態（無歪状態ＳＴ０）に対応する。図２（ｃ）は、歪検知素子５０に圧縮応力ｃｓが印加されたときの状態（圧縮状態ＳＴｃ）に対応する。

これらの図においては、図を見やすくするために、第１磁性層１０と、第２磁性層２０と、中間層３０と、が描かれ、機能層２５は省略されている。この例では、第２磁性層２０は磁化自由層であり、第１磁性層１０は磁化固定層である。

図２（ｂ）に表したように、歪が無い無歪状態ＳＴ０（例えば初期状態）においては、第２磁性層２０の磁化２０ｍと、第１磁性層１０（例えば磁化固定層）の磁化１０ｍと、間の相対角度は、所定の値に設定されている。初期状態の磁性層の磁化の方向は、例えば、ハードバイアス、または、磁性層の形状異方性などにより、設定される。この例では、第２磁性層２０（磁化自由層）の磁化２０ｍと、第１磁性層１０（例えば磁化固定層）の磁化１０ｍと、は交差している。

図２（ａ）に表したように、引張状態ＳＴｔにおいて、引張応力ｔｓが印加されると、歪検知素子５０に引張応力ｔｓに応じた歪が生じる。このとき、第２磁性層２０（磁化自由層）の磁化２０ｍは、磁化２０ｍと引張応力ｔｓの方向との角度が小さくなるように、無歪状態ＳＴ０から変化する。図２（ａ）に示した例では、引張応力ｔｓが加わった場合は、無歪状態ＳＴ０に比べて、第２磁性層２０（磁化自由層）の磁化２０ｍと、第１磁性層１０（例えば磁化固定層）の磁化１０ｍとの間の相対角度が小さくなる。これにより、歪検知素子５０における電気抵抗は、無歪状態ＳＴ０の時の電気抵抗に比べて減少する。

図２（ｃ）に表したように、圧縮状態ＳＴｃにおいて、圧縮応力ｃｓが印加されると、第２磁性層２０（磁化自由層）の磁化２０ｍは、磁化２０ｍと圧縮応力ｃｓの方向との角度が大きくなるように、無歪状態ＳＴ０から変化する。図２（ｃ）に示した例では、圧縮応力ｃｓが加わった場合は、無歪状態ＳＴ０に比べて、第２磁性層２０（磁化自由層）の磁化２０ｍと、第１磁性層１０（例えば磁化固定層）の磁化１０ｍと、の間の相対角度が大きくなる。これにより、歪検知素子５０における電気抵抗は、増大する。

このように、歪検知素子５０においては、歪検知素子５０に生じた歪の変化が、電気抵抗の変化に変換される。上記の動作において、単位歪（ｄε）あたりの、電気抵抗の変化量（ｄＲ／Ｒ）をゲージファクター（ＧＦ：gauge factor）という。ゲージファクターの高い歪検知素子を用いることで、高感度な歪センサが得られる。

歪検知素子５０の例について説明する。
以下において、「材料Ａ／材料Ｂ」の記載は、材料Ａの層の上に、材料Ｂの層が設けられている状態を示す。

図３は、第１の実施形態に係る歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図３に表したように、本実施形態に用いられる歪検知素子５１は、第１電極Ｅ１と、下地層１０ｌと、ピニング層１０ｐと、第１磁性層１０と、中間層３０と、第２磁性層２０と、機能層２５と、キャップ層２６ｃと、を含む。第１電極Ｅ１と第１磁性層１０との間に下地層１０ｌが設けられる。下地層１０ｌと第１磁性層１０との間に、ピニング層１０ｐが設けられる。第２磁性層２０と第２電極Ｅ２との間に、キャップ層２６ｃが設けられる。この例では、第１磁性層１０は、第１磁化固定層１０ａと、第２磁化固定層１０ｂと、磁気結合層１０ｃと、を含む。第２磁化固定層１０ｂと中間層３０との間に第１磁化固定層１０ａが設けられる。第２磁化固定層１０ｂと、第１磁化固定層１０ａと、の間に、磁気結合層１０ｃが設けられる。

下地層１０ｌには、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。
ピニング層１０ｐには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。

第２磁化固定層１０ｂには、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ_７５Ｆｅ_２５層が用いられる。
磁気結合層１０ｃには、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。
第１磁化固定層１０ａには、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。
中間層３０には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。

第２磁性層２０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０が用いられる。
機能層２５には、例えば、１．５ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
キャップ層２６ｃには、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２には、例えば、金属が用いられる。

以下、実施形態に係る歪検出素子の特性の例について説明する。
第１試料Ｓ０１に含まれる各層の材料と厚さは、以下である。
下地層１０ｌ ：Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ピニング層１０ｐ ：Ｉｒ_２２Ｍｎ_７８ （７ｎｍ）
第２磁化固定層１０ｂ ：Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５ （２．５ｎｍ）
磁気結合層１０ｃ ：Ｒｕ （０．９ｎｍ）
第１磁化固定層１０ａ ：Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０ （３ｎｍ）
中間層３０ ：Ｍｇ−Ｏ （１．６ｎｍ）
第２磁性層２０ ：Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０ （４ｎｍ）
機能層２５ ：Ｍｇ−Ｏ （１．５ｎｍ）
キャップ層２６ｃ ：Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２０ｎｍ）／Ｒｕ（５０ｎｍ）
一方、第２試料Ｓ０２においては、機能層２５が設けられない。これ以外の第２試料Ｓ０２の構成は、第１試料Ｓ０１と同じである。

上記のように、第１試料Ｓ０１においては、第２磁性層２０として、４ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられている。そして、機能層２５として、１．５ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられている。一方、第２試料Ｓ０２においては、機能層２５が設けられていない。

中間層３０及び機能層２５に用いられているＭｇ−Ｏ層は、１．６ｎｍの厚さのＭｇ層を成膜した後に、ＩＡＯ（Ion beam-assisted Oxidation）処理による表面酸化により形成されている。機能層２５用のＭｇ−Ｏ層の作製時の酸化条件は、例えば、中間層３０用のＭｇ−Ｏ層の作製時の酸化条件よりも弱い。機能層２５用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗は、中間層３０用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも低い。機能層２５用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗が、中間層３０用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも高い場合は、その機能層２５により寄生抵抗が増え、ＭＲ変化率が低減し、ゲージファクターが低下する。機能層２５用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗は、中間層３０用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも低くすることで、寄生抵抗は小さくでき、高いＭＲ変化率が得られ、高いゲージファクターが得られる。

上記の積層膜は、第１電極Ｅ１の上に形成され、積層膜の上に、第２電極Ｅ２が形成される。上記の積層膜（第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２）は、ドット形状の素子に加工されている。積層膜（試料）の素子サイズは、２０μｍ×２０μｍである。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間の、垂直通電特性が評価される。

上記の試料の歪センサ特性の評価が、基板ベンディング法により行われる。この方法においては、試料が形成された基板（ウェーハ）が長方形状にカットされ、このウェーハに、ナイフエッジによる４点ベンディング法により応力が印加され、歪が形成される。この長方形状のウェーハを曲げるナイフエッジに、ロードセルが組みこまれている。そのロードセルによって計測された荷重により、ウェーハ上の試料（歪検知素子）に加わる歪が求められる。

歪の算出には、２辺支持梁に関する以下の第１式が用いられる。

ε＝−３（Ｌ_１−Ｌ_２）Ｇ／（２Ｗｔ^２ｅ_ｓ） （第１式）

上記の第１式において、「ｅ_ｓ」は、ウェーハのヤング率である。「Ｌ_１」は、外側ナイフエッジのエッジ間長である。「Ｌ_２」は、内側ナイフエッジのエッジ間長である。「Ｗ」は、長方形のウェーハの幅である。「ｔ」は、長方形のウェーハの厚さである。「Ｇ」は、ナイフエッジに加えられる荷重である。ナイフエッジに加わる荷重は、モーター制御により、連続的に変更できる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、歪検知素子の特性を例示するグラフ図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、歪検知素子の特性を例示するグラフ図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１試料Ｓ０１の歪センサ特性の評価結果を表す。図４（ａ）は、歪εが、０．８×１０^−３、０．６×１０^−３、０．４×１０^−３、０．２×１０^−３、及び、０．０×１０^−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性の測定結果を示している。図４（ｂ）は、歪εが、−０．２×１０^−３、−０．４×１０^−３、−０．６×１０^−３、及び、−０．８×１０^−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性の測定結果を示している。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２試料Ｓ０２の歪センサ特性の評価結果を表す。図５（ａ）は、歪εが、０．８×１０^−３、０．６×１０^−３、０．４×１０^−３、０．２×１０^−３、及び、０．０×１０^−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性の測定結果を示している。図５（ｂ）は、歪εが、−０．２×１０^−３、−０．４×１０^−３、−０．６×１０^−３、及び、−０．８×１０^−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性の測定結果を示している。

これらの図の横軸は、外部磁場Ｈ（エルステッド：Ｏｅ）である。縦軸は、電気抵抗Ｒ（オーム：Ω）である。測定時の外部磁場Ｈの方向は、第１磁化固定層１０ａの層面内で、平行な方向である。負の外部磁場Ｈは、第１磁化固定層１０ａの磁化の方向と、同じ方向の磁場に対応する。

歪εの印加の方向は、Ｘ−Ｙ平面内において、第１磁性層１０（例えば磁化固定層）の磁化方向に対して垂直な方向である。本願明細書中では、歪εの値が正であることは、引張歪に対応する。歪εの値が負であることは、圧縮歪に対応する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）並びに図５（ａ）及び図５（ｉ）からわかるように、第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２において、歪εの値により、Ｒ−Ｈループ形状が変化している。これは、逆磁歪効果によって、第２磁性層２０（磁化自由層）の面内磁気異方性が変化していることを示している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、歪検知素子の特性を例示するグラフ図である。
図６（ａ）は、第１試料Ｓ０１に対応し、図６（ｂ）は、第２試料Ｓ０２に対応する。これらの図は、外部磁場Ｈを固定し、歪εを−０．８×１０^−３と０．８×１０^−３との間の範囲連続的に変化させたときの電気抵抗Ｒの変化を示す。これらの図の横軸は、歪εであり、縦軸は、電気抵抗Ｒである。歪εの変化は、−０．８×１０^−３から０．８×１０^−３に向けての変化と、０．８×１０^−３から−０．８×１０^−３に向けての変化の両方である。これらの結果は、歪センサ特性を示している。これらの図から、ゲージファクターが算出される。

ゲージファクターＧＦは、ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄεで表される。

図６（ａ）から、第１試料Ｓ０１におけるゲージファクタは、４０２７と算出される。図６（ｂ）から、第２試料Ｓ０２におけるゲージファクタは、８９５と算出される。

このように、同じ第２磁性層２０（４ｎｍの厚さＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の磁化自由層）を用いている場合において、機能層２５として、１．５ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層を用いることで、ゲージファクターを大幅に向上できる。

一方、第１試料Ｓ０１のＭＲの値は、１４９％である。第２試料Ｓ０２のＭＲの値は、１８８％である。第１試料Ｓ０１の保磁力Ｈｃは３．２Ｏｅである。第２試料Ｓ０２の保磁力Ｈｃは、２７Ｏｅである。第１試料Ｓ０１の磁歪定数λは、２０ｐｐｍである。第２試料Ｓ０２の磁歪定数λは、３０ｐｐｍである。

このような機能層２５の有無によるゲージファクターの違いは、第２磁性層２０（磁化自由層）であるＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の保磁力Ｈｃが異なっていることに起因すると考えられる。

上記のように、第２試料Ｓ０２の保磁力Ｈｃは２７Ｏｅであるのに対して、第１試料Ｓ０１の保磁力Ｈｃは、３．２Ｏｅである。第１試料Ｓ０１の保磁力Ｈｃは、非常に小さい。保磁力Ｈｃの低減によるゲージファクターの向上は、以下のように説明することができる。

図２（ａ）〜図２（ｃ）に関して説明したように、磁化自由層（第２磁性層２０）に歪が生じた場合に、逆磁歪効果によって、磁化自由層の磁化方向が変化する。この際に、磁化自由層として磁歪定数λの大きい磁性材料を用いることで、歪に対して磁化を回転する力が大きく働くため、ゲージファクターを向上することができる。一方、ゲージファクターは、磁化自由層の保磁力にも依存する。保磁力は、磁化自由層の磁化回転のしやすさを反映した物理パラメータである。保磁力の大きい材料は、磁化方向をそのままの方向にとどめる力が強い。このため、保磁力の大きい材料は逆磁歪効果による磁化方向の変化が生じ難い。

このように、磁化自由層において、磁歪定数λが大きいときに、高いゲージファクターが得られる。そして、磁化自由層における保磁力が小さいときに、高いゲージファクターが得られる。

上記のように、第１試料Ｓ０１における磁歪定数λの値は、第２試料Ｓ０２に比較的近く、十分に大きい。一方、第１試料Ｓ０１における保磁力Ｈｃは、第２試料Ｓ０２に比べて著しく小さく、約１／１０である。第１試料Ｓ０１においては、保磁力Ｈｃの低減効果が、ゲージファクタの増大に大きく寄与していると考えられる。

第１試料Ｓ０１において得られた、小さい保磁力Ｈｃと、大きい磁歪定数λと、は、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の第２磁性層２０（磁化自由層）の上に、機能層２５としてＭｇ−Ｏ層を設けることにより得られている。

本願発明者の検討により、機能層２５の有無により、第２磁性層２０（磁化自由層）のＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の結晶構造が変化することが分かった。Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０の結晶構造の違いが、保磁力Ｈｃの違いに関係していることが分かった。以下、結晶構造の違いについて説明する。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、歪検知素子の特性を例示する顕微鏡像である。
図７（ａ）は、第１試料Ｓ０１の歪検知素子の断面透過型電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）写真像である。図７（ａ）は、第１試料Ｓ０１の積層構造の写真である。
図７（ｂ）〜図７（ｄ）は、それぞれ、図７（ａ）の点Ｐ１〜Ｐ３についての、電子線のナノディフラクションによる結晶格子回折像である。
図７（ａ）においては、第２磁化固定層１０ｂ（Ｃｏ_５０Ｆｅ_５０層）の一部からキャップ層２６ｃ（Ｒｕ層）の一部までを含めた領域が示されている。

図７（ａ）からわかるように、第１磁化固定層１０ａ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）は、結晶部分を含んでいる。中間層３０（Ｍｇ−Ｏ層）も結晶である。一方、中間層３０と機能層２５（Ｍｇ−Ｏ層）に挟まれた第２磁性層２０（磁化自由層であるＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）の大部分においては、原子の規則的な配列が観察されない。すなわち、第２磁性層２０は、アモルファスである。

結晶格子回折像により、結晶状態が確認できる。図７（ａ）における点Ｐ１〜Ｐ３の結晶格子回折像が、図７（ｂ）〜図７（ｄ）にそれぞれ示されている。点Ｐ１は、第１磁化固定層１０ａに対応する。点Ｐ２は、中間層３０に対応する。点Ｐ３は、第２磁性層２０（磁化自由層）に対応する。

図７（ｂ）に示すように、第１磁化固定層１０ａ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）に対応する点Ｐ１の回折像において、回折スポットが観察される。この回折スポットは、第１磁化固定層１０ａが結晶構造を有していることに起因する。
図７（ｃ）に示すように、中間層３０（Ｍｇ−Ｏ層）に対応する点Ｐ２の回折像において、回折スポットが観察されている。この回折スポットは、中間層３０が結晶構造を有していることに起因する。
一方、図７（ｄ）に示すように、第２磁性層２０（磁化自由層のＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）に対応する点Ｐ３の回折像においては、明確な回折スポットが観察されない。この回折像においては、アモルファス構造を反映したリング状の回折像が観察されている。この結果から、第１試料Ｓ０１の第２磁性層２０（磁化自由層のＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）が、アモルファス部分を含んでいることがわかる。

図８（ａ）〜図８（ｄ）は、歪検知素子の特性を例示する顕微鏡像である。
図８（ａ）は、第２試料Ｓ０２の歪検知素子の断面透過型電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）写真像である。図８（ｂ）〜図８（ｄ）は、それぞれ、図８（ａ）の点Ｐ４〜Ｐ６についての、電子線のナノディフラクションによる結晶格子回折像である。

図８（ａ）からわかるように、第１磁化固定層１０ａ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）は結晶部分を含み、中間層３０（Ｍｇ−Ｏ層）も結晶である。そして、中間層３０の上の第２磁性層２０（磁化自由層であるＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）も、結晶部分を多く含んでいる。

図８（ｂ）に示すように、第１磁化固定層１０ａ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）の回折像において、結晶構造に起因する回折スポットが確認される。
図８（ｃ）に示すように、中間層３０（Ｍｇ−Ｏ層）の回折像において、結晶構造に起因した回折スポットが確認される。
図８（ｄ）に示すように、第２磁性層２０（磁化自由層のＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）の回折像においても、結晶構造に起因する回折スポットが確認される。この結果から、第２試料Ｓ０２の第２磁性層２０（磁化自由層のＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）の大部分は、結晶構造を有していることがわかる。

図７（ａ）〜図７（ｄ）からわかるように、高いゲージファクターを示す第１試料Ｓ０１の磁化自由層は、アモルファス構造を含んでいる。一方、図８（ａ）〜図８（ｄ）からわかるように、低いゲージファクターを示した第２試料Ｓ０２の磁化自由層は、結晶構造を有している。

前述したとおり、第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２のそれぞれにおいて、磁化自由層には、同じ組成のＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層（４ｎｍ）が用いられている。それにもかかわらず、第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２は、互いに異なるゲージファクターを有し、異なる結晶状態を有している。これは、磁化自由層（Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層（４ｎｍ））上に設けられる機能層２５の有無を反映していると考えられる。

第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２の磁化自由層の結晶状態に違いについて、さらに説明する。
図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、歪検知素子の特性を例示する模式図である。
図９（ｂ）は、図７（ａ）の一部に対応し、図１０（ｂ）は、図８（ａ）の一部に対応する。
図９（ａ）及び図１０（ａ）は、電子エネルギー損失分光法（Electron Energy-Loss Spectroscopy：ＥＥＬＳ）による、試料の元素のデプスプロファイルの評価結果である。図９（ａ）は、第１試料Ｓ０１に対応し、図７（ａ）に示した線Ｌ１における元素のデプスプロファイルを示す。図１０（ｂ）は、第２試料Ｓ０２に対応し、図８（ａ）に示した線Ｌ２における元素のデプスプロファイルを示す。これらの図において、横軸は、元素の検出の強度Ｉｎｔ（任意単位）である。縦軸は、深さＤｐ（ｎｍ）である。深さＤｐは、例えば、Ｚ軸方向における距離に対応する。これらの図においては、鉄、ホウ素及び酸素に関するデプスプロファイルが示されている。

図１０（ａ）に示したように、第２試料Ｓ０２においては、キャップ層２６ｃにおけるホウ素の強度Ｉｎｔが、第２磁性層２０（磁化自由層であるＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）におけるホウ素の強度Ｉｎｔよりも高い。第２磁性層２０において、キャップ層２６ｃ側の側の部分におけるホウ素の強度Ｉｎｔは、第２磁性層２０の中央部分におけるホウ素の強度Ｉｎｔよりも高い。ホウ素が、第２磁性層２０からキャップ層２６ｃ側に拡散しており、第２磁性層２０におけるホウ素の濃度が低下していると考えられる。

一方で、図９（ａ）に示したように、第１試料Ｓ０１においては、第２磁性層２０（磁化自由層のＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）の中央部分において、ホウ素のピークが生じている。そして、キャップ層２６ｃのホウ素含有量は少ない。第２磁性層２０（磁化自由層のＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層）のホウ素濃度は、他の層にほとんど拡散せずに成膜時の初期状態を維持している。

上記から、第２磁性層２０（磁化自由層）の上に設けられた機能層２５（この例ではＭｇ−Ｏ層）が、第２磁性層２０からのホウ素の拡散を抑制する拡散バリアの効果を有していると考えられる。

上記の結果から、機能層２５を設けない第２試料Ｓ０２のＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層における結晶化が、第１試料Ｓ０１のＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層よりも進行していると言える。すなわち、第１試料Ｓ０１においては、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層は、アモルファス構造を維持している。一方、機能層２５を設けない第２試料Ｓ０２においては、結晶化が進行している。第２試料Ｓ０２において、結晶化が進行している原因は、磁化自由層のホウ素が拡散して、磁化自由層のホウ素含有量が低下したためであると考えられる。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、歪検知素子の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層のＸ線回折の評価結果を示している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、それぞれ、第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２に対応する。これらの図の横軸は、回転角２θ（度）である。縦軸は、強度Ｉｎｔである。

Ｘ線回折において、試料中のＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層のみの回折ピークを得ることは困難である。このため、これらの試料においては、以下のモデル膜が用いられている。図１１（ａ）に示した試料Ｓｒ１は、第１のＭｇ−Ｏ層（中間層３０）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層／第２のＭｇ−Ｏ（機能層２５）／Ｔａ（キャップ層２６ｃに対応）の積層構造を有する。この試料Ｓｒ１は、機能層２５を有しており、第１試料Ｓ０１に対応する。一方、図１１（ｂ）に示した試料Ｓｒ２は、第１のＭｇ−Ｏ層（中間層３０）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層／Ｔａ（キャップ層２６ｃに対応）の積層構造を有する。この試料Ｓｒ２は、機能層２５を有しておらず、第２試料Ｓ０２に対応する。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）には、参考のため、３２０℃１Ｈアニールを行ったアニール後とアニール前のＸ線回折結果を示す。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）からわかるように、アニール前では試料Ｓｒ１及び試料Ｓｒ２ともに、Ｘ線回折ピークは確認されず、磁化自由層がアモルファスとなっていることがわかる。一方、アニール後には、試料Ｓｒ２のほうが試料Ｓｒ１よりもＣｏ５０Ｆｅ５０の回折ピークが強く出ている。

このことから、機能層２５を設けない第２試料Ｓ０２のＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層における結晶化が、第１試料Ｓ０１のＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層よりも進行していると言える。すなわち、第１試料Ｓ０１においては、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層は、アニール後もアモルファス構造を維持している。一方、機能層２５を設けない第２試料Ｓ０２においては、アニール後には、結晶化が進行している。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、歪検知素子の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、上記の第１試料Ｓ０１、第２試料Ｓ０２及び第３試料Ｓ０３の特性を示している。第３試料Ｓ０３においては、磁化自由層としてホウ素を含まないＦｅ_５０Ｃｏ_５０（厚さ４ｎｍ）が用いられている。第３試料Ｓ０３は、磁化自由層を除いて、第２試料Ｓ０２と同じ構成を有する。

図１２（ａ）は、保磁力Ｈｃ（Ｏｅ）を示している。図１２（ｂ）は、磁歪定数λ（ｐｐｍ）を表している。第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２については、アニール前ＢＡの値と、アニール後ＡＡの値と、を示している。

図８（ａ）に示すように、第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２のアニール前ＢＡにおいては、保磁力Ｈｃは、３Ｏｅ〜４Ｏｅ程度である。アニール前ＢＡにおいては、良好な軟磁気特性を示す。ただし、アニール前ＢＡでは、ＭＲ変化率が低いため、高いゲージファクターを得ることができない。

第２試料Ｓ０２においては、アニール後ＡＡには、保磁力Ｈｃは、２７Ｏｅに増大する。この値は、ホウ素を含まないＣｏ_５０Ｆｅ_５０層を用いた第３試料Ｓ０３の値とほぼ同じである。第２試料Ｓ０２においてアニール後ＡＡの保磁力Ｈｃが増大するのは、第２試料Ｓ０２においてはアニール後ＡＡに結晶化が進行することによる。

一方、第１試料Ｓ０１においては、アニール後ＡＡの保磁力Ｈｃは、アニール前ＢＡの値を維持している。これは、第１試料Ｓ０１においては、アニール後ＢＡでも結晶化の進行が進まずアモルファス構造が維持されていることによる。

図８（ｂ）に示したように、第１試料Ｓ０１においては、アニール後ＡＡの磁歪定数λは、アニール前ＢＡの値を実質的に維持する。

図１３は、歪検知素子の特性を例示する模式図である。
図１３は、上記の第１〜第３試料Ｓ０１〜Ｓ０３の特性をモデル的に示している。
図１３に表したように、アニール前において、ホウ素を多く含有するＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の保磁力Ｈｃは小さい（第１試料Ｓ０１及び第２試料Ｓ０２）。一方、ホウ素を含有しないＣｏ_５０Ｆｅ_５０層は、保磁力Ｈｃは大きい。

第２試料Ｓ０２においては、アニール時にＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層のホウ素がキャップ層２６ｃ側に拡散してホウ素濃度が低下することで結晶化が進行して、第３試料Ｓ０３と同等に、保磁力Ｈｃが増大する。一方、第１試料Ｓ０１においては、ホウ素の拡散が機能層２５により抑制され、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層におけるホウ素濃度が維持されることで、結晶化の進行が抑制される。その結果、アニール後ＡＡも、アニール前ＢＡと同等に、保磁力Ｈｃは小さく維持できる。その結果、第１試料Ｓ０１においては、２０ｐｐｍの大きい磁歪定数λと、３Ｏｅ程度の小さい保磁力Ｈｃと、１４９％の高いＭＲ変化率と、が得られる。その結果、４０００以上の高いゲージファクターが得られる。

上記のように、ホウ素を含む第２磁性層２０（磁化自由層）と、ホウ素の拡散を抑制する機能層２５と、を組み合わせることにより、アニール後ＡＡも磁化自由層中のホウ素の含有量を維持してアモルファス構造を維持することができる。

このように、本実施形態においては、アモルファス部分を含みホウ素を含む第２磁性層２０と、ホウ素の拡散を抑制する酸化物及び窒化物の少なくともいずれかの機能層２５と、を用いる。これにより、高感度の歪検知素子が提供できる。

以下、実施形態に係る歪検知素子の例について説明する。
第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）の少なくともいずれかが用いられる。第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２として、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、歪検知素子５１に効率的に電流を流すことができる。第１電極Ｅ１には、非磁性材料を用いることができる。

第１電極Ｅ１は、例えば、第１電極Ｅ１用の下地層（図示せず）と、第１電極Ｅ１用のキャップ層（図示せず）と、それらの間に設けられた、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、及び、Ａｕの少なくともいずれかの層と、を含んでも良い。例えば、第１電極Ｅ１には、タンタル（Ｔａ）／銅（Ｃｕ）／タンタル（Ｔａ）などが用いられる。第１電極Ｅ１用の下地層としてＴａを用いることで、例えば、膜部７０と第１電極Ｅ１との密着性が向上する。第１電極Ｅ１用の下地層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。

第１電極Ｅ１のキャップ層としてＴａを用いることで、そのキャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化を防ぐことができる。第１電極Ｅ１用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。

下地層１０ｌには、例えば、バッファ層（図示せず）と、シード層（図示せず）と、を含む積層構造を用いることができる。このバッファ層は、例えば、第１電極Ｅ１または膜部７０の表面の荒れを緩和し、このバッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層として、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。

下地層１０ｌのうちのバッファ層の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層の厚さが厚すぎると、歪検知素子５１の厚さが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、そのシード層がバッファ効果を有することができる。この場合、バッファ層は省略しても良い。バッファ層には、例えば、３ｎｍの厚さのＴａ層が用いられる。

下地層１０ｌのうちのシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。このシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。このシード層として、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）の金属等が用いられる。

下地層１０ｌのうちのシード層として、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）、または、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ、または、ｆｃｃ構造のＣｕを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。シード層には、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。シード層の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。

一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合（例えば、アモルファスの磁化自由層を形成する場合など）には、シード層は省略しても良い。シード層としては、例えば、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。

ピニング層１０ｐは、例えば、ピニング層１０ｐの上に形成される第１磁性層１０（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して、第１磁性層１０の磁化１０ｍを固定する。ピニング層１０ｐには、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層１０ｐには、例えば、Ｉｒ―Ｍｎ、Ｐｔ―Ｍｎ、Ｐｄ―Ｐｔ―Ｍｎ及びＲｕ―Ｒｈ―Ｍｎよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１０ｐの厚さは適切に設定される。

ピニング層１０ｐとして、ＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎが用いられる場合には、ピニング層１０ｐの厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ピニング層１０ｐの厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層１０ｐとしてＩｒＭｎを用いる場合には、ピニング層１０ｐとしてＰｔＭｎを用いる場合よりも薄い厚さで、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層１０ｐの厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。ピニング層１０ｐの厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層１０ｐには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ_２２Ｍｎ_７８層が用いられる。

ピニング層１０ｐとして、ハード磁性層を用いても良い。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（Ｃｏ_ｘＰｔ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｃｒ_ｙ（ｘは、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は、４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などを用いても良い。

第２磁化固定層１０ｂには、例えば、Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、Ｎｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第２磁化固定層１０ｂとして、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。第２磁化固定層１０ｂとして、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。第２磁化固定層１０ｂとして、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第２磁化固定層１０ｂとして、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙのアモルファス合金を用いることで、歪検知素子５１のサイズが小さい場合にも、歪検知素子５１の特性のばらつきを抑えることができる。

第２磁化固定層１０ｂの厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層１０ｐによる一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層１０ｂの上に形成される磁気結合層１０ｃを介して、第２磁化固定層１０ｂと第１磁化固定層１０ａとの間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層１０ｂの磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第１磁化固定層１０ａの磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。

薄膜でのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）である。例えば、第１磁化固定層１０ａとして、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層を用いると、第１磁化固定層１０ａの磁気膜厚は、１．９Ｔ×３ｎｍであり、５．７Ｔｎｍとなる。一方、Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５の飽和磁化は、約２．１Ｔである。上記と等しい磁気膜厚が得られる第２磁化固定層１０ｂの厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第２磁化固定層１０ｂには、約２．７ｎｍの厚さのＣｏ_７５Ｆｅ_２５層を用いることが好ましい。第２磁化固定層１０ｂとして、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ_７５Ｆｅ_２５層が用いられる。

歪検知素子５１においては、第１磁性層１０には、第２磁化固定層１０ｂと磁気結合層１０ｃと第１磁化固定層１０ａとにより、シンセティックピン構造が用いられている。第１磁性層１０に、１層の磁化固定層からなるシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化固定層として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。シングルピン構造の磁化固定層に用いる強磁性層として、上述した第２磁化固定層１０ｂの材料と同じ材料を用いても良い。

磁気結合層１０ｃは、第２磁化固定層１０ｂと第１磁化固定層１０ａとの間において、反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層１０ｃは、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層１０ｃとして、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層１０ｃの厚さは、例えば、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第２磁化固定層１０ｂと第１磁化固定層１０ａとの間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層１０ｃとしてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層１０ｃの厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、磁気結合層１０ｃの厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層１０ｃとして、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。

第１磁化固定層１０ａに用いられる磁性層は、ＭＲ効果に直接的に寄与する。第１磁化固定層１０ａとして、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。具体的には、第１磁化固定層１０ａとして、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第１磁化固定層１０ａとして、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、歪検知素子５１のサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑えることができる。

第１磁化固定層１０ａの上に形成される層（例えばトンネル絶縁層（図示せず））を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗で、より大きいＭＲ変化率が得られる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてＭｇ−Ｏを用いる場合には、第１磁化固定層１０ａとして、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるＭｇ−Ｏ層の（１００）配向性を強めることができる。Ｍｇ−Ｏ層の（１００）配向性をより高くすることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂｙ合金は、アニール時にＭｇ−Ｏ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、Ｍｇ−Ｏと（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。

第１磁化固定層１０ａとして、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いても良い。

第１磁化固定層１０ａがより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。より大きな固定磁界を得るためには、第１磁化固定層１０ａは、薄いほうが好ましい。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第１磁化固定層１０ａの厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１磁化固定層１０ａとしてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化固定層１０ａの厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化固定層１０ａの厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。

第１磁化固定層１０ａには、上述した材料の他に、ｆｃｃ構造のＣｏ_９０Ｆｅ_１０合金、または、ｈｃｐ構造のＣｏ、または、ｈｃｐ構造のＣｏ合金が用いられる。第１磁化固定層１０ａとして、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。第１磁化固定層１０ａとして、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金が用いられる。第１磁化固定層１０ａとして、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０ａｔ．％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、または、５０ａｔ．％以上のＮｉ組成の材料（Ｎｉ合金）を用いることで、例えば、より大きなＭＲ変化率が得られる。

第１磁化固定層１０ａとして、例えば、Ｃｏ_２ＭｎＧｅ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｏ_２ＭｎＡｌ、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＧａ_０．５Ｇｅ_０．５、及び、Ｃｏ_２ＦｅＧａ_０．５Ｇｅ_０．５などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第１磁化固定層１０ａとして、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。

中間層３０は、例えば、第１磁性層１０と第２磁性層２０との磁気的な結合を分断する。中間層３０には、例えば、金属または絶縁体または半導体が用いられる。この金属としては、例えば、Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇ等が用いられる。中間層３０として金属を用いる場合、中間層３０の厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下程度である。この絶縁体または半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物（Ｍｇ−Ｏ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３等）、チタン酸化物（Ｔｉ−Ｏ等）、亜鉛酸化物（Ｚｎ−Ｏ等）、または、ガリウム酸化物（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。中間層３０として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層３０の厚さは、例えば０．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下程度である。中間層３０として、例えば、ＣＣＰ（Current-Confined-Path）スペーサ層を用いても良い。スペーサ層としてＣＣＰスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の絶縁層中に銅（Ｃｕ）メタルパスが形成された構造が用いられる。例えば、中間層３０として、１．６ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。

第２磁性層２０には、強磁性体材料が用いられる。本実施形態では、第２磁性層２０として、ホウ素を含むアモルファス構造の強磁性材料を用いることで、高いゲージファクターを実現することができる。第２磁性層２０には、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素とホウ素（Ｂ）とを含む合金を用いることができる。例えば、第２磁性層２０には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金などを用いることができる。第２磁性層２０には、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素とホウ素（Ｂ）とを含む合金を用いることができる。例えば、第２磁性層２０には、４ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層を用いることができる。

第２磁性層２０は、多層構造を有しても良い。第２磁性層２０は、例えば、２層構造を有しても良い。中間層３０としてＭｇ−Ｏのトンネル絶縁層を用いる場合には、第２磁性層２０のうちの中間層３０に接する部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金やＦｅ−Ｂ合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。

例えば、第２磁性層２０は、中間層３０の側の第１部分と、機能層２５の側の第２部分と、を含む。第１部分は、例えば、第２磁性層２０のうちの中間層３０に接する部分を含む。この第１部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が用いられる。そして、第２部分には、例えば、Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。すなわち、第２磁性層２０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。このＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。第２磁性層２０として用いられる上記のＦｅ−Ｂ合金層の厚さは、例えば、６ｎｍである。

本実施形態において、第２磁性層２０として、ホウ素を含みアモルファス部分を含む強磁性材料を用いることにより、高いゲージファクターを得ることができる。第２磁性層２０に用いることのできる材料の例については、後述する。

本実施形態においては、機能層２５には、酸化物または窒化物を用いることができる。機能層２５として、例えば、１．５ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層を用いることができる。本実施形態では、機能層２５として、酸化物層または窒化物層を用いることにより、例えば、第２磁性層２０に含まれるホウ素の拡散が抑制される。これにより、第２磁性層２０におけるアモルファス構造を保つことができる。その結果、高いゲージファクターを得ることができる。機能層２５に用いることのできる材料の例については、後述する。

キャップ層２６ｃは、キャップ層２６ｃの下に設けられる層を保護する。キャップ層２６ｃには、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層２６ｃには、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層２６ｃとして、Ｔａ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層２６ｃの構成は、任意である。例えば、キャップ層２６ｃとして、非磁性材料を用いることができる。キャップ層２６ｃの下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層２６ｃとして、他の材料を用いても良い。

第２磁性層２０（磁化自由層）の構成及び材料の例についてさらに説明する。
第２磁性層２０には、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）と、を含む合金を用いることができる。第２磁性層２０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｂ合金などを用いることができる。第２磁性層２０には、例えば、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％よりも大きく４０ａｔ．％以下）を用いることができる。第２磁性層２０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層を用いることができる。

第２磁性層２０に、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）と、を含む合金を用いる場合、大きい磁歪定数λを促進する元素として、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷの少なくともいずれかを添加しても良い。第２磁性層２０として、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金を用いても良い。

第２磁性層２０の少なくとも一部に、Ｆｅ_１−ｙＢｙ（０＜ｙ≦０．３）、または、（Ｆｅ_ａＸ_１−ａ）_１−ｙＢ_ｙ（Ｘは、ＣｏまたはＮｉ、０．８≦ａ＜１、０＜ｙ≦０．３）を用いる場合は、大きい磁歪定数λと低い保磁力を両立することが容易となるため、特に好ましい。例えば、４ｎｍの厚さのＦｅ_８０Ｂ_２０層を用いることができる。

第２磁性層２０は、上記のように、アモルファス部分を含む。第２磁性層２０のうちの一部が結晶化していてもよい。第２磁性層２０は、結晶化した部分を含みつつ、アモルファス部分を含んでも良い。

磁化自由層における磁歪定数λ及び保磁力Ｈｃは、磁化自由層に含まれる強磁性材料の体積比に応じた加算可能な特性である。磁化自由層中に結晶化している部分が存在している場合も、アモルファス部分の磁気特性が得られることで、小さい保磁力Ｈｃを得ることができる。例えば、中間層３０に絶縁体を用いたトンネル磁気抵抗効果を用いる場合、第２磁性層２０の中間層３０との界面を含む部分は、結晶化していることが好ましい。これにより、例えば、高いＭＲ変化率が得られる。

第２磁性層２０におけるホウ素濃度（例えば、ホウ素の組成比）は、５ａｔ．％（原子パーセント）以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得易くなる。第２磁性層２０におけるホウ素濃度は、３５ａｔ．％以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。第２磁性層２０におけるホウ素濃度は、例えば、５ａｔ．％以上３５ａｔ．％以下が好ましく、１０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下がさらに好ましい。

例えば、第２磁性層２０は、中間層３０の側の第１部分と、機能層２５の側の第２部分と、を含む。第１部分は、例えば、第２磁性層２０のうちの中間層３０に接する部分を含む。この第１部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が用いられる。そして、第２部分には、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金を用いる。すなわち、第２磁性層２０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金が用いられる。このＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の厚さは、例えば、２ｎｍである。このＦｅ−Ｇａ−Ｂ層の厚さは、例えば、６ｎｍである。また、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金を用いることができる。このＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。このＦｅ−Ｂ厚さは、例えば、４ｎｍである。既に説明したように、第２磁性層２０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金を用いても良い。この場合、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。このＦｅ−Ｂ層の厚さは、例えば、４ｎｍである。このように、中間層３０側の第１部分に、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いることで高いＭＲ変化率を得ることができる。

第２磁性層２０のうちの中間層３０との界面を含む第１部分には、結晶化した、Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０（厚さ０．５ｎｍ）を用いても良い。第２磁性層２０のうちの中間層３０との界面を含む第１部分には、結晶化した、Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（厚さ２ｎｍ）のような２層構造を用いても良い。

第２磁性層２０として、Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（厚さ４ｎｍ）の積層膜を用いても良い。第２磁性層２０として、Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（厚さ２ｎｍ）／Ｃｏ_３５Ｆｅ_３５Ｂ_３０（厚さ４ｎｍ）の積層膜を用いても良い。この積層膜においては、中間層３０から離れるに従って、ホウ素濃度が上昇する。

図１４は、第１の実施形態に係る歪検知素子を例示する模式図である。
図１４は、実施形態に係る歪検知素子５０（歪検知素子５１）におけるホウ素濃度の分布を例示している。

図１４に表したように、第２磁性層２０は、第１部分２０ｐと、第２部分２０ｑと、を含む。第１部分１０ｐは、中間層３０と第２部分２０ｑとの間に設けられる。例えば、第１部分２０ｐは、第２磁性層２０のうちの中間層３０に接する部分を含む。例えば、第２部分２０ｑは、第２磁性層２０のうちの機能層２５に接する部分を含む。

図１４に表したように、第２磁性層２０のうちの第１部分２０ｐ（中間層３０の側の部分）ホウ素濃度Ｃ_Ｂを低くすることによって、第１部分２０ｐにおけるＭＲ変化率を向上することができる。これにより、磁化方向の変化に対する電気抵抗Ｒの変化を大きくでき、高いゲージファクターを得ることができる。一方、第２部分２０ｑ（中間層３０から離れた部分）におけるホウ素濃度Ｃ_Ｂを高くすることで、第２部分２０ｑにおいて、保磁力Ｈｃを小さくすることができ、第２磁性層２０全体の保磁力Ｈｃを小さくすることができる。

中間層にＭｇ−Ｏなどを用いたトンネル型の磁気抵抗効果を用いる場合、ＭＲ変化率は、中間層に接する約０．５ｎｍの厚さの磁性材料の組成や結晶構造に依存する。つまり、ＭＲ変化率は、中間層近傍の磁性層のみで決定される。一方、磁化自由層が積層膜の場合、磁歪及び保磁力などの磁気特性においては、積層膜に含まれる各層の厚さに応じて、例えば、最も厚い層の特徴が最も強く反映される。これは、磁化自由層に含まれる磁性材料の積層体が交換結合して平均化されるためである。実施形態において、例えば、中間層の近傍に結晶性を有する磁性材料の層を設ける。これにより、高いＭＲ変化率が得られる。一方、中間層に接しない第２部分２０ｑに、ホウ素を含有するアモルファスの磁性材料の層を設ける。これにより、低い保磁力が得られる。これにより、高いＭＲ変化率とともに、低い保磁力を得ることができる。

このようなホウ素濃度Ｃ_Ｂの分布に関する情報は、例えば、ＳＩＭＳ分析（secondary ion mass spectrometry）により得られる。断面ＴＥＭとＥＥＬＳとの組み合わせにより、この情報が得られる。ＥＥＬＳ分析により、この情報が得られる。３次元アトムプローブ分析によっても、この情報が得られる。

第１部分２０ｐ（結晶化の程度が相対的に高い部分）の厚さは、例えば、第２部分２０ｑ（結晶化の程度が相対的に低い部分であり、アモルファス部分）の厚さよりも薄い。これにより、例えば、小さい保磁力Ｈｃを得ることが容易になる。第１部分２０ｐの厚さは、例えば、第２部分２０ｑの厚さの１／３以下である。

以下、第４試料Ｓ０４について説明する。第４試料Ｓ０４においては、第２磁性層２０の第１部分２０ｐにおけるホウ素濃度は、第２部分２０ｑにおけるホウ素濃度濃度よりも低くされている。

第４試料Ｓ０４に含まれる各層の材料と厚さは、以下である。
下地層１０ｌ ：Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ピニング層１０ｐ ：Ｉｒ_２２Ｍｎ_７８ （７ｎｍ）
第２磁化固定層１０ｂ ：Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５ （２．５ｎｍ）
磁気結合層１０ｃ ：Ｒｕ （０．９ｎｍ）
第１磁化固定層１０ａ ：Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０ （３ｎｍ）
中間層３０ ：Ｍｇ−Ｏ （１．６ｎｍ）
第２磁性層２０ ：Ｃｏ_５０Ｆｅ_５０（０．５ｎｍ）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（８ｎｍ）
機能層２５ ：Ｍｇ−Ｏ （１．５ｎｍ）
キャップ層２６ｃ ：Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（５ｎｍ）
第４試料Ｓ０４では、磁化自由層にＣｏ_５０Ｆｅ_５０（０．５ｎｍ）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（８ｎｍ）を用い、磁化自由層に、ホウ素濃度が低い第１部分２０ｐと、ホウ素濃度の高い第２部分２０ｑと、を設けている。

第４試料Ｓ０４の評価結果の例について説明する。
図１５は、歪検知素子の特性を例示する顕微鏡像である。
図１５は、第４試料Ｓ０４の歪検知素子の断面透過型電子顕微鏡写真像である。
図１５からわかるように、第２磁性層２０において、中間層３０の側の第１部分２０ｐは、結晶構造を有している。機能層２５の側の第２部分２０ｑは、アモルファス構造を有していることがわかる。

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、歪検知素子の特性を例示する模式図である。
図１６（ｂ）は、図１５（ａ）の一部に対応する。
図１６（ａ）は、ＥＥＬＳによる、第４試料Ｓ０４の元素のデプスプロファイルの評価結果である。図１６（ａ）は、図１５（ａ）に示した線Ｌ３における元素のデプスプロファイルを示す。

図１６（ａ）からわかるわかるように、第１試料Ｓ０１と同様に、機能層２５を設けることで、磁化自由層（第２磁性層）のホウ素が、他の層に拡散せずに磁化自由層にとどまっていることがわかる。磁化自由層中のうちの中間層３０の側の第１部分２０ｐにおけるホウ素のＥＥＬＳ強度は、機能層２５の側の第２部分２０ｑにおけるホウ素のＥＥＬＳ強度よりも低い。

第４試料Ｓ０４のＭＲの値は、１８７％である。第４試料Ｓ０４のＭＲの値は、第１試料Ｓ０１のＭＲの値よりも高い。第４試料Ｓ０４においては、ＭＲ変化率が向上する。これは、中間層３０（Ｍｇ−Ｏ層）の側に、結晶性を有する第１部分２０ｐが設けられていることに起因していると考えられる。第４試料Ｓ０４においては、高いＭＲ変化率により、ゲージファクターを向上することができる。

第４試料Ｓ０４において、磁歪は、２０ｐｐｍであり、保磁力は、３．８Ｏｅである。この結果より、結晶性を有する第１部分２０ｐを設けた場合でも、アモルファス構造の第２部分２０ｑを設けることで、低い保磁力が実現できる。第２磁性層２０における磁気特性は、例えば、第１部分２０ｐの磁気特性と、第２部分２０ｑの磁気特性と、の和となる。

機能層２５には、酸化物材料、または、窒化物材料が用いられる。酸化物材料または窒化物材料は、それぞれの材料内で原子が化学結合している。このため、ホウ素の拡散を抑制する効果が高い。例えば、機能層２５として、２．０ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層を用いることができる。

機能層２５に用いる酸化物材料または窒化物材料として、既に説明したように、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｄ及びＧａよりなる第１群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物材料、または、第１群から選択された少なくともいずれかの元素を含む窒化物材料を用いることができる。

機能層２５は、磁気抵抗効果には寄与しない。このため、機能層２５の面積抵抗は低いことが好ましい。例えば、機能層２５の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層３０の面積抵抗よりも低いことが好ましい。機能層２５には、例えば、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ及びＧａよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物、または、その元素を含む窒化物が用いられる。これらの元素の酸化物または窒化物のバリアハイトは、低い。これらの元素の酸化物または窒化物を用いることで、機能層２５の面積抵抗を低減できる。

機能層２５には、酸化物を用いることがさらに好ましい。酸化物における化学結合は、窒化物における化学結合よりも強い。機能層２５には、酸化物を用いることで、例えば、ホウ素の拡散の抑制がより有効に実施できる。

本願明細書において、酸窒化物は、酸化物及び窒化物のいずれかに含める。例えば、酸窒化物において、酸素の比率が窒素の比率よりも高い場合は、その酸窒化物は酸化物に含めることができる。例えば、酸窒化物において、窒素の比率が酸素の比率よりも高い場合は、その酸窒化物は窒化物に含めることができる。

機能層２５に酸化物または窒化物を用いる場合、機能層２５の厚さは、０．５ｎｍ以上が好ましい。これにより、例えば、ホウ素の拡散の抑制が効果的に行われる。機能層２５の厚さは、５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、面積抵抗を低くできる。機能層２５の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がさらに好ましい。機能層２５の厚さは、２ｎｍ以上でも良い。

第２磁性層２０と、機能層２５と、の間に他の金属層などが挿入されていてもよい。第２磁性層２０と機能層２５との間の距離が過度に長いと、例えば、その間の領域でホウ素が拡散して第２磁性層２０のホウ素濃度が下がる場合がある。第２磁性層２０と機能層２５との間の距離は、例えば、１０ｎｍ以下が好ましく３ｎｍ以下がさらに好ましい。

図１７（ａ）〜図１７（ｅ）は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式図である。
図１７（ａ）に表したように、本実施形態に係る歪検知素子５２ａにおいては、磁性層２７がさらに設けられている。磁性層２７と第２磁性層２０との間に、機能層２５が配置される。磁性層２７の磁化（の方向）は、変化可能である。磁性層２７には、第２磁性層２０に関して説明した材料および構成が適用できる。磁性層２７と第２磁性層２０とが、一体となって、磁化自由層として機能しても良い。

磁性層２７及び第２磁性層２０が磁化自由層であると見なすと、機能層２５が、磁化自由層中に設けられている、と見なすことができる。この場合も、機能層２５により、第２磁性層２０からのホウ素の拡散が抑制でき、小さい保磁力Ｈｃが得られる。磁性層２７においては、ホウ素が拡散して保磁力Ｈｃの増大が生じると考えられるが、磁化自由層全体としての保磁力Ｈｃを小さく保つことができる。このように、機能層２５を、磁化自由層中に設けても良い。機能層２５を磁化自由層中に設ける場合において、機能層２５として、複数の層を含む積層膜を用いても良い。

図１７（ｂ）〜１７（ｅ）に表したように、本実施形態に係る歪検知素子５２ｂ〜５２ｅにおいては、第２磁性層２０の中に、機能層２５が設けられている。この場合にも、高いゲージファクタが得られる。

図１７（ｃ）に例示した歪検知素子５２ｃにおいては、第２磁性層２０の中に、２つの機能層２５が設けられている。機能層２５の数は、３以上でも良い。

図１７（ｄ）に例示した歪検知素子５２ｄにおいては、キャップ層側に１つの機能層２５が設けられている。さらに、第２磁性層２０の中に機能層２５が設けられている。

図１７（ｅ）に例示した歪検知素子５２ｅにおいては、キャップ層側に１つの機能層２５が設けられている。さらに、第２磁性層２０の中に複数の機能層２５が設けられている。機能層２５の数は、３つ以上でも良い。

図１７（ａ）〜１７（ｅ）に示したとおり、第２磁性層２０のうちの第１部分２０ｐ（中間層３０の側の部分）におけるホウ素濃度ＣＢを低くすることによって、第１部分２０ｐにおけるＭＲ変化率を向上することができる。これにより、磁化方向の変化に対する電気抵抗Ｒの変化を大きくでき、高いゲージファクターを得ることができる。一方、第２部分２０ｑ（中間層３０から離れた部分）におけるホウ素濃度ＣＢを高くすることで、第２部分２０ｑにおいて、保磁力Ｈｃを小さくすることができ、第２磁性層２０全体の保磁力Ｈｃを小さくすることができる。図１７（ｃ）〜１７（ｅ）に示したとおり、複数の機能層２５がある場合には、第２磁性層２０の中で、第１部分２０ｐよりも相対的に中間層から離れ、複数の機能層２５のうちいずれかの機能層２５よりも中間層３０側の層を、第２部分２０ｑと見なすことができる。

上記のように、機能層２５は、磁化自由層中に設けても良い。この場合、磁化自由層のうちの機能層２５と中間層３０との間に位置する部分におけるホウ素の拡散が抑制できる。これにより、小さい保磁力Ｈｃが得られる。すなわち、磁化自由層全体の保磁力Ｈｃを小さく保つことができる。機能層２５を磁化自由層中に設ける場合において、複数の機能層２５を設けても良い。

図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式図である。
図１８（ａ）は、実施形態に係る歪検知素子５２ｆを示す模式的断面図である。図１８（ｂ）は、歪検知素子５２ｆにおけるホウ素濃度の分布を例示している。

図１８（ａ）に表したように、第２磁性層２０は、磁性膜２１ａと、磁性膜２１ｂと、非磁性膜２１ｃと、含む。非磁性膜２１ｃは、磁性膜２１ａと磁性膜２１ｂとの間に配置される。第２磁性膜２１ｂと中間層３０との間に、磁性膜２１ａが配置される。非磁性膜２１ｃには、非磁性材料が用いられる。

磁性膜２１ａには、例えば、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０が用いられる。磁性膜２１ａの厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍである。磁性膜２１ｂには、例えば、Ｃｏ_３５Ｆｅ_３５Ｂ_３０が用いられる。磁性膜２１ｂの厚さは、例えば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である。非磁性膜２１ｃには、例えば、Ｒｕが用いられる。非磁性膜２１ｃの厚さは、０．４ｎｍ以上１．２ｎｍ以下である。

磁性膜２１ｂの磁化と、磁性膜２１ａの磁化とは、互いに連動する。磁性膜２１ｂと、磁性膜２１ａと、は、一体的に動作する。磁性膜２１ａと、磁性膜２１ｂと、非磁性膜２１ｃと、の積層体が、磁化自由層となる。非磁性膜２１ｃの厚さが、例えば約１．２ｎｍ以下のときに、磁性膜２１ｂの磁化と、磁性膜２１ａの磁化とは、互いに連動する。

図１８（ｃ）は、実施形態に係る歪検知素子５２ｇを示す模式的断面図である。
図１８（ｃ）に表したように、第２磁性層２０は、磁性膜２１ａ、非磁性膜２１ｃ、磁性膜２１ｂ、非磁性膜２１ｅ及び磁性膜２１ｄを含む。これらの膜が、この順に積層される。例えば、磁性膜２１ｄには、磁性膜２１ａに関して説明した構成が適用できる。非磁性膜２１ｅには、非磁性膜２１ｃに関して説明した構成が適用できる。このように、第２磁性層２０中に非磁性膜が複数設けられていても良い。第２磁性層２０中の非磁性膜の数は３以上でもよい。

実施形態において、中間層３０は、積層構造を有していても良い。例えば、中間層３０は、第１非磁性膜と、第２非磁性膜と、を含んでも良い。第２非磁性膜は、第１非磁性膜と第２磁性層２０との間に設けられる。第１非磁性膜には例えば、Ｍｇ−Ｏ膜が設けられる。第２非磁性膜には、第１非磁性膜よりもＭｇ濃度が高い膜が用いられる。

図１９は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図１９に例示したように、本実施形態に係る歪検知素子５３においては、絶縁層３５が設けられる。例えば、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、絶縁層３５（絶縁部分）が設けられている。絶縁層３５は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間において、積層体１０ｓを囲む。積層体１０ｓの側壁に対向して、絶縁層３５が設けられる。

絶縁層３５には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ_２）などを用いることができる。絶縁層３５により、積層体１０ｓの周囲におけるリーク電流を抑制することができる。

図２０は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図２０に例示したように、本実施形態に係る歪検知素子５４においては、ハードバイアス層３６がさらに設けられる。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に、ハードバイアス層３６（ハードバイアス部分）が設けられる。例えば、ハードバイアス層３６と積層体１０ｓとの間に、絶縁層３５が配置される。この例では、ハードバイアス層３６と第１電極Ｅ１との間に、絶縁層３５が延在している。

ハードバイアス層３６の磁化により、第１磁性層１０の磁化１０ｍ及び第２磁性層２０の磁化２０ｍの少なくともいずれかが、所望の方向に設定される。ハードバイアス層３６により、力が歪検知素子に印加されていない状態において、磁化１０ｍ及び磁化２０ｍの少なくともいずれかを所望の方向に設定できる。

ハードバイアス層３６には、例えば、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ、または、ＦｅＰｔ等の磁気異方性が比較的高い硬質強磁性材料が用いられる。ハードバイアス層３６には、ＦｅＣｏまたはＦｅなどの軟磁性材料の層と、反強磁性層と、を積層した構造を用いることができる。この場合には、交換結合により、磁化が所定の方向に沿う。ハードバイアス層３６の厚さ（例えば、第１電極Ｅ１から第２電極Ｅ２に向かう方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
上記のハードバイアス層３６及び絶縁層３５は、上記及び以下で説明する歪検知素子のいずれにも適用できる。

図２１は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図２１に表したように、本実施形態に係る別の歪検知素子５５ａは、順に並んだ、第１電極Ｅ１（例えば、下部電極）と、下地層１０ｌと、機能層２５と、第２磁性層２０（磁化自由層）と、中間層３０と、第１磁化固定層１０ａと、磁気結合層１０ｃと、第２磁化固定層１０ｂと、ピニング層１０ｐと、キャップ層２６ｃと、第２電極Ｅ２（例えば上部電極）と、を含む。歪検知素子５５ａは、トップスピンバルブ型である。

下地層１０ｌには、例えば、Ｔａ／Ｃｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
機能層２５には、例えば、Ｍｇ−Ｏが用いられる。このＭｇ−Ｏ層の厚さは、例えば、１．５ｎｍである。
第２磁性層２０には、例えば、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０が用いられる。
このＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の厚さは、例えば４ｎｍである。
中間層３０には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
第１磁化固定層１０ａには、例えば、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０／Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０が用いられる。このＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ_５０Ｃｏ_５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。
磁気結合層１０ｃには、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。
第２磁化固定層１０ｂには、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ_７５Ｆｅ_２５層が用いられる。
ピニング層１０ｐには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。
キャップ層２６ｃには、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。

歪検知素子５５ａに含まれる層のそれぞれには、例えば、歪検知素子５１に関して説明した材料を用いることができる。

図２２は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図２２に表したように、本実施形態に係る別の歪検知素子５５ｂは、順に並んだ、第１電極Ｅ１（例えば下部電極）と、下地層１０ｌと、ピニング層１０ｐと、第１磁性層１０と、中間層３０と、第２磁性層２０と、機能層２５と、キャップ層２６ｃと、第２電極Ｅ２（例えば上部電極）と、を含む。歪検知素子５５ｂには、単一の磁化固定層を用いたシングルピン構造が適用されている。

下地層１０ｌには、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。
ピニング層１０ｐには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。

第１磁性層１０には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。
中間層３０には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
第２磁性層２０には、例えば、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０が用いられる。このＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の厚さは、例えば４ｎｍである。
機能層２５には、例えば、１．５ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
キャップ層２６ｃには、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
歪検知素子５５ｂに含まれる層のそれぞれには、例えば、歪検知素子５１に関して説明した材料を用いることができる。

図２３は、第１の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図２３に表したように、本実施形態に係る別の歪検知素子５５ｂは、順に並んだ、第１電極Ｅ１（例えば下部電極）と、下地層１０ｌと、別の機能層２５ａ（第２の機能層）と、第１磁性層１０、中間層３０と、第２磁性層２０と、機能層２５（第１の機能層）と、キャップ層２６ｃと、第２電極Ｅ２（例えば上部電極）と、を含む。この例では、第１磁性層１０は、磁化自由層であり、第２磁性層２０も磁化自由層である。

下地層１０ｌには、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、４５ｎｍである。
機能層２５ａには、例えば、１．５ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
第１磁性層１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。
中間層３０には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
第２磁性層２０には、例えば、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０が用いられる。このＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層の厚さは、例えば、４ｎｍである。
機能層２５には、例えば、１．５ｎｍの厚さのＭｇ−Ｏ層が用いられる。
キャップ層２６ｃには、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。

歪検知素子５５ｃに含まれる層のそれぞれには、例えば、歪検知素子５１に関して説明した材料を用いることができる。歪検知素子５５ｃにおける第１磁性層１０には、歪検知素子５１における第２磁性層２０に関して説明した材料及び構成が適用できる。歪検知素子５５ｃにおける機能層２５ａには、歪検知素子５１における機能層２５に関して説明した材料及び構成が適用できる。

この例において、第１磁性層１０を第２磁性層２０と見なし、機能層２５を機能層２５ａと見なしても良い。

歪検知素子５５ｃのように、２つの磁化自由層が設けられる場合において、２つの磁化自由層の磁化どうしの間の相対角度が、歪εに応じて変化する。これにより、歪センサとして機能させることができる。この場合、第２の磁化自由層の磁歪の値と、第１の磁化自由層の磁歪の値と、は互いに異なるように設計することができる。これにより、２つの磁化自由層のそれぞれの磁化における相対角度が、歪εに応じて変化する。

（第２の実施形態）
図２４は、第２の実施形態に係る歪検知素子を例示する模式的断面図である。
図２４に表すように、本実施形態に係る歪検知素子５６も、機能層２５ｘと、第１磁性層１０と、第２磁性層２０と、中間層３０と、を含む。これらの層の配置は、第１の実施形態に関して説明した配置と同じなので説明を省略する。

本実施形態においては、機能層２５ｘに用いられる材料が、第１の実施形態に関して説明した機能層２５に用いられる材料とは異なる。これ以外については、第１の実施形態と同様である。以下、機能層２５ｘの例について、説明する。

歪検知素子５６においては、機能層２５ｘには、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。機能層２５ｘには、これらの軽元素を含む材料が用いられる。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。機能層２５ｘのうちの第２磁性層２０との界面を含む部分に、例えば、Ｍｇ−Ｂ化合物、Ａｌ−Ｂ化合物、及び、Ｓｉ−Ｂ化合物の少なくともいずれかが形成される。これらの化合物が、ホウ素の拡散を抑制する。

本実施形態では、機能層２５ｘを設けることで、第２磁性層２０に含まれるホウ素の拡散を抑制し、第２磁性層２０のアモルファス構造を保つことができる。その結果、高いゲージファクターを得ることができる。

本実施形態に係る歪検知素子５６においても、第１磁性層１０は、図３に関して説明した第２磁化固定層１０ｂ、磁気結合層１０ｃ及び第１磁化固定層１０ａを含むことができる。

以下、本実施形態に係る歪検知素子の特性の例について説明する。
第５試料の構成は、以下である。
下地層１０ｌ ：Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ピニング層１０ｐ ：Ｉｒ_２２Ｍｎ_７８ （７ｎｍ）
第２磁化固定層１０ｂ ：Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５ （２．５ｎｍ）
磁気結合層１０ｃ ：Ｒｕ （０．９ｎｍ）
第１磁化固定層１０ａ ：Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０ （３ｎｍ）
中間層３０ ：Ｍｇ−Ｏ （１．６ｎｍ）
第２磁性層２０ ：Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０ （４ｎｍ）
機能層２５ｘ ：Ｍｇ （１．６ｎｍ）
キャップ層２６ｃ ：Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２０ｎｍ）／Ｒｕ（５０ｎｍ）
すなわち、第５試料においては、機能層２５ｘとして、１．６ｎｍの厚さのＭｇ層が用いられている。

一方、第６試料においては、機能層２５ｘとして、０．８ｎｍの厚さのＳｉ層が用いられている。

第７試料においては、機能層２５ｘが設けられない。第７試料においては、第２磁性層２０は、キャップ層２６ｃに接している。第７試料は、第２試料Ｓ０２と同じである。

これらの試料について、第１に実施形態に関して説明したのと同様に特性が評価された。その結果は、以下である。
第５試料においては、ＭＲは、１２６％であり、保磁力Ｈｃは、２．３Ｏｅであり、磁歪定数λは、２１ｐｐｍであり、ゲージファクタは、２８６１である。
第６試料においては、ＭＲは、１０４％であり、保磁力Ｈｃは、３．８Ｏｅであり、磁歪定数λは、１９ｐｐｍであり、ゲージファクタは、２０９１である。
第７試料においては、ＭＲは、１９０％であり、保磁力Ｈｃは、２７Ｏｅであり、磁歪定数λは、３０ｐｐｍであり、ゲージファクタは、８９５である。
このように、機能層２５ｘを用いることで、高いゲージファクターが得られる。

ホウ素を含む第２磁性層２０の上に、上記の機能層２５ｘを設けることで、第２磁性層２０からのホウ素の拡散を抑制することができる。その結果、小さい保磁力Ｈｃと、大きい磁歪定数λと、が得られる。これにより、高いゲージファクターが得られる。

以下、本実施形態に係る別の歪検知素子の特性の例について説明する。
第８試料の構成は、以下である。
下地層１０ｌ ：Ｔａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）
ピニング層１０ｐ ：Ｉｒ_２２Ｍｎ_７８ （７ｎｍ）
第２磁化固定層１０ｂ ：Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５ （２．５ｎｍ）
磁気結合層１０ｃ ：Ｒｕ （０．９ｎｍ）
第１磁化固定層１０ａ ：Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０ （３ｎｍ）
中間層３０ ：Ｍｇ−Ｏ （２ｎｍ）
第２磁性層２０ ：後述
キャップ層２６ｃ ：Ｔａ（２０ｎｍ）／Ｒｕ（５０ｎｍ）
そして、第８試料においては、磁化自由層となる第２磁性層２０と、機能層２５ｘと、の積層膜は、以下の構成を有する。Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（４ｎｍ）／｛（Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（１ｎｍ）／Ｓｉ（０．２５ｎｍ）｝の組み合わせの３層／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（１ｎｍ）が、積層膜として用いられる。例えば、上記の積層膜のうちのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（４ｎｍ）の層が第２磁性層２０と見なされる。上記の積層膜のうちの３つのＳｉ（０．２５ｎｍ）層の少なくともいずれかが、機能層２５ｘと見なされる。

第９試料においては、磁化自由層となる第２磁性層２０と、機能層２５ｘと、の積層膜は、以下の構成を有する。Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（４ｎｍ）／｛（Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（１ｎｍ）／Ａｌ（０．２５ｎｍ）｝の組み合わせの３層／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（１ｎｍ）が、積層膜として用いられる。例えば、上記の積層膜のうちのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（４ｎｍ）の層が第２磁性層２０と見なされる。上記の積層膜のうちの３つのＡｌ（０．２５ｎｍ）層の少なくともいずれかが、機能層２５ｘと見なされる。第９試料において、第２磁性層２０及び機能層２５ｘを除く構成は、第８試料と同様である。

第１０試料においては、磁化自由層となる第２磁性層２０には、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（４ｎｍ）が用いられる。そして、機能層２５ｘは設けられない。第１０試料において、第２磁性層２０及び機能層２５ｘを除く構成は、第８試料と同様である。すなわち、第１０試料は、上記の第２試料Ｓ０２と同じである。

これらの試料について、第１に実施形態に関して説明したのと同様に特性が評価された。その結果は、以下である。
第８試料においては、ＭＲは、１７６％であり、保磁力Ｈｃは、４．８Ｏｅであり、磁歪定数λは、２２ｐｐｍであり、ゲージファクタは、２８４９である。
第９試料においては、ＭＲは、１６９％であり、保磁力Ｈｃは、７．１Ｏｅであり、磁歪定数λは、２０ｐｐｍであり、ゲージファクタは、２１９５である。
第１０試料（第７試料）においては、ＭＲは、１９０％であり、保磁力Ｈｃは、２７Ｏｅであり、磁歪定数λは、３０ｐｐｍであり、ゲージファクタは、８９５である。
このように、機能層２５ｘを用いることで、高いゲージファクターが得られる。

このように、ホウ素を含む磁化自由層中に、Ｍｇ、Ａｌ及びＳｉよりなる群から選択される少なくとも一つの軽元素を含む材料の層を挿入することにより、磁化自由層からのホウ素の拡散を抑制することができる。その結果、小さい保磁力Ｈｃと、大きい磁歪定数λと、が得られる。これにより、高いゲージファクターが得られる。

本実施形態において、機能層２５ｘとして、Ｍｇ、Ａｌ及びＳｉよりなる群から選択される少なくとも一つを含む材料を用いる場合、機能層２５ｘの厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上が好ましい。これにより、例えば、ホウ素の拡散の抑制が効果的に行われる。機能層２５ｘの厚さは、５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、余剰なＭｇ、ＡｌまたはＳｉが第２磁性層２０に拡散することが抑制できる。機能層２５ｘの厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。機能層２５ｘの厚さは、２ｎｍ以上でも良い。

機能層２５ｘと、第２磁性層２０と、の間に他の金属層などが挿入されていても良い。機能層２５ｘと第２磁性層２０との距離が過度に長いと、その間の領域でホウ素が拡散して第２磁性層２０中のホウ素濃度が低下する場合がある。機能層２５ｘと第２磁性層２０との間の距離は、例えば、１０ｎｍ以下が好ましく３ｎｍ以下がさらに好ましい。

上記のように、機能層２５ｘは、磁化自由層中に設けても良い。この場合、磁化自由層のうちの機能層２５ｘと中間層３０との間に位置する部分におけるホウ素の拡散が抑制できる。これにより、小さい保磁力Ｈｃが得られる。すなわち、磁化自由層全体の保磁力Ｈｃを小さく保つことができる。機能層２５ｘを磁化自由層中に設ける場合において、複数の機能層２５ｘを設けても良い。

（第３の実施形態）
本実施形態は、圧力センサに係る。圧力センサにおいては、第１の実施形態及び第２の実施形態の少なくともいずれか、及び、その変形の歪検知素子が用いられる。以下では、歪検知素子として、歪検知素子５０を用いる場合について説明する。

図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、第３の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図２５（ａ）は、模式的斜視図である。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
図２５（ａ）及び図２５（ｂ）に表したように、本実施形態に係る圧力センサ１１０は、膜部７０と、歪検知素子５０と、を含む。

膜部７０は、例えば、支持部７０ｓに支持される。支持部７０ｓは、例えば、基板である。膜部７０は、例えば、可撓性領域を有する。膜部７０は、例えば、ダイアフラムである。膜部７０は、支持部７０ｓと一体的でも良く、別体でも良い。膜部７０には、支持部７０ｓと同じ材料を用いても良く、支持部７０ｓとは異なる材料を用いても良い。支持部７０ｓとなる基板の一部を除去して、基板のうちの厚さが薄い部分が膜部７０となっても良い。

膜部７０の厚さは、支持部７０ｓの厚さよりも薄い。膜部７０と支持部７０ｓとに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分が膜部７０となり、厚い部分が支持部７０ｓとなる。

支持部７０ｓが、支持部７０ｓを厚さ方向に貫通する貫通孔７０ｈを有しており、貫通孔７０ｈを覆うように膜部７０が設けられても良い。この時、例えば、膜部７０となる材料の膜が、支持部７０ｓの貫通孔７０ｈ以外の部分の上にも延在している場合がある。このとき、膜部７０となる材料の膜のうちで、貫通孔７０ｈと重なる部分が膜部７０となる。

膜部７０は、外縁７０ｒを有する。膜部７０と支持部７０ｓとに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分の外縁が、膜部７０の外縁７０ｒとなる。支持部７０ｓが、支持部７０ｓを厚さ方向に貫通する貫通孔７０ｈを有しており、貫通孔７０ｈを覆うように膜部７０が設けられている場合は、膜部７０となる材料の膜のうちで、貫通孔７０ｈと重なる部分の外縁が膜部７０の外縁７０ｒとなる。

支持部７０ｓは、膜部７０の外縁７０ｒを連続的に支持しても良く、膜部７０の外縁７０ｒの一部を支持しても良い。

歪検知素子５０は、膜部７０の上に設けられる。例えば、歪検知素子５０は、膜部７０の一部の上に設けられる。この例では、膜部７０上に、複数の歪検知素子５０が設けられる。膜部上に設けられる歪検知素子の数は、１でも良い。

図２５（ｂ）に表したように、歪検知素子５０において、例えば、機能層２５と膜部７０との間に、第１磁性層１０が配置される。第２磁性層２０と膜部７０との間に、第１磁性層１０が配置される。

この例では、第１配線６１及び第２配線６２が設けられている。第１配線６１は、歪検知素子５０に接続される。第２配線６２は、歪検知素子５０に接続される。例えば、第１配線６１と第２配線６２との間には、層間絶縁膜が設けられ、第１配線６１と第２配線６２とが電気的に絶縁される。第１配線６１と第２配線６２との間に電圧が印加され、この電圧が、第１配線６１及び第２配線６２を介して、歪検知素子５０に印加される。圧力センサ１１０に圧力が加わると、膜部７０が変形する。歪検知素子５０においては、膜部７０の変形に伴って電気抵抗Ｒが変化する。電気抵抗Ｒの変化を第１配線６１及び第２配線６２を介して検知することで、圧力が検知できる。

支持部７０ｓには、例えば、板状の基板を用いることができる。基板の内部には、例えば、空洞部７１ｈ（貫通孔７０ｈ）が設けられている。

支持部７０ｓには、例えば、シリコンなどの半導体材料、金属などの導電材料、または、絶縁性材料を用いることができる。支持部７０ｓは、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでも良い。空洞部７１ｈの内部は、例えば減圧状態（真空状態）である。空洞部７１ｈの内部に、空気などの気体、または、液体が充填されていても良い。空洞部７１ｈの内部は、膜部７０が撓むことができるように設計される。空洞部７１ｈの内部は外部の大気とつながっていてもよい。

空洞部７１ｈの上には、膜部７０が設けられている。膜部７０には、例えば、支持部７０ｓとなる基板の一部が薄く加工され部分が用いられる。膜部７０の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、基板の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）よりも薄い。

膜部７０に圧力が印加されると、膜部が変形する。この圧力は、圧力センサ１１０が検知すべき圧力に対応する。印加される圧力は、音波または超音波などによる圧力も含む。音波または超音波などによる圧力を検知する場合は、圧力センサ１１０は、マイクロフォンとして機能する。

膜部７０には、例えば、絶縁性材料が用いられる。膜部７０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。膜部７０には、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良い。膜部７０には、例えば、金属材料を用いても良い。

膜部７０の厚さは、例えば、０．１マイクロメートル（μｍ）以上３μｍ以下である。この厚さは、０．２μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。膜部７０には、例えば、厚さが０．２μｍの酸化シリコン膜と、厚さが０．４μｍのシリコン膜と、の積層体を用いても良い。

複数の歪検知素子５０を、膜部７０の上に配置しても良い。複数の歪検知素子５０で圧力に対して同等の電気抵抗の変化を得ることができる。後述するように、複数の歪検知素子５０を直並列に接続することでＳＮ比を増大することができる。

歪検知素子５０のサイズは、極めて小さくても良い。歪検知素子５０の面積は、圧力によって変形する膜部７０の面積よりも十分に小さくできる。例えば、歪検知素子５０の面積は、膜部７０の面積の１／５以下とすることができる。

例えば、膜部７０の直径が６０μｍ程度の場合に、歪検知素子５０の寸法は、１２μｍ以下とすることができる。例えば、膜部７０の直径が６００μｍ程度の場合には、歪検知素子５０の寸法は、１２０μｍ以下とすることができる。歪検知素子５０の加工精度などを考慮すると、歪検知素子５０の寸法を過度に小さくする必要はない。そのため、歪検知素子５０の寸法は、例えば、０．０５μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。

この例では、膜部７０の平面形状は円である。膜部７０の平面形状は、例えば、楕円（例えば、扁平円）、または、正方形、長方形、多角形、または、正多角形でも良い。

図２６（ａ）〜図２６（ｃ）は、実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。 これらの図は、複数の検知素子の接続状態の例を示している。
図２６（ａ）に表したように、実施形態に係る圧力センサ１１６ａにおいては、複数の検知素子５０は、電気的に直列に接続されている。直列に接続されている検知素子５０の数をＮとしたとき、得られる電気信号は、検知素子５０の数が１である場合のＮ倍となる。その一方で、熱ノイズ及びショットキーノイズは、Ｎ１／２倍になる。すなわち、ＳＮ比(signal-noise ratio：ＳＮＲ)は、Ｎ１／２倍になる。直列の接続する検知素子５０の数Ｎを増やすことで、膜部７０のサイズを大きくすることなく、ＳＮ比を改善することができる。

膜部７０上に設けられた複数の歪検知素子５０は、直列に接続することができる。複数の歪検知素子５０が直列に接続されている歪検知素子の数をＮとしたとき、得られる電気信号は、歪検知素子５０の数が１である場合のＮ倍となる。一方、熱ノイズ及びショットキーノイズは、Ｎ^１／２倍になる。すなわち、ＳＮ比(signal-noise ratio：ＳＮＲ)は、Ｎ^１／２倍になる。直列に接続する歪検知素子５０の数Ｎを増やすことで、膜部７０のサイズを大きくすることなく、ＳＮ比を改善できる。

１つの歪検知素子に加えられるバイアス電圧は、例えば、５０ミリボルト（ｍＶ）以上１５０ｍＶ以下である。Ｎ個の歪検知素子５０を直列に接続した場合は、バイアス電圧は、５０ｍＶ×Ｎ以上１５０ｍＶ×Ｎ以下となる。例えば、直列に接続されている歪検知素子の数Ｎが２５である場合には、バイアス電圧は、１Ｖ以上３．７５Ｖ以下となる。

バイアス電圧の値が１Ｖ以上であると、歪検知素子から得られる電気信号を処理する電気回路の設計は容易になり、実用的に好ましい。

バイアス電圧（端子間電圧）が１０Ｖを超えると、歪検知素子から得られる電気信号を処理する電気回路においては、望ましくない。実施形態においては、適切な電圧範囲になるように、直列に接続される歪検知素子の数Ｎ、及び、バイアス電圧が設定される。

例えば、複数の歪検知素子を電気的に直列に接続したときの電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下となるのが好ましい。例えば、電気的に直列に接続された複数の歪検知素子５０の端子間（一方の端の端子と、他方の端の端子と、の間）に印加される電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下である。

この電圧を発生させるためには、１つの歪検知素子に印加されるバイアス電圧が５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検知素子５０の数Ｎは、２０以上２００以下が好ましい。１つの歪検知素子に印加されるバイアス電圧が１５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検知素子の数Ｎは、７以上６６以下であることが好ましい。

図２６（ｂ）に表したように、実施形態に係る圧力センサ１１６ｂにおいては、複数の検知素子５０が、電気的に並列に接続されている。実施形態において、複数の歪検知素子５０の少なくとも一部は、電気的に並列に接続されても良い。

図２６（ｃ）に表したように、実施形態に係る圧力センサ１１６ｃにおいては、複数の歪検知素子５０がホイートストンブリッジ回路を形成するように、複数の歪検知素子を接続しても良い。これにより、例えば、検出特性の温度補償を行うことができる。

以下、実施形態に係る圧力センサの製造方法の例について説明する。以下は、圧力センサの製造方法の例である。

図２７（ａ）〜図２７（ｅ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方向を例示する工程順模式的断面図である。
図２７（ａ）に表したように、基板７１（例えばＳｉ基板）の上に薄膜７０ｆを形成する。基板７１は、支持部７０ｓとなる。薄膜７０ｆは、膜部７０となる。
例えば、Ｓｉ基板上に、ＳｉＯ_ｘ／Ｓｉの薄膜７０ｆをスパッタにより形成する。薄膜７０ｆとして、ＳｉＯ_ｘ単層、ＳｉＮ単層、または、Ａｌなどの金属層を用いても良い。また、薄膜７０ｆとして、ポリイミドまたはパラキシリレン系ポリマーなどのフレキシブルプラスティック材料を用いても良い。ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を、基板７１及び薄膜７０ｆとして用いても良い。ＳＯＩにおいては、例えば、基板の貼り合わせによってＳｉ基板上にＳｉＯ_２／Ｓｉの積層膜が形成される。

図２７（ｂ）に表したように、第２配線６２を形成する。この工程においては、第２配線６２となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第２配線６２の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理においては、例えば、第２配線６２のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。

図２７（ｃ）に表したように、歪検知素子５０を形成する。この工程においては、歪検知素子５０となる積層膜を形成し、その積層膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。歪検知素子５０の積層体１０ｓの側壁を絶縁層３５で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、例えば、積層体１０ｓの加工後、レジストを剥離する前に、絶縁層３５を全面に成膜して、その後レジストを除去する。

図２７（ｄ）に表したように、第１配線６１を形成する。この工程においては、第１配線６１となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第１配線６１の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、第１配線６１の加工後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。

図２７（ｅ）に表したように、基板７１の裏面からエッチングを行い、空洞部７１ｈを形成する。これにより、膜部７０及び支持部７０ｓが形成される。例えば、膜部７０となる薄膜７０ｆとして、ＳｉＯ_ｘ／Ｓｉの積層膜を用いる場合は、薄膜７０ｆの裏面（下面）から表面（上面）へ向かって、基板７１の深堀加工を行う。これにより、空洞部７１ｈが形成される。空洞部７１ｈの形成においては、例えば両面アライナー露光装置を用いることができる。これにより、表面の歪検知素子５０の位置に合わせて、レジストのホールパターンを裏面にパターニングできる。

Ｓｉ基板のエッチングにおいて、例えばＲＩＥを用いたボッシュプロセスが用いることができる。ボッシュプロセスでは、例えば、ＳＦ_６ガスを用いたエッチング工程と、Ｃ_４Ｆ_８ガスを用いた堆積工程と、を繰り返す。これにより、基板７１の側壁のエッチングを抑制しつつ、基板７１の深さ方向（Ｚ軸方向）に選択的にエッチングが行われる。エッチングのエンドポイントとして、例えば、ＳｉＯ_ｘ層が用いられる。すなわち、エッチングの選択比がＳｉとは異なるＳｉＯ_ｘ層を用いてエッチングを終了させる。エッチングストッパ層として機能するＳｉＯ_ｘ層は、膜部７０の一部として用いられても良い。ＳｉＯ_ｘ層は、エッチングの後に、例えば、無水フッ化水素及びアルコールなどの処理などで除去されても良い。

このようにして、実施形態に係る圧力センサ１１０が形成される。実施形態に係る他の圧力センサも同様の方法により製造できる。

図２８（ａ）〜図２８（ｃ）は、実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。 図２８（ａ）は、模式的斜視図であり、図２８（ｂ）及び図２８（ｃ）は、圧力センサ４４０を例示するブロック図である。

図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示すように、圧力センサ４４０には、基部４７１、検知部４５０、半導体回路部４３０、アンテナ４１５、電気配線４１６、送信回路４１７、及び、受信回路４１７ｒが設けられている。

アンテナ４１５は、電気配線４１６を介して、半導体回路部４３０と電気的に接続されている。
送信回路４１７は、検知部４５０に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路４１７の少なくとも一部は、半導体回路部４３０に設けることができる。

受信回路４１７ｒは、電子機器４１８ｄからの制御信号を受信する。受信回路４１７ｒの少なくとも一部は、半導体回路部４３０に設けることができる。受信回路４１７ｒを設けるようにすれば、例えば、電子機器４１８ｄを操作することで、圧力センサ４４０の動作を制御することができる。

図２８（ｂ）に示すように、送信回路４１７には、例えば、検知部４５０に接続されたＡＤコンバータ４１７ａと、マンチェスター符号化部４１７ｂと、を設けることができる。切替部４１７ｃを設け、送信と受信を切り替えるようにすることができる。この場合、タイミングコントローラ４１７ｄを設け、タイミングコントローラ４１７ｄにより切替部４１７ｃにおける切り替えを制御することができる。またさらに、データ訂正部４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ（ＶＣＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を設けることができる。

図２８（ｃ）に示すように、圧力センサ４４０と組み合わせて用いられる電子機器４１８ｄには、受信部４１８が設けられる。電子機器４１８ｄとしては、例えば、携帯端末などの電子装置を例示することができる。
この場合、送信回路４１７を有する圧力センサ４４０と、受信部４１８を有する電子機器４１８ｄと、を組み合わせて用いることができる。

電子機器４１８ｄには、マンチェスター符号化部４１７ｂ、切替部４１７ｃ、タイミングコントローラ４１７ｄ、データ訂正部４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ、記憶部４１８ａ、中央演算部４１８ｂ（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を設けることができる。

この例では、圧力センサ４４０は、固定部４６７をさらに含んでいる。固定部４６７は、膜部４６４（７０ｄ）を基部４７１に固定する。固定部４６７は、外部圧力が印加されたときであっても撓みにくいように、膜部４６４よりも厚み寸法を厚くすることができる。
固定部４６７は、例えば、膜部４６４の周縁に等間隔に設けることができる。
膜部４６４（７０ｄ）の周囲をすべて連続的に取り囲むように固定部４６７を設けることもできる。
固定部４６７は、例えば、基部４７１の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部４６７は、例えば、シリコンなどから形成することができる。
固定部４６７は、例えば、膜部４６４（７０ｄ）の材料と同じ材料から形成することもできる。

実施形態に係る圧力センサの製造方法の例について説明する。
図２９（ａ）、図２９（ｂ）、図３０（ａ）、図３０（ｂ）、図３１（ａ）、図３１（ｂ）、図３２（ａ）、図３２（ｂ）、図３３（ａ）、図３３（ｂ）、図３４（ａ）、図３４（ｂ）、図３５（ａ）、図３５（ｂ）、図３６（ａ）、図３６（ｂ）、図３７（ａ）、図３７（ｂ）、図３８（ａ）、図３８（ｂ）、図３９（ａ）、図３９（ｂ）、図４０（ａ）及び図４０（ｂ）は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示する模式図である。

なお、図２９（ａ）〜図４０（ａ）は、模式的平面図であり、図２９（ｂ）〜図４０（ｂ）は、模式的断面図である。

図２９（ａ）及び図２９（ｂ）に示すように、半導体基板５３１の表面部分に半導体層５１２Ｍを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上面に素子分離絶縁層５１２Ｉを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート５１２Ｇを形成する。続いて、ゲート５１２Ｇの両側に、ソース５１２Ｓとドレイン５１２Ｄとを形成することで、トランジスタ５３２が形成される。続いて、この上に層間絶縁膜５１４ａを形成し、さらに層間絶縁膜５１４ｂを形成する。

続いて、非空洞部となる領域において、層間絶縁膜５１４ａ、５１４ｂの一部に、トレンチ及び孔を形成する。続いて、孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー５１４ｃ〜５１４ｅを形成する。この場合、例えば、接続ピラー５１４ｃは、１つのトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続され、接続ピラー５１４ｄはドレイン５１２Ｄに電気的に接続される。例えば、接続ピラー５１４ｅは、別のトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続される。続いて、トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部５１４ｆ、５１４ｇを形成する。配線部５１４ｆは、接続ピラー５１４ｃ及び接続ピラー５１４ｄに電気的に接続される。配線部５１４ｇは、接続ピラー５１４ｅに電気的に接続される。続いて、層間絶縁膜５１４ｂの上に、層間絶縁膜５１４ｈを形成する。

図３０（ａ）及び図３０（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｈの上に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる層間絶縁膜５１４ｉを、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。続いて、層間絶縁膜５１４ｉの所定の位置に孔を形成し、導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて平坦化する。これにより、配線部５１４ｆに接続された接続ピラー５１４ｊと、配線部５１４ｇに接続された接続ピラー５１４ｋと、が形成される。

図３１（ａ）及び図３１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉの空洞部５７０となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層５１４ｌを埋め込む。犠牲層５１４ｌは、例えば、低温で成膜できる材料を用いて形成することができる。低温で成膜できる材料は、例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などである。

図３２（ａ）及び図３２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉ及び犠牲層５１４ｌの上に、膜部５６４（７０ｄ）となる絶縁膜５６１ｂｆを形成する。絶縁膜５６１ｂｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などを用いて形成することができる。絶縁膜５６１ｂｆに複数の孔を設け、複数の孔に導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａを形成する。接続ピラー５６１ｆａは、接続ピラー５１４ｋと電気的に接続され、接続ピラー５６２ｆａは、接続ピラー５１４ｊと電気的に接続される。

図３３（ａ）及び図３３（ｂ）に示すように、絶縁膜５６１ｂｆ、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａの上に、配線５５７となる導電層５６１ｆを形成する。

図３４（ａ）及び図３４（ｂ）に示すように、導電層５６１ｆの上に、積層膜５５０ｆを形成する。

図３５（ａ）及び図３５（ｂ）に示すように、積層膜５５０ｆを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層５６５となる絶縁膜５６５ｆを形成する。絶縁膜５６５ｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などを用いて形成することができる。

図３６（ａ）及び図３６（ｂ）に示すように、絶縁膜５６５ｆの一部を除去し、導電層５６１ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５７が形成される。このとき、導電層５６１ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆａに電気的に接続される接続ピラー５６２ｆｂとなる。さらに、この上に、絶縁層５６６となる絶縁膜５６６ｆを形成する。

図３７（ａ）及び図３７（ｂ）に示すように、絶縁膜５６６ｆに開口部５６６ｐを形成する。これにより、接続ピラー５６２ｆｂが露出する。

図３８（ａ）及び図３８（ｂ）に示すように、上面に、配線５５８となる導電層５６２ｆを形成する。導電層５６２ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。
図３９（ａ）及び図３９（ｂ）に示すように、導電層５６２ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５８が形成される。配線５５８は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。

図４０（ａ）及び図４０（ｂ）に示すように、絶縁膜５６６ｆに所定の形状の開口部５６６ｏを形成する。開口部５６６ｏを介して、絶縁膜５６１ｂｆを加工し、さらに開口部５６６ｏを介して、犠牲層５１４ｌを除去する。これにより、空洞部５７０が形成される。犠牲層５１４ｌの除去は、例えば、ウェットエッチング法を用いて行うことができる。

なお、固定部５６７をリング状とする場合には、例えば、空洞部５７０の上方における非空洞部の縁と、膜部５６４と、の間を絶縁膜で埋める。
以上の様にして圧力センサが形成される。

（第４の実施形態）
本実施形態は、上記の実施形態の圧力センサを用いたマイクロフォンに係る。
図４１は、第４の実施形態に係るマイクロフォンを例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るマイクロフォン３２０は、プリント基板３２１と、カバー３２３と、圧力センサ３１０と、を含む。プリント基板３２１は、例えばアンプなどの回路を含む。カバー３２３には、アコースティックホール３２５が設けられる。音３２９は、アコースティックホール３２５を通って、カバー３２３の内部に進入する。

圧力センサ３１０として、実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。

マイクロフォン３２０は、音圧に対して感応する。高感度な圧力センサ３１０を用いることにより、高感度なマイクロフォン３２０が得られる。例えば、圧力センサ３１０をプリント基板３２１の上に搭載し、電気信号線を設ける。圧力センサ３１０を覆うように、プリント基板３２１の上にカバー３２３を設ける。
本実施形態によれば、高感度なマイクロフォンを提供することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態は、上記の実施形態の圧力センサを用いた血圧センサに係る。
図４２（ａ）及び図４２（ｂ）は、第５の実施形態に係る血圧センサを例示する模式図である。
図４２（ａ）は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図４２（ｂ）は、図４２（ａ）のＨ１−Ｈ２線断面図である。

本実施形態においては、圧力センサ３１０は、血圧センサ３３０として応用される。この圧力センサ３１０には、実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。

これにより、小さいサイズの圧力センサで高感度な圧力検知が可能となる。圧力センサ３１０を動脈血管３３１の上の皮膚３３３に押し当てることで、血圧センサ３３０は、連続的に血圧測定を行うことができる。
本実施形態によれば、高感度な血圧センサを提供することができる。

（第６の実施形態）
本実施形態は、上記の実施形態の圧力センサを用いたタッチパネルに係る。
図４３は、第６の実施形態に係るタッチパネルを例示する模式図である。
本実施形態においては、圧力センサ３１０が、タッチパネル３４０として用いられる。この圧力センサ３１０には、実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。タッチパネル３４０においては、圧力センサ３１０が、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに搭載される。

例えば、タッチパネル３４０は、複数の第１配線３４６と、複数の第２配線３４７と、複数の圧力センサ３１０と、制御部３４１と、を含む。

この例では、複数の第１配線３４６は、Ｙ軸方向に沿って並ぶ。複数の第１配線３４６のそれぞれは、Ｘ軸方向に沿って延びる。複数の第２配線３４７は、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。複数の第２配線３４７のそれぞれは、Ｙ軸方向に沿って延びる。

複数の圧力センサ３１０のそれぞれは、複数の第１配線３４６と複数の第２配線３４７とのそれぞれの交差部に設けられる。圧力センサ３１０の１つは、検出のための検出要素３１０ｅの１つとなる。ここで、交差部は、第１配線３４６と第２配線３４７とが交差する位置及びその周辺の領域を含む。

複数の圧力センサ３１０のそれぞれの一端３１０ａは、複数の第１配線３４６のそれぞれと接続される。複数の圧力センサ３１０のそれぞれの他端３１０ｂは、複数の第２配線３４７のそれぞれと接続される。

制御部３４１は、複数の第１配線３４６と複数の第２配線３４７とに接続される。
例えば、制御部３４１は、複数の第１配線３４６に接続された第１配線用回路３４６ｄと、複数の第２配線３４７に接続された第２配線用回路３４７ｄと、第１配線用回路３４６ｄと第２配線用回路３４７ｄとに接続された制御回路３４５と、を含む。

圧力センサ３１０は、小型で高感度な圧力センシングが可能である。そのため、高精細なタッチパネルを実現することが可能である。

実施形態に係る圧力センサは、上記の応用の他に、気圧センサ、または、タイヤの空気圧センサなどのように、様々な圧力センサデバイスに応用することができる。

実施形態によれば、高感度の歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを提供することができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルに含まれる膜部、歪検知素子、第１磁性層、第２磁性層及び中間層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…第１磁性層、 １０ａ…第１磁化固定層、 １０ｂ…第２磁化固定層、 １０ｃ…磁気結合層、 １０ｌ…下地層、 １０ｍ…磁化、 １０ｐ…ピニング層、 １０ｓ…積層体、 ２０…第２磁性層、 ２０ｍ…磁化、 ２０ｐ…第１部分、 ２０ｑ…第２部分、 ２１ａ、２１ｂ、２１ｄ…磁性膜、 ２１ｃ、２１ｅ…非磁性膜、 ２５、２５ａ、２５ｘ…機能層、 ２６ｃ…キャップ層、 ２７…磁性層、 ３０…中間層、 ３５…絶縁層、 ３６…ハードバイアス層、 ５０、５１、５２ａ〜５２ｇ、５３、５４、５５ａ〜５５ｃ、５６…歪検知素子、 ６１…第１配線、 ６２…第２配線、 ７０…膜部、 ７０ｆ…薄膜、 ７０ｈ…貫通孔、 ７０ｒ…外縁、 ７０ｓ…支持部、 ７０ｕ…上面、 ７１…基板、 ７１ｈ…空洞部、 ７９…力、 ε…歪、 λ…磁歪定数、 １１０、１１６ａ〜１１６ｃ、３１０、…圧力センサ、 ３１０ａ…一端、 ３１０ｂ…他端、 ３１０ｅ…検出要素、 ３２０…マイクロフォン、 ３２１…プリント基板、 ３２３…カバー、 ３２５…アコースティックホール、 ３２９…音、 ３３０…血圧センサ、 ３３１…動脈血管、 ３３３…皮膚、 ３４０…タッチパネル、 ３４１…制御部、 ３４５…制御回路、 ３４６…第１配線、 ３４６ｄ…第１配線用回路、 ３４７…第２配線、 ３４７ｄ…第２配線回路、 ４１５…アンテナ、 ４１６…電気配線、 ４１７…送信回路、 ４１７ａ…コンバータ、 ４１７ｂ…マンチェスター符号化部、 ４１７ｃ…切替部、 ４１７ｄ…タイミングコントローラ、 ４１７ｅ…データ訂正部、 ４１７ｆ…同期部、 ４１７ｇ…判定部、 ４１７ｈ…電圧制御発振器、 ４１７ｒ…受信回路、 ４１８…受信部、 ４１８ａ…記憶部、 ４１８ｂ…中央演算部、 ４１８ｄ…電子機器、 ４３０…半導体回路部、 ４４０…圧力センサ、 ４５０…検知部、 ４６４…膜部、 ４６７…固定部、 ４７１…基部、 ５１２Ｄ…ドレイン、 ５１２Ｇ…ゲート、 ５１２Ｉ…素子分離絶縁層、 ５１２Ｍ…半導体層、 ５１２Ｓ…ソース、 ５１４ａ…層間絶縁膜、 ５１４ｂ…層間絶縁膜、 ５１４ｃ〜５１４ｅ…接続ピラー、 ５１４ｆ…配線部、 ５１４ｇ…配線部、 ５１４ｈ…層間絶縁膜、 ５１４ｉ…層間絶縁膜、 ５１４ｊ…接続ピラー、 ５１４ｋ…接続ピラー、 ５１４ｌ…犠牲層、 ５３１…半導体基板、 ５３２…トランジスタ、 ５５０…検知部、 ５５０ｆ…積層膜、 ５５７…配線、 ５５８…配線、 ５６１ｂｆ…絶縁膜、 ５６１ｆ…導電層、 ５６１ｆａ…接続ピラー、 ５６２ｆ…導電層、 ５６２ｆａ…接続ピラー、 ５６２ｆｂ…接続ピラー、 ５６４…膜部、 ５６５…絶縁層、 ５６５ｆ…絶縁膜、 ５６６…絶縁層、 ５６６ｆ…絶縁膜、 ５６６ｏ…開口部、 ５６６ｐ…開口部、 ５６７…固定部、 ５７０…空洞部、 ＡＡ…アニール後、 ＡＢ…アニール前、 Ｃ_Ｂ…ホウ素濃度、 Ｄｐ…深さ、 Ｅ１…第１電極、 Ｅ２…第２電極、 Ｈ…外部磁場、 Ｉｎｔ…強度、 Ｌ１、Ｌ２…線、 Ｐ１〜Ｐ６…点、 Ｒ…電気抵抗、 Ｓ０１〜Ｓ０４…第１〜第４試料、 Ｓｒ１、Ｓｒ２…試料、 ＳＴ０…無歪状態、 ＳＴｃ…圧縮状態、 ＳＴｔ…引張状態、 ｃｓ…圧縮応力、 ｔｓ…引張応力、 ２θ…回転角

Claims (20)

1. 変形可能な膜部の上に設けられる歪検知素子であって、
   非磁性層と、
   第１磁性層と、
   前記非磁性層と前記第１磁性層との間に設けられ前記非磁性層と接し、酸化物及び窒化物の少なくともいずれかを含む第１層と、
   前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられ前記膜部の変形に応じて磁化が可変の第２磁性層と、
   前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた中間層と、
   を備え、
   前記第２磁性層の少なくとも一部は、アモルファスでありホウ素を含む歪検知素子。
2. 前記第１層は、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、錫、カドミウム及びガリウムよりなる群から選択された少なくともいずれかの酸化物、及び、前記群から選択された少なくともいずれかの窒化物の少なくともいずれかを含む請求項１記載の歪検知素子。
3. 前記第１層は、マグネシウム、チタン、バナジウム、亜鉛、錫、カドミウム及びガリウムよりなる群から選択された少なくともいずれかの酸化物を含む請求項１記載の歪検知素子。
4. 前記第１層は、酸化マグネシウムを含む請求項１記載の歪検知素子。
5. 変形可能な膜部の上に設けられる歪検知素子であって、
   非磁性層と、
   第１磁性層と、
   前記非磁性層と前記第１磁性層との間に設けられ前記非磁性層と接し、マグネシウム、シリコン及びアルミニウムよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む第１層と、
   前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられ前記膜部の変形に応じて磁化が可変の第２磁性層と、
   前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた中間層と、
   を備え、
   前記第２磁性層の少なくとも一部は、アモルファスでありホウ素を含む歪検知素子。
6. 前記第１層の厚さは、１ナノメートル以上である請求項１〜５のいずれか１つに記載の歪検知素子。
7. 前記第２磁性層に含まれるホウ素の濃度は、５原子パーセント以上３５原子パーセント以下である請求項１〜５のいずれか１つに記載の歪検知素子。
8. 前記第２磁性層は、第１部分と、第２部分と、を含み、
   前記第１部分は、前記第２部分と前記中間層との間に設けられ、
   前記第１部分におけるホウ素の濃度は、前記第２部分におけるホウ素の濃度よりも低い請求項１〜７のいずれか１つに記載の歪検知素子。
9. 前記第２磁性層は、第１部分と、第２部分と、を含み、
   前記第１部分は、前記第２部分と前記中間層との間に設けられ、
   前記第１部分は、結晶性を有する請求項１〜８のいずれか１つに記載の歪検知素子。
10. 前記第２磁性層の磁歪定数は、１×１０^−５以上である請求項１〜９のいずれかつに記載の歪検知素子。
11. 前記第２磁性層の保磁力は、５エルステッド以下である請求項１〜１０に記載の歪検知素子。
12. 前記第１層の面積抵抗は、前記中間層の面積抵抗よりも低い請求項１〜１１に記載の歪検知素子。
13. 前記膜部と、
    請求項１〜１２のいずれか１つに記載の歪検知素子と、
    を備えた圧力センサ。
14. 前記歪検知素子は、複数設けられる請求項１３記載の圧力センサ。
15. 前記複数の歪検知素子のうちの少なくとも２つは、電気的に直列接続されている請求項１３記載の圧力センサ。
16. 前記電気的に直列接続された歪検知素子の端子間には、１Ｖ以上１０Ｖ以下の電圧が印加される請求項１５記載の圧力センサ。
17. 前記電気的に直列接続された歪検知素子の数は、６以上２００以下である請求項１５または１６に記載の圧力センサ。
18. 請求項１３〜１７のいずれか１つに記載の圧力センサを備えたマイクロフォン。
19. 請求項１３〜１７のいずれか１つに記載の圧力センサを備えた血圧センサ。
20. 請求項１３〜１７のいずれか１つに記載の圧力センサを備えたタッチパネル。