JP6747836B2 - 磁気センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサおよびその製造方法に関し、特に、垂直方向の磁界成分を水平方向に変換する軟磁性体を有する磁気センサおよびその磁気センサを品質ばらつき少なく製造する方法に関する。

磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、例えば携帯電話機やスマートフォン等のモバイル機器に組み込まれて、地磁気を検出するための地磁気センサとして用いることができる。地磁気センサは、水平面内において直交するＸ軸方向及びＹ軸方向と、水平面に直交する垂直方向（Ｚ軸方向）との磁界成分をそれぞれ検出することができるように構成されている。

特許文献１には、垂直方向の磁界成分を検出することができる磁気センサについて記載されている。しかしながら、特許文献１に記載される磁気センサは、垂直方向の磁界を水平方向の磁界に変換する軟磁性体のアスペクト比（高さ寸法／幅寸法）を１．５倍から４倍程度に大きくすることが必要であった。このため、外部から強磁界が印加された場合等、軟磁性体の磁化方向が高さ方向に向きやすくなり、また、軟磁性体の高さ方向に残留磁化が発生する。これにより軟磁性体の高さ方向におけるＢＨカーブのヒステリシスが増大し、磁気センサのオフセットの発生等によりセンサ感度が低下するという問題が生じる。

このような問題を解決しうる磁気センサとして、特許文献２には、基板に形成された磁気抵抗効果素子と、前記基板の前記磁気抵抗効果素子が形成された面から離れる方向に延出する１対の軟磁性体とを有し、前記基板の前記面内において直交する方向を第１の方向と第２の方向としたときに、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変化する自由磁性層とを有し、前記固定磁性層の磁化方向が前記第１の方向に向けられるとともに、１対の前記軟磁性体の下面側において、１対の前記軟磁性体の前記第１の方向の中心位置と前記磁気抵抗効果素子の前記第１の方向の中心位置とが重ならない位置に設けられており、１対の前記軟磁性体は、前記第１の方向に互いに離間して対向するとともに、１対の前記軟磁性体の下面側において接続されている磁気センサが記載されている。

特許文献２に記載される磁気センサによれば、１対の軟磁性体が設けられて、一方の軟磁性体の上面側から下面側を経由して他方の軟磁性体の上面側に至る磁路が形成される。よって、強い外部磁界が加えられた場合であっても、１対の軟磁性体の磁化方向が高さ方向に向きにくくなり、また、１対の軟磁性体の高さ方向に残留磁化が発生しにくくなることから、１対の軟磁性体のヒステリシスの増大を抑制できる。したがって、１対の軟磁性体により垂直方向の磁界成分を基板面内方向に変換するとともに、磁気センサのオフセットの発生等による感度の低下を抑制して良好なセンサ感度を得ることができる。

国際公開第２０１１／０６８１４６号 特開２０１５−２０３６４７号公報

特許文献２に記載される磁気センサは、上記のように、１対の軟磁性体の高さ方向に残留磁化が発生しにくくなるため、良好なセンサ感度を有することができる。しかしながら、後述するように、特許文献２に記載される磁気センサは、１対の軟磁性体と磁気抵抗効果素子との相対位置の変化が、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の強度に与える影響が大きい。このため、特許文献２に記載される磁気センサでは、各構成要素の形状精度や配置精度が十分に高めることが、この磁気センサの本来の機能を適切に発揮させるために求められることが明らかになった。

本発明は、特許文献２に記載される良好なセンサ感度を有する磁気センサが本来の機能を適切に発揮しやすくなるように、構造上の改善が行われた磁気センサを提供することを目的とする。また、本発明は、そのような構造上の改善が行われた磁気センサを製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために提供される、本発明は、一態様として、基板の一面である第１面の上に位置し、前記第１面の面内方向の一つである第１方向に沿った感度軸を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に対する相対位置が規定された最近位部を備え、前記磁気抵抗効果素子に対して非接触に設けられた位置決め用軟磁性体と、前記第１方向に沿って並置され、それぞれ前記第１面から離れる向きに延出する１対の軟磁性体とを備え、前記１対の軟磁性体は、前記位置決め用軟磁性体に磁気的に接続されてなることを特徴とする磁気センサである。

第１面の法線方向の磁界は、１対の軟磁性体を流れるように集磁されるともに流れ方向が変換されて、位置決め用軟磁性体から第１面の面内方向の磁界として磁気抵抗効果素子に印加される。上記の構成を有する磁気センサでは、この磁気抵抗効果素子に印加される磁界の強さは、特許文献２に記載される構造を備える磁気センサに比べて、１対の軟磁性体と磁気抵抗効果素子との相対位置の変化に影響されにくい。したがって、上記の構成を有する磁気センサは１対の軟磁性体の製造容易性に優れる。それゆえ、上記の構成を有する磁気センサは、低背化に対応し良好なセンサ感度を有し、しかも品質安定性が高い。

前記位置決め用軟磁性体の最近位部は前記第１面の法線方向に起立する直線状の面によって形成されてもよい。このような構成を有することにより、位置決め用軟磁性体の最近位部と磁気抵抗効果素子との相対位置を規定することが容易となる場合がある。

前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体は連結部を介して一体に形成され、該連結部の前記第１方向に沿って延びる幅よりも前記位置決め用軟磁性体の幅が大きくてもよい。このような構成を有することにより、１対の軟磁性体と位置決め用軟磁性体との相対位置の許容範囲を広げることが容易となって、製造容易性に優れる磁気センサが得られやすい。

前記第１面への投影面において、前記位置決め用磁性体の最近位部は、前記磁気抵抗効果素子に重なるように形成されていてもよい。このような構成を有することにより、磁気抵抗効果素子に印加される磁界を強くすることができる場合がある。

前記位置決め用軟磁性体は、前記第１面の法線方向の長さ、すなわち位置決め用軟磁性体の厚さが５μｍ以下であってもよい。このように位置決め用軟磁性体が比較的薄い形状を有することにより、位置決め用軟磁性体と最近位部との相対位置のばらつきを５０ｎｍ以下に抑えることが容易となる場合がある。

前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体は、前記第１面に対してそれぞれ前記第１方向に沿って互いに逆向きに傾斜していてもよいし、前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体の距離は、前記第１面から離間するにしたがって大きくなる構成であってもよい。こうした構成を有することにより、磁気センサの低背化とセンサ感度の向上とを両立させることが容易となる場合がある。

前記１対の軟磁性体と前記第１面との間に絶縁性の非磁性体が位置していてもよく、この場合において、前記１対の軟磁性体は、前記非磁性体の面の上に位置する軟磁性材料の堆積物を含んでいてもよい。本明細書において、「面の上に位置する」とは、面を構成する部材に直接的に接して位置する場合のみならず、当該面との間に介在部材（保護層、導体化処理により形成された層など）を挟んで位置する場合を含む。上記のような構成を備えることにより、磁気センサの製造容易性や形状精度が高まる場合がある。

前記位置決め用軟磁性体の最近位部は前記非磁性体によって覆われていてもよい。このような構成を備えることにより、最近位部と磁気抵抗効果素子との相対位置を規定することが容易となる場合がある。

前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体のそれぞれは、前記位置決め用軟磁性体に磁気的に接続される側とは反対側に、前記第１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体のそれぞれから前記第１方向に延びる延出部をさらに備えてもよい。延出部においても集磁することにより、磁気抵抗効果素子に印加される磁界を強めることができる場合がある。

前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の軟磁性体に近位な第１の磁気抵抗効果素子と、前記第２の軟磁性体に近位な第２の磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は、前記第１方向の一方に沿った向きに磁化が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化の向きが変化する自由磁性層とを有し、前記第１の磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層の磁化の向きと、前記第２の磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層の磁化の向きとは揃えられていてもよい。この場合において、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは直列に接続されてハーフブリッジ回路を構成してもよい。

さらに、上記の磁気センサは、前記ハーフブリッジ回路を２つ備え、前記２つのハーフブリッジ回路はフルブリッジ回路を構成してもよい。前記フルブリッジ回路に含まれる２つの前記第１の磁気抵抗効果素子および２つの前記第２の磁気抵抗効果素子は前記第１方向に並置されていてもよい。ここで、フルブリッジ回路に含まれる全ての磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化の向きが揃っている場合には、磁気センサの製造容易性が高くなる。

本発明は、他の一態様において、上記の非磁性体を備える磁気センサの製造方法であって、前記第１面の上に前記磁気抵抗効果素子を形成し、前記磁気抵抗効果素子を覆うように非磁性絶縁層を形成し、前記非磁性絶縁層の面の上に、前記最近位部を備える前記位置決め用軟磁性体を形成し、前記非磁性絶縁層の面の上に、前記位置決め用軟磁性体の前記最近位部を覆うとともに、前記位置決め用軟磁性体の前記第１面に対向する側とは反対側の面である第２面の少なくとも一部が露出するように、前記非磁性体を形成し、前記非磁性体の露出する面に対して導体化処理を行い、前記２面の前記非磁性層によって覆われていない部分の上および前記非磁性体の前記導体化処理された面の上にめっき層を形成して、前記めっき層を含んでなる前記１対の軟磁性体を得るとともに、前記１対の軟磁性体と前記位置決め用軟磁性体とを磁気的に接続することを特徴とする磁気センサの製造方法である。

このように、位置決め用軟磁性体と１対の軟磁性体とを異なる工程で製造することにより、位置決め用軟磁性体の最近位部と磁気抵抗効果素子との相対位置を適切に規定しつつ、１対の軟磁性体の製造容易性を高めることが可能となる。

前記非磁性体は、前記第２面における露出する部分を底面とし前記非磁性体からなる面を側面とする凹部が画成されるように形成され、前記凹部の前記側面は前記底面から離間する向きに広がるテーパー形状を含んでもよい。このような形状を有することにより、非磁性体からなる面の上に形成された１対の軟磁性体は、第１方向および第１面の法線方向を面内方向とする断面の形状をＶ字状にすることが容易となる。

本発明によれば、特許文献２に記載される磁気センサと同様に良好なセンサ感度を有する磁気センサが、その機能を適切に発揮しやすくなるような構造を有して提供される。また、本発明によれば、上記の良好なセンサ感度を有する磁気センサの製造方法も提供される。

第１の実施形態における磁気センサの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの断面図である。 第１の実施形態に係る磁気センサが取りうる一例の断面図である。 シミュレーションに用いた磁気センサの一つの断面図である。 シミュレーションに用いた磁気センサの一つの断面図である。 シミュレーションに用いた磁気センサの一つの断面図である。 シミュレーションに用いた比較用磁気センサの一つの断面図である。 シミュレーションに用いた比較用磁気センサの一つの断面図である。 シミュレーションに用いた比較用磁気センサの一つの断面図である。 第１の実施形態に係る磁気センサの一具体例の断面図である。 磁気センサを構成する磁気抵抗効果素子の平面図である。 図１１のＶ−Ｖ線で切断して矢印方向から見たときの磁気抵抗効果素子の部分拡大断面図である。 ２つの磁気抵抗効果素子により構成されるハーフブリッジ回路の回路図である。 第２の実施形態の磁気センサを示し、磁気抵抗効果素子の平面図である。 図１４のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの断面図である。 本実施形態のフルブリッジ回路の回路図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本発明の説明のために参照する図面の寸法は適宜変更して示している。

図１は、第１の実施形態における磁気センサの斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの断面図である。図３は、第１の実施形態の一変形例に係る磁気センサの断面図である。

本実施形態の磁気センサ１０は、例えば、垂直方向の磁界成分を検出するＺ軸磁気センサとして用いることができ、携帯電話機やスマートフォン等のモバイル機器に搭載される地磁気センサとして構成される。

図１に示すように、本実施形態の磁気センサ１０は、基板１５の一面である第１面１５Ａの上に形成された第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２と、磁界方向変換部３０とを有して構成される。図１および図２に示すように、磁界方向変換部３０は１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）と底部軟磁性体４０とを有しており、第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とは、いずれも第１面１５Ａから離れる方向に延出して設けられている。また、第１面１５Ａの面内において直交する方向をＸ１−Ｘ２方向（第１方向）とＹ１−Ｙ２方向（第２方向）としたときに、第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とはＹ１−Ｙ２方向（第２方向）に延出して形成されている。

基板１５の第１面１５Ａに対して、第１の軟磁性体３５はＸ１−Ｘ２方向（第１方向）Ｘ１側に傾斜しており、第２の軟磁性体３６は、第１の軟磁性体３５と反対方向のＸ１−Ｘ２方向（第１方向）Ｘ２側に傾斜している。よって、第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とは、第１の軟磁性体３５と前記第２の軟磁性体３６との距離が第１面１５Ａから離間するにしたがって大きくなるように、断面がＶ字状に形成されている。第１の軟磁性体３５の第１面１５Ａに対する傾斜角度および第２の軟磁性体３６の第１面１５Ａに対する傾斜角度は任意である。これらの傾斜角度は４５°以上であることが好ましく、５０°以上であることがより好ましい。これらの傾斜角度は、実質的に９０°であってもよい。この場合には、磁界方向変換部３０の断面形状はＵ字状となる。

磁界方向変換部３０が有する底部軟磁性体４０は、第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とを一体に連結する連結部４０ａと、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６と第１面１５Ａとの間に位置して、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６のそれぞれに磁気的に接続される位置決め用軟磁性体４０ｂとを備える。なお、本明細書において、「磁気的に接続される」とは、透磁率が同等である複数の部材が実質的に隙間なく配置され、部材外に漏れ出す磁界を実質的に無視しうる状態をいう。この状態を実現できる限り、磁気的に接続される接続される２つの部材間に他の部材が介在していてもよい。

本実施形態の磁気センサ１０の位置決め用軟磁性体４０ｂは、第１の磁気抵抗効果素子２１に対して非接触に設けられている。具体的には、図２に示されるように、位置決め用軟磁性体４０ｂと第１の磁気抵抗効果素子２１との間に非磁性絶縁層１６が介在する。位置決め用軟磁性体４０ｂの第１の磁気抵抗効果素子２１に対する最近位部（第１最近位部）４０Ｅ１は、第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置が規定されている。この相対位置の好ましい一例として、第１面１５Ａへの投影面において、第１最近位部４０Ｅ１は、第１の磁気抵抗効果素子２１に重なるように形成されている。第１最近位部４０Ｅ１は、位置決め用軟磁性体４０ｂにおける第１面１５Ａの法線方向に起立する直線状の面の一つ（図２ではＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側の面）４０Ｓ１によって形成される。

位置決め用軟磁性体４０ｂは、第２の磁気抵抗効果素子２２に対しても非接触に設けられている。具体的には、位置決め用軟磁性体４０ｂと第２の磁気抵抗効果素子２２との間も非磁性絶縁層１６が介在する。位置決め用軟磁性体４０ｂの第２の磁気抵抗効果素子２２に対する最近位部（第２最近位部）４０Ｅ２は、第２の磁気抵抗効果素子２２との相対位置が規定されている。具体的には、第１面１５Ａへの投影面において、位置決め用磁性体４０ｂの第２最近位部４０Ｅ２は、第２の磁気抵抗効果素子２２に重なるように形成されている。第２最近位部４０Ｅ２は、位置決め用軟磁性体４０ｂにおける第１面１５Ａの法線方向に起立する直線状の面の他の一つ（図２ではＸ１−Ｘ２方向Ｘ２側の面）４０Ｓ２によって形成される。本実施形態の磁気センサ１０において、上記の面４０Ｓ１と面４０Ｓ２とは位置決め用軟磁性体４０ｂにおける対向する二面である。

前述のように、磁界方向変換部３０が有する第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とは、連結部４０ａを介して一体に形成される。この連結部４０ａの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿って延びる幅Ｗａよりも、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿って延びる幅Ｗｂが大きい。磁気センサ１０は、このような構成を有することにより、製造容易性を高めることができる。この点に関しては図３を用いて後述する。

第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６のそれぞれの第１面１５Ａ側とは反対側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）には、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６のそれぞれから第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に延びる第１延出部３７および第２延出部３７をさらに備える。具体的には、第１延出部３７は第１の軟磁性体３５から連続してＸ１−Ｘ２方向（第１方向）Ｘ１側に延び、第２延出部３８は第２の軟磁性体３６から連続してＸ１−Ｘ２方向（第１方向）Ｘ２側に延びる。このように、延出部３７、３８を設けることにより、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６のＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側の平面積を、第１の延出部３７および第２の延出部３８を設けた分だけ大きくすることができ、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６を厚く形成することなく、効果的に垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分５１を集磁することができる。

図２に示すように、基板１５の第１面１５Ａに対して垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）に外部磁界が印加された場合に、垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分５１は、磁界方向変換部３０の第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とに集磁される。第１延出部３７および第２延出部３８に流れ込んだ垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分５１も、それぞれ、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６の内部を流れる。

こうして第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６の内部を流れた垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分５１は、磁界方向変換部３０の位置決め用軟磁性体４０ｂ側から流出する磁界が水平方向（基板１５の面内方向）に変換される。第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２は磁界方向変換部３０と第１面１５Ａとの間に配置されているため、水平方向に変換された磁界成分は、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２にそれぞれ印加される。ここで、前述のように、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１は第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置が規定され、第２最近位部４０Ｅ２は第２の磁気抵抗効果素子２２との相対位置が規定されている。これらの相対位置が規定されていることにより、磁界方向変換部３０の第１面１５Ａ側から流出した磁界の、第１の磁気抵抗効果素子２１への印加および第２の磁気抵抗効果素子２２への印加を安定化することが可能となる。

この点について図３を用いて具体的に説明する。図３は、第１の実施形態に係る磁気センサが取りうる一例の断面図である。本例に係る磁気センサ１０Ａは、前述の磁気センサ１０との対比で、磁界方向変換部３０における第１の軟磁性体３５、連結部４０ａおよび第２の軟磁性体３６からなる部分が、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ１側に寄っている。しかしながら、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１と第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置および位置決め用軟磁性体４０ｂの第２最近位部４０Ｅ２と第２の磁気抵抗効果素子２２との相対位置について、図１に示される磁気センサ１０と図３に示される磁気センサ１０Ａとは共通する。

次に説明するように、磁界方向変換部３０と第１面１５Ａとの間に配置される磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１、第２の磁気抵抗効果素子２２）と位置決め用軟磁性体４０ｂの最近位部（第１最近位部４０Ｅ１、第２最近位部４０Ｅ２）との相対位置の変化が磁気抵抗効果素子に印加される磁界に与える影響は、磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１、第２の磁気抵抗効果素子２２）と第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６との相対位置の変化が磁気抵抗効果素子に印加される磁界に与える影響よりも顕著である。

図４は、シミュレーションに用いた磁気センサの一つ（標準配置品）の断面図である。磁気センサ１１Ａは、磁気センサ１０と同様の構造を有する。すなわち、第１面１５Ａの上に設けられた第１の磁気抵抗効果素子２１は第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿った感度軸を有する。

底部軟磁性体４０の一部である位置決め用軟磁性体４０ｂは、第１の磁気抵抗効果素子２１の上方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に、第１の磁気抵抗効果素子２１に対して非接触に位置する。位置決め用軟磁性体４０ｂにおいて第１の磁気抵抗効果素子２１に対して第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）で最も近位に位置する第１最近位部４０Ｅ１は、第１の磁気抵抗効果素子２１に対する相対位置が規定されている。具体的には、第１面１５Ａへの投影において、第１最近位部４０Ｅ１は、第１の磁気抵抗効果素子２１に重なるように形成されている。より具体的には、第１最近位部４０Ｅ１は第１面１５Ａの法線方向に起立する直線状の面４０Ｓ１によって形成され、この面４０Ｓ１の第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の位置は、第１の磁気抵抗効果素子２１の第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置２１Ｃと重なるように設定されている。

１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）は、第１面１５Ａから離れる向きに延出し、第１面１５Ａの面内方向の一つである第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿って並置される。１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）は、底部軟磁性体４０の一部である連結部４０ａを介して一体であって、位置決め用軟磁性体４０ｂに磁気的に接続されている。

第１延出部３７は、第１の軟磁性体３５の位置決め用軟磁性体４０ｂに磁気的に接続される側とは反対側に、第１の軟磁性体３５から第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）Ｘ１側に延びている。第２延出部３８は、第２の軟磁性体３６の位置決め用軟磁性体４０ｂに磁気的に接続される側とは反対側に、第２の軟磁性体３６から第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）Ｘ２側に延びている。

磁気センサ１１Ａでは、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置４０Ｃと１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）の第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置３０Ｃとが重なるように設定されている。

図４には各部の寸法等が示されている。寸法を表す数値の単位はμｍである。位置決め用軟磁性体４０ｂの厚さ（Ｚ１−Ｚ２方向の長さ）は１μｍである。位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１と第１面１５ＡとのＺ１−Ｚ２方向の距離は、０．３μｍである。位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１と位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置４０Ｃとの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の距離は１．５μｍである。位置決め用軟磁性体４０ｂの第１面１５Ａに対向する側とは反対側の面（第２面）４０Ｓに対する１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）の傾斜角（０〜９０°の範囲で規定される角度とする。以下同じ。）は５６°である。延出部（第１延出部３７および第２延出部３８）の第１面１５Ａに対向する面と第２面４０Ｓとの間のＺ１−Ｚ２方向の距離は５μｍである。１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）、連結部４０ａおよび延出部（第１延出部３７および第２延出部３８）の第１面１５Ａに対向する側の面からその反対側の面までの厚さは１μｍである。

図５は、シミュレーションに用いた磁気センサの一つ（第１のオフセット品）の断面図である。図５に示される磁気センサ１１Ｂは、図４に示される磁気センサ１１Ａとの対比で、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１と第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置は共通する。しかしながら、位置決め用軟磁性体４０ｂと、１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）との第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の相対位置が異なっている。具体的には、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置４０Ｃよりも、１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）の第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置３０Ｃが第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）Ｘ２側に１μｍ寄っている。

図６は、シミュレーションに用いた磁気センサの一つ（第２のオフセット品）の断面図である。図６に示される磁気センサ１１Ｃは、図４に示される磁気センサ１１Ａとの対比で、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１と第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置は共通する。しかしながら、位置決め用軟磁性体４０ｂと、１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）との第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の相対位置が異なっている。具体的には、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置４０Ｃよりも、１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）の第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置３０Ｃが第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）Ｘ１側に１μｍ寄っている。

図７は、シミュレーションに用いた比較用磁気センサの一つ（標準配置品）の断面図である。図７に示される比較用磁気センサ１１１Ａは、特許文献２に記載される構造を有する。すなわち、磁気抵抗効果素子１２１は、基準面１１５Ａの上に形成される。１対の軟磁性体１３５，１３６は、基準面１１５Ａから離れる方向に延出する。磁気抵抗効果素子１２１は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化の向きが変化する自由磁性層とを有し、固定磁性層の磁化の向きがＸ１−Ｘ２方向に沿うように設定されるとともに、１対の軟磁性体１３５，１３６の下面側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）において、１対の軟磁性体１３５，１３６のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１３０Ｃと磁気抵抗効果素子１２１のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１２１Ｃとが重ならない位置に設けられている。１対の軟磁性体１３５，１３６は、Ｘ１−Ｘ２方向に互いに離間して対向するとともに、１対の軟磁性体１３５，１３６の下面側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）において接続されている。この接続部により磁界方向変換部１３０の底部１４０は構成される。１対の軟磁性体１３５，１３６の上面側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）には、１対の軟磁性体１３５，１３６のそれぞれから連続してＸ１−Ｘ２方向に延びる延出部１３７，１３８が設けられている。

図７に示される比較用磁気センサ１１１Ａでは、底部１４０における磁気抵抗効果素子１２１に最も近位な部分である最近位部１４０Ｅ１のＸ１−Ｘ２方向の位置が、磁気抵抗効果素子１２１のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１２１Ｃと重なるように設定されている。

図７には各部の寸法等が示されている。寸法を表す数値の単位はμｍである。底部１４０の厚さ（Ｚ１−Ｚ２方向の長さ）は１μｍである。最近位部１４０Ｅ１と基準面１１５ＡとのＺ１−Ｚ２方向の距離は、０．３μｍである。最近位部１４０Ｅ１と１対の軟磁性体１３５，１３６のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１３０ＣとのＸ１−Ｘ２方向の距離は１．５μｍである。底部１４０の基準面１１５Ａに対向する側とは反対側の面に対する１対の軟磁性体１３５，１３６の傾斜角は５６°である。底部１４０の基準面１１５Ａに対向する側とは反対側の面と、延出部１３７，１３８の基準面１１５Ａに対向する面との間のＺ１−Ｚ２方向の距離は５μｍである。１対の軟磁性体１３５，１３６および延出部１３７，１３８の基準面１１５Ａに対向する側の面からその反対側の面までの厚さは１μｍである。

図８は、シミュレーションに用いた比較用磁気センサの一つ（第１のオフセット品）の断面図である。図８に示される比較用磁気センサ１１１Ｂは、図７に示される比較用磁気センサ１１１Ａとの対比で、底部１４０の最近位部１４０Ｅ１と１対の軟磁性体１３５，１３６とのＸ１−Ｘ２方向の相対位置が異なっている。具体的には、図７に示される比較用磁気センサ１１１Ａでは、最近位部１４０Ｅ１のＸ１−Ｘ２方向の位置は磁気抵抗効果素子１２１のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１２１Ｃと重なるように設定されているが、図８に示される比較用磁気センサ１１１Ｂでは、最近位部１４０Ｅ１のＸ１−Ｘ２方向の位置は、磁気抵抗効果素子１２１のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１２１ＣよりもＸ１−Ｘ２方向Ｘ２側に１μｍ寄っている。

図９は、シミュレーションに用いた比較用磁気センサの一つ（第１のオフセット品）の断面図である。図９に示される比較用磁気センサ１１１Ｃは、図７に示される比較用磁気センサ１１１Ａとの対比で、底部１４０の最近位部１４０Ｅ１と１対の軟磁性体１３５，１３６とのＸ１−Ｘ２方向の相対位置が異なっている。具体的には、図７に示される比較用磁気センサ１１１Ａでは、最近位部１４０Ｅ１のＸ１−Ｘ２方向の位置は磁気抵抗効果素子１２１のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１２１Ｃと重なるように設定されているが、図９に示される比較用磁気センサ１１１Ｃでは、最近位部１４０Ｅ１のＸ１−Ｘ２方向の位置は、磁気抵抗効果素子１２１のＸ１−Ｘ２方向の中心位置１２１ＣよりもＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側に１μｍ寄っている。

図４から９に示される磁気センサ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃおよび比較用磁気センサ１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃに対してＺ１−Ｚ２方向に磁界を印加したときに、第１の磁気抵抗効果素子２１および磁気抵抗効果素子１２１の感度軸方向であるＸ１−Ｘ２方向にどの程度磁界が印加されるかについて、シミュレーションを行った。その結果を表１および表２に示す。

表１は、磁気センサ１１Ａ（標準品）、磁気センサ１１Ｂ（第１のオフセット品）、磁気センサ１１Ｃ（第２のオフセット品）の感度軸方向の磁界のシミュレーション結果であり、表２は、比較用磁気センサ１１１Ａ（標準品）、比較用磁気センサ１１１Ｂ（第１のオフセット品）、比較用磁気センサ１１１Ｃ（第２のオフセット品）の感度軸方向の磁界のシミュレーション結果である。表１における入力磁界とは、Ｚ１−Ｚ２方向に印加された磁界を意味する。

表１および表２に示されるように、磁気センサ１１Ｂ（第１のオフセット品）および磁気センサ１１Ｃ（第２のオフセット品）と磁気センサ１１Ａ（標準品）との差異は、比較用磁気センサ１１１Ｂ（第１のオフセット品）および比較用磁気センサ１１１Ｃ（第２のオフセット品）と比較用磁気センサ１１１Ａ（標準品）との差異に比べて少なかった。この点について確認するために、表１および表２の結果に基づいて、オフセット品の感度軸方向磁界Ｔ_１の標準品の感度軸方向磁界Ｔ_０に対する変化率Ｒ（単位：％）を下記式に基づき算出した。その結果を表３および表４に示す。
Ｒ＝（Ｔ_１−Ｔ_０）／Ｔ_０×１００

表３および表４から、本実施形態の磁気センサ１０のように位置決め用軟磁性体４０ｂを備える磁気センサにおいて１対の軟磁性体と磁気抵抗効果素子との相対位置が変化したときに磁気抵抗効果素子において検出される磁界が受ける影響は、特許文献２に記載される磁気センサのように位置決め用軟磁性体４０ｂを備えない磁気センサにおける上記の影響よりも格段に小さくなっていることが理解される。

このように、磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１、第２の磁気抵抗効果素子２２）と位置決め用軟磁性体４０ｂの最近位部（第１最近位部４０Ｅ１、第２最近位部４０Ｅ２）との相対位置が適切に規定されていれば、磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１、第２の磁気抵抗効果素子２２）と第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６との相対位置が変化しても、垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界は、磁界方向変換部３０を通過して水平方向（第１面１５Ａの面内方向）に変換され、磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１、第２の磁気抵抗効果素子２２）により適切に計測することができる。

本実施形態に係る磁気センサ１０，１０Ａは、磁界方向変換部３０が第１面１５Ａから離れる向きに延出する第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６を有することにより、垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界を測定することが実現され、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６のそれぞれが底部軟磁性体４０と磁気的に接続されることにより、優れたセンサ感度を有することが実現されている。ここで、Ｖ字状の断面形状を有する磁界方向変換部３０を形状精度高く製造することは容易でない。そこで、本実施形態に係る磁気センサ１０，１０Ａは、上記のように、センサ感度に特に影響を与える部分（位置決め用軟磁性体４０ｂ）については比較的製造容易な形状（例えば第１面１５Ａに沿った平板状の形状）として形状精度高く製造し、位置決め用軟磁性体４０ｂ以外の部分、特に立体的な形状を有する第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６については、位置決め用軟磁性体４０ｂに磁気的に接続する部材として、これらの部分の形状や位置決め用軟磁性体４０ｂに対する位置のばらつきがセンサ感度に与える影響を抑制するように構成されている。

位置決め用軟磁性体４０ｂの具体的な形状については、上記のように形状精度高く形成できる限り、限定されない。通常の半導体製造プロセスを用いて位置決め用軟磁性体４０ｂを製造する場合であれば、位置決め用軟磁性体４０ｂの厚さ（第１面１５Ａの法線方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の長さ）Ｈｂを５μｍ以下とすることにより、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１および第２最近位部４０Ｅ２の位置ばらつきを５０ｎｍ以下に抑えることが容易となる。位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１および第２最近位部４０Ｅ２の位置ばらつきをより安定的に低減させる観点から、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿って延びる幅Ｗｂの位置決め用軟磁性体４０ｂの厚さＨｂ（第１面の法線方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の長さ）に対する比（アスペクト比）を、１以上とすることが好ましい場合があり、３以上とすることがより好ましい場合がある。

本実施形態において、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＴｉ、ＣｏＺｒＮｂから選ばれた少なくとも１つの材料が含まれる軟磁性材料から形成される。また、底部軟磁性体４０（連結部４０ａおよび位置決め用軟磁性体４０ｂ）ならびに第１延出部３７および第２延出部３８は、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６と同じ材料が用いられている。本実施形態に係る磁気センサ１０，１０Ａでは、連結部４０ａならびに第１延出部３７および第２延出部３８は、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６と連続して形成され、位置決め用軟磁性体４０ｂは、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６に対して磁気的に接続されている。

図１０は、第１の実施形態に係る磁気センサの一具体例の断面図である。上記の本実施形態に係る磁気センサ１０，１０Ａでは、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６と第１面１５Ａとの間であって位置決め用軟磁性体４０ｂの周囲の領域には、特段の部材が設けられていない。このため、第１最近位部４０Ｅ１を形成する面４０Ｓ１および第２最近位部４０Ｅ２を形成する面４０Ｓ２は露出した状態にあるが、これに限定されない。例えば、図１０に示されるように、この領域に絶縁性の非磁性体が位置していてもよい。

図１０に示される磁気センサ１０Ｂは、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６と第１面１５Ａとの間であって位置決め用軟磁性体４０ｂの周囲の領域に、絶縁性の非磁性体１４が位置している。具体的には、非磁性体１４は、非磁性絶縁層１６、位置決め用軟磁性体４０ｂ、第１の軟磁性体３５、第２の軟磁性体３６、第１延出部３７および第２延出部３８に接するように位置する。

このように非磁性体１４が位置することにより、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６の製造容易性が高くなって、これらの形状精度を高めることが容易となる。具体的には、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６は、それぞれ、非磁性体１４の第１面１５Ａに対向する側とは反対側の面の上に位置する軟磁性材料の堆積物を含むようにすればよい。非磁性体１４の第１面１５Ａに対向する側とは反対側の面の形状を変更することによって、その上に形成される第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６の形状を制御することができる。軟磁性材料の堆積物として、めっき、塗布などの湿式堆積技術による堆積物、ＰＶＤ、ＣＶＤなどの乾式堆積技術による堆積物などが例示される。

図１０に示される磁気センサ１０Ｂでは、位置決め用軟磁性体４０ｂの最近位部（第１最近位部４０Ｅ１、第２最近位部４０Ｅ２）が非磁性体１４によって覆われている。このように非磁性体１４が位置することにより、位置決め用軟磁性体４０ｂの最近位部（第１最近位部４０Ｅ１、第２最近位部４０Ｅ２）と磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２）との相対位置をより安定的に規定することが可能となる場合がある。

図１１は、第１の実施形態の他の一変形例に係る磁気センサの断面図である。図１２は、図１１のＶ−Ｖ線で切断して矢印方向から見たときの磁気抵抗効果素子の部分拡大断面図である。

本実施形態において、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２としてＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が用いられる。図１２に示すように、第１の磁気抵抗効果素子２１は、膜面内に印加される外部磁界を検出することができる磁気抵抗効果膜４３を有して構成される。磁気抵抗効果膜４３は、絶縁膜４２およびシード層４９を介してシリコン基板４１の面の上に形成されている。磁気抵抗効果膜４３は、磁化の向きが固定された固定磁性層４５と、外部磁界により磁化の向きが変化する自由磁性層４７とを有し、図１２に示すように、固定磁性層４５、非磁性層４６、および自由磁性層４７の順に積層されて、自由磁性層４７の表面が保護膜４８で覆われて構成されている。なお、図１２では第１の磁気抵抗効果素子２１について示しているが、他の磁気抵抗効果素子（第２の磁気抵抗効果素子２２など）においても同様の構成である。

本実施形態において、固定磁性層４５は第１の固定磁性層４５ｃ／非磁性結合層４５ｅ／第２の固定磁性層４５ｄからなる、いわゆるセルフピン型の積層構成となっている。第１の固定磁性層４５ｃがシード層４９と接しており、また、第２の固定磁性層４５ｄが非磁性層４６と接する。第１の固定磁性層４５ｃの磁化と第２の固定磁性層４５ｄの磁化とは、導電電子による間接的な交換相互作用（ＲＫＫＹ的相互作用）により１８０°異なる向き（図１２中、符号４５ａおよび４５ｂで示される。）に設定されている。非磁性層４６を挟む自由磁性層４７の磁化の向きと第２の固定磁性層４５ｄの磁化の向きとの相対関係が磁気抵抗効果に寄与するため、第２の固定磁性層４５ｄの磁化の向きが、図１１に示す固定磁性層の磁化の向き４５ａとなる。

本実施形態において、絶縁膜４２はシリコン基板４１を熱酸化したシリコン酸化膜であり、スパッタ法等で成膜したアルミナ膜、酸化膜等であってもよい。固定磁性層４５の第１の固定磁性層４５ｃと第２の固定磁性層４５ｄは、ＣｏＦｅ合金（コバルト鉄合金）などの軟磁性材料等で形成されている。非磁性結合層４５ｅは導電性のＲｕ等が用いられる。非磁性層４６は、Ｃｕ（銅）等である。自由磁性層４７は、保磁力が小さく透磁率が大きいＮｉＦｅ合金（ニッケル鉄合金）などの軟磁性材料が用いられる。また、本実施形態において自由磁性層４７を単層で示しているが、例えばＮｉＦｅ層とＣｏＦｅ層とを積層した構成とすることも可能である。保護膜４８は、Ｔａ（タンタル）等である。

図１１に示すように、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２は、それぞれＹ１−Ｙ２方向に細長く延びる平面矩形状に形成されており、Ｘ１−Ｘ２方向において互いに間隔を設けて配置されている。図１１には、固定磁性層の磁化の向き４５ａと、自由磁性層の磁化の向き４７ａとをそれぞれ矢印で模式的に示している。第１の磁気抵抗効果素子２１の固定磁性層の磁化の向き４５ａと、第２の磁気抵抗効果素子２２の固定磁性層の磁化の向き４５ａとは揃えられている。図１１では、一具体例として、延出方向（第１面１５Ａの法線方向）に対して直交する方向のうち、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側の向きに揃えられている。また、自由磁性層の磁化の向き４７ａは、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２のそれぞれの形状異方性により延出方向（Ｙ１−Ｙ２方向）で互いに同じ向き（例えばＹ１側）に向けられている。固定磁性層の磁化の向き４５ａと自由磁性層の磁化の向き４７ａとは、それぞれ第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２の面内に向けられており、外部磁界が印加されていない状態において互いに直交するように設定されている。

固定磁性層の磁化の向き（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側）４５ａに沿った向きに外部磁界が印加された場合には、自由磁性層の磁化の向き４７ａが、外部磁界の向き（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側）に揃うように変動して固定磁性層の磁化の向き４５ａと平行に近づき、電気抵抗値が低下する。

一方、固定磁性層の磁化の向き（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側）４５ａとは反対向き（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ１側）に外部磁界が印加された場合には、自由磁性層の磁化の向き４７ａが、外部磁界の向き（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ１側）に揃うように変動して固定磁性層の磁化の向き４５ａと反平行に近づき、電気抵抗値が増大する。

図１１に示すように、第１の磁気抵抗効果素子２１と第２の磁気抵抗効果素子２２とは、例えばＣｕ等の非磁性材料を用いて形成された配線部２５によりＹ１−Ｙ２方向Ｙ１側において接続されている。また、第１の磁気抵抗効果素子２１と第２の磁気抵抗効果素子２２のＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側は、配線部２５を介して外部回路等に接続される。

図１３は、２つの磁気抵抗効果素子により構成されるハーフブリッジ回路の回路図を示す。図１３に示すように、第１の磁気抵抗効果素子２１と第２の磁気抵抗効果素子２２とは、入力端子（Ｖ_ｄｄ）とグラウンド端子（ＧＮＤ）との間で直列接続されてハーフブリッジ回路２７を構成している。そして、第１の磁気抵抗効果素子２１と第２の磁気抵抗効果素子２２との間の中点電位（Ｖ_１）が、差動増幅器５４により増幅されて、磁気センサ１０の出力信号として外部回路（図示しない）に出力される。

前述のように、本実施形態に係る磁気センサ１０において、磁界方向変換部３０に集磁された垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分５１は、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６を通過し、底部軟磁性体４０側から流出して基板１５の第１面１５Ａの面内方向（水平方向）に変換される。そして、図２に示すように、変換された磁界は、第１の磁気抵抗効果素子２１にはＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側の向きに印加され、第２の磁気抵抗効果素子２２にはＸ１−Ｘ２方向Ｘ２側の向きに印加され、互いに逆向きに作用する。

よって、図１１に示す第１の磁気抵抗効果素子２１の自由磁性層の磁化の向き４７ａは、電気抵抗値が増大する方向に向けられ、第２の磁気抵抗効果素子２２の自由磁性層の磁化の向き４７ａは、電気抵抗値が減少する方向に向けられる。したがって、図１３に示すハーフブリッジ回路２７の中点電位（Ｖ_１）が変化し、これにより、垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分５１を検出することができる。

本実施形態に係る磁気センサ１０は２つの磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１、第２の磁気抵抗効果素子２２）を備えるが、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子の数は限定されない。本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子の数は１つであってもよい。この場合の構造の具体的な一例として、磁気センサ１０が第２の磁気抵抗効果素子２２を備えない場合の構造が挙げられる。

本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子の数が３以上である場合の具体例として、磁気センサがハーフブリッジ回路２７を２つ備え、これらの２つのハーフブリッジ回路２７がフルブリッジ回路を構成する場合が挙げられる。以下、このような磁気センサを本発明の第２の実施形態に係る磁気センサとして、説明する。

図１４は、第２の実施形態の磁気センサを示し、磁気センサを構成する磁気抵抗効果素子の平面図である。図１５は、図１４のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの断面図である。また、図１６は、４つの磁気抵抗効果素子により構成されるフルブリッジ回路の回路図である。

本実施形態の磁気センサ１３は、１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）が複数（具体的には２対）設けられている点が異なっている。図１５に示すように、第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とが交互にＸ１−Ｘ２方向に連続して形成されている。隣り合う第１の軟磁性体３５と第２の軟磁性体３６とは、第１面１５Ａに近位側において底部軟磁性体４０により接続されて、また、第１面に遠位側において延出部３９により接続されており、底部軟磁性体４０と延出部３９とは、Ｘ１−Ｘ２方向において交互に設けられている。複数の第１の軟磁性体３５と複数の第２の軟磁性体３６とがＸ１−Ｘ２方向に繋がって形成されて１つの磁界方向変換部３２を構成している。

図１５に示すように、複数の第１の軟磁性体３５および複数の第２の軟磁性体３６の第１面１５Ａに近位側にそれぞれ磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１，２３および第２の磁気抵抗効果素子２２，２４）が配置されている。図１４に示すように、４つの磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１，２３および第２の磁気抵抗効果素子２２，２４）のそれぞれの固定磁性層の磁化の向き４５ａはいずれも同一の向き（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側）に向けられている。また、外部磁界が印加されていない状態において、自由磁性層の磁化の向き４７ａは、形状異方性により磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１，２３および第２の磁気抵抗効果素子２２，２４）の延出方向（Ｙ１−Ｙ２方向）のＹ１側に向けられている。

本実施形態において、図１６に示すように、４つの磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１，２３および第２の磁気抵抗効果素子２２，２４）によりフルブリッジ回路２９が構成されている。第１の磁気抵抗効果素子２１と第２の磁気抵抗効果素子２２とが直列接続されたハーフブリッジ回路２７から中点電位（Ｖ_１）が出力され、第１の磁気抵抗効果素子２３と第２の磁気抵抗効果素子２４とが直列接続されたハーフブリッジ回路２８から中点電位（Ｖ_２）が出力される。入力端子（Ｖ_ｄｄ）とグラウンド端子（ＧＮＤ）との間で、ハーフブリッジ回路２７とハーフブリッジ回路２８とが並列接続されてフルブリッジ回路２９を構成する。図１６に示すように、中点電位（Ｖ_１）と中点電位（Ｖ_２）との差分が差動増幅器５４により増幅されてセンサ出力（Ｖ_ｏｕｔ）として出力される。なお、本実施形態では、フルブリッジ回路２９は４つの磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１，２３および第２の磁気抵抗効果素子２２，２４）から構成されているが、これに限定されず、出力を大きくするためにより多数の磁気抵抗効果素子を用いることもできる。

このように、フルブリッジ回路２９を構成することにより、４つの磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１，２３および第２の磁気抵抗効果素子２２，２４）のそれぞれについて水平方向（第１面１５Ａの面内方向）の磁界成分に起因する抵抗変化が同じになるため、フルブリッジ回路２９からセンサ出力として出力されず、垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分による抵抗変化のみが出力される。

また、図９に示すように複数の複数の第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６を連続して設けた場合であっても、Ｚ１−Ｚ２方向における残留磁化の発生を抑制することができ、センサ出力のオフセット等によるセンサ感度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態において、複数の第１の軟磁性体３５および複数の第２の軟磁性体３６を連続して設けていることから、水平方向の磁界成分（Ｘ１−Ｘ２方向の磁界成分およびＹ１−Ｙ２方向の磁界成分）が、連続する第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６に効果的に集められる。したがって、水平方向の磁界成分（Ｘ１−Ｘ２方向の磁界成分およびＹ１−Ｙ２方向の磁界成分）が各磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加されることを抑制して、垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分５１を確実に検出することができるため、センサ感度を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態に係る磁気センサの製造方法は限定されない。前述のように、磁界方向変換部３０において、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６と位置決め用軟磁性体４０ｂとは磁気的に接続されていればよいため、これらを別部材として製造することができる。そのように製造することにより、磁界方向変換部３０の製造が容易となり、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１近位端部４０Ｅ１と第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置および位置決め用軟磁性体４０ｂの第２近位端部４０Ｅ２と第２の磁気抵抗効果素子２２との相対位置を精度高く規定することが可能となる。

以下、図４に示される磁気センサ１０Ｂを製造する方法を、本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法として説明する。図１７から図２４は本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法を説明する図である。

本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法では、まず、シリコンなどからなる基板１５の第１面１５Ａの上に、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２を形成する（図１７）。前述のように、これらの磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜４３を有するため、磁気抵抗効果膜４３を構成する各層を順次積層することが行われる。第１の磁気抵抗効果素子２１の第２の固定磁性層４５ｄは、Ｘ１−Ｘ２方向（第１方向）Ｘ２側の向きに磁化されるように磁場中製膜が行われる。第２の磁気抵抗効果素子２２は第１の磁気抵抗効果素子２１と同時に製造されるため、第２の磁気抵抗効果素子２２にも第１の磁気抵抗効果素子２１と同様の磁化が行われる。

次に、磁気抵抗効果素子を覆うように非磁性絶縁層１６を形成する（図１８）。非磁性絶縁層１６を構成する材料として、アルミナが例示される。非磁性絶縁層１６の厚さは限定されない。第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２の厚さは通常０．１μｍ程度であり、磁界方向変換部３０から流れ出した磁界は非磁性絶縁層１６の内部で水平方向（第１面１５Ａの面内方向）に進むため、非磁性絶縁層１６は０．２μｍ程度またはそれ以上の厚さを有することが好ましい場合がある。非磁性絶縁層１６を形成する前に、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２に接続される配線層（図示せず）を形成してもよい。

続いて、非磁性絶縁層１６の面の上に位置決め用軟磁性体４０ｂを形成する（図１９）。位置決め用軟磁性体４０ｂのＸ１−Ｘ２方向（第１方向）に並ぶ面４０Ｓ１，４０Ｓ２によって第１最近位部４０Ｅ１および第２最近位部４０Ｅ２が規定される。位置決め用軟磁性体４０ｂは平板状の形状を有し、比較的製造容易な形状であるから、フレーム電解めっき法など公知のフォトリソグラフ製造技術により製造することができる。例えば５μｍ程度までの厚さであれば、位置決め用軟磁性体４０ｂの配置精度および形状精度を５０ｎｍ程度またはそれ以下に抑えることができる。したがって、第１近位部４０Ｅ１と第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置のばらつきおよび第２近位部４０Ｅ２と第２の磁気抵抗効果素子２２との相対位置のばらつきを、５０ｎｍ程度またはそれ以下に抑えることが可能である。

こうして非磁性絶縁層１６の面の上に位置決め用軟磁性体４０ｂを形成したら、非磁性絶縁層１６の面の上であって位置決め用軟磁性体４０ｂが配置されていない部分に、換言すれば、非磁性絶縁層１６の面の上であって位置決め用軟磁性体４０ｂの周囲に、絶縁性の非磁性体１４を形成する（図２０）。非磁性体１４を構成する材料の種類は限定されない。かかる材料の一例としてＣＶＤにより形成される窒化ケイ素が挙げられる。

非磁性体１４の厚さは限定されない。前述のように、位置決め用軟磁性体４０ｂを形状精度高く形成して、第１近位部４０Ｅ１と第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置および第２近位部４０Ｅ２と第２の磁気抵抗効果素子２２との相対位置を適切に設定することにより、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２において測定される磁界の測定精度を高めることが可能な構造を、磁気センサ１０Ｂは有している。したがって、非磁性体１４の厚さが例えば５μｍ以上となったとしても、そのことに起因する磁気センサ１０Ｂのセンサ感度の変化の程度は緩和されている。ただし、磁気センサ１０Ｂを低背化することは、特許文献１にも示されるように、本発明の実施形態に係る磁気センサが目指すべき方向に含まれることから、非磁性体１４の厚さは１０μｍ程度を上限とすることが好ましい場合がある。

このとき、図２０に示されるように、位置決め用軟磁性体４０ｂの第１最近位部４０Ｅ１および第２最近位部４０Ｅ２を覆うように非磁性体１４を形成することにより、第１最近位部４０Ｅ１および第２最近位部４０Ｅ２の配置精度をより安定的に高めることができる。また、図２０に示されるように、位置決め用軟磁性体４０の第１面１５Ａに対向する側とは反対側の面である第２面４０Ｓの少なくとも一部が露出するように、非磁性体１４を形成する。このように非磁性体１４を形成することにより、これ以降の工程により形成した１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）と位置決め用軟磁性体４０とを磁気的に接続させることが容易となる。

図２０に示される非磁性体１４は、第２面４０Ｓにおける露出する部分を底面とし非磁性体１４からなる面１４Ｓを側面とする凹部が画成されるように形成されており、この凹部の側面は底面から離間する向きに広がるテーパー形状を含む。このような形状を有することにより、非磁性体１４からなる面１４Ｓの上に形成された１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）は、Ｘ１−Ｘ２方向およびＺ１−Ｚ２方向を面内方向とする断面の形状をＶ字状にすることが容易となる。

非磁性体１４の面１４Ｓを図２０に示されるような形状にするための方法は限定されない。次に説明する方法が例として挙げられる。例えば、図２１のように、非磁性体１４を位置決め用軟磁性体４０ｂの第２面４０Ｓ全体を覆うように形成し、さらに、非磁性体１４の上にレジストの層ＲＭを形成する。その後、レジストの層ＲＭを貫通し、第１面１５Ａに近づくにつれて縮径するテーパーを有するテーパー孔ＴＨを形成する。このテーパー孔ＴＨを有するレジストの層ＲＭをマスクとして、テーパー孔ＴＨの形状を非磁性体１４が転写されるように（レジストの層ＲＭが相対的に厚い部分は浅く、レジストの層ＲＭが相対的に薄い部分は深く）非磁性体１４のエッチングを行う。テーパー孔ＴＨの形成方法は限定されない。露光プロセスの制御や現像プロセスの制御により、レジストの層ＲＭに直接的にテーパー孔ＴＨしてもよい。あるいは、図２２に示されるような実質的にテーパーを有しない貫通孔ＶＨを形成し、その後、レジストの層ＲＭを加熱するなどして貫通孔ＶＨの内壁形状を変化させて、テーパー孔ＴＨとしてもよい。

非磁性体１４の面１４Ｓを図２０に示されるような形状にするための別の方法の一例として、図２２に示されるような実質的にテーパーを有しない貫通孔ＶＨを形成し、この貫通孔ＶＨを有するレジストの層ＲＭをマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような異方性の少ないエッチングを行うことが挙げられる。異方性の少ないエッチングはエッチングレートを高めることが可能であるが、加工形状の精度を高めることは容易でない。エッチングによって生じた非磁性体１４の面１４Ｓの上に１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）が形成されるため、非磁性体１４の面１４Ｓを形成するためのエッチングの加工精度は、１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）と磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２）との相対位置の精度に影響を及ぼす。しかしながら、前述のように、本実施形態に係る磁気センサ１０Ｂは、１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）の第１の磁気抵抗効果素子２１との相対位置および第２の磁気抵抗効果素子２２との相対位置が、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２の第１方向の磁界の検出性能に与える影響は、比較的低い。それゆえ、本実施形態に係る磁気センサ１０Ｂの製造方法では、加工速度が高い異方性の少ないエッチングを非磁性体１４の面１４Ｓを形成するためのエッチングの好ましい例として位置付けることができる。

続いて、非磁性体１４の露出する面（面１４Ｓを含む。）に対して導体化処理を行う。導体化処理の種類は任意である。蒸着、スパッタリングなどの乾式堆積技術を用いて導体化を行ってもよいし、無電解めっきのような湿式堆積技術を用いて導体化を行ってもよい。導体化処理により形成される導体層ＭＬの厚さは、次のめっき処理を可能とする限り任意である。図２３に示されるように、導体化処理による導体層ＭＬは第２面４０Ｓの上にも形成されてもよい。

こうして導体化処理を行ったら、第２面４０Ｓ（導体化処理による導体層ＭＬが存在していてもよい。）の上および非磁性体１４の導体化処理された面（導体化処理による導体層ＭＬの面）の上にめっき処理を行って、めっき層ＰＬを形成する。このめっき処理により、めっき層ＰＬを含んでなる１対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６）が得られる（図２４）。導体層ＭＬの厚さが薄い場合には、導体層ＭＬとめっき層ＰＬとは実質的に識別不能となることもある。図２４では、このような場合として、導体層ＭＬの表示は省略している。また、このめっき処理により、第１の軟磁性体３５および第２の軟磁性体３６と位置決め用軟磁性体４０ｂとが磁気的に接続される。図２４では、第２面４０Ｓの上にもめっき層ＰＬが形成されて連結部４０ａを構成し、非磁性体１４の面のうちＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側の面に形成されためっき層ＰＬは第１延出部３７および第２延出部３８を構成する。なお、めっき層ＰＬの上には、窒化ケイ素のような材料からなる保護層が形成されていてもよい。

以上の製造方法により、磁気センサ１０Ｂが製造される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、本発明の効果が適切に得られる限り、図などにおいて積層されるように示される各構成要素間に他の層が設けられていてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１３ 磁気センサ
１５ 基板
２１，２３ 第１の磁気抵抗効果素子
２２，２４ 第２の磁気抵抗効果素子
３０，３２ 磁界方向変換部
３５ 第１の軟磁性体
３６ 第２の軟磁性体
４０ 底部軟磁性体
１５Ａ 第１面
４０ａ 連結部
４０ｂ 位置決め用軟磁性体
１６ 非磁性絶縁層
４０Ｅ１ 第１最近位部
４０Ｅ２ 第２最近位部
４０Ｓ１，４０Ｓ２ 面
５１ 垂直方向（第１面１５Ａの法線方向、Ｚ１−Ｚ２方向）の磁界成分
１４ 非磁性体
Ｗａ 連結部４０ａの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿って延びる幅
Ｗｂ 位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿って延びる幅
２１Ｃ 第１の磁気抵抗効果素子の第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置
４０Ｓ 第２面
４０Ｃ 位置決め用軟磁性体４０ｂの第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置
３０Ｃ １対の軟磁性体（第１の軟磁性体３５および軟磁性体３６）の第１方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の中心位置
１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ 比較用磁気センサ
１２１ 磁気抵抗効果素子
１１５Ａ 基準面
１３５，１３６ １対の軟磁性体
１３０Ｃ １対の軟磁性体１３５，１３６のＸ１−Ｘ２方向の中心位置
１２１Ｃ 磁気抵抗効果素子１２１のＸ１−Ｘ２方向の中心位置
１３０ 磁界方向変換部
１４０ 底部
１３７，１３８ 延出部
１４０Ｅ１ 最近位部
１４Ｓ 面
Ｈｂ 位置決め用軟磁性体４０ｂの厚さ
３７ 第１延出部
３８ 第２延出部
４３ 磁気抵抗効果膜
４２ 絶縁膜
４９ シード層
４１ シリコン基板
４５ 固定磁性層
４７ 自由磁性層
４６ 非磁性層
４８ 保護膜
４５ｃ 第１の固定磁性層
４５ｅ 非磁性結合層
４５ｄ 第２の固定磁性層
４５ａ 固定磁性層の磁化の向き
４５ｂ 第１の固定磁性層の磁化の向き
４７ａ 自由磁性層の磁化の向き
２５ 配線部
２７，２８ ハーフブリッジ回路
５４ 差動増幅器
２９ フルブリッジ回路
３９ 延出部
ＲＭ レジストの層
ＴＨ テーパー孔
ＶＨ 貫通孔
ＭＬ 導体層
ＰＬ めっき層

Claims (15)

1. 基板の一面である第１面の上に位置し、前記第１面の面内方向の一つである第１方向に沿った感度軸を有する磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子に対する相対位置が規定された最近位部を備え、前記磁気抵抗効果素子に対して非接触に設けられた位置決め用軟磁性体と、
   前記第１方向に沿って並置され、それぞれ前記第１面から離れる向きに延出する１対の軟磁性体と
   を備え、
   前記１対の軟磁性体は、前記位置決め用軟磁性体に磁気的に接続されてなり、
   前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体は連結部を介して一体に形成され、該連結部の前記第１方向に沿って延びる幅よりも前記位置決め用軟磁性体の幅が大きいこと
   を特徴とする磁気センサ。
2. 前記位置決め用軟磁性体の最近位部は前記第１面の法線方向に起立する直線状の面によって形成される、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記第１面への投影面において、前記位置決め用磁性体の最近位部は、前記磁気抵抗効果素子に重なるように形成されている、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記位置決め用軟磁性体は、前記第１面の法線方向の長さが５μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
5. 前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体は、前記第１面に対してそれぞれ前記第１方向に沿って互いに逆向きに傾斜している、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
6. 前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体の距離は、前記第１面から離間するにしたがって大きくなる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
7. 前記１対の軟磁性体と前記第１面との間に絶縁性の非磁性体が位置し、前記１対の軟磁性体は、前記非磁性体の面の上に位置する軟磁性材料の堆積物を含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
8. 前記位置決め用軟磁性体の最近位部は前記非磁性体によって覆われている、請求項７に記載の磁気センサ。
9. 前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体のそれぞれは、前記位置決め用軟磁性体に磁気的に接続される側とは反対側に、前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体のそれぞれから前記第１方向に延びる延出部をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の磁気センサ。
10. 前記磁気抵抗効果素子は、前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体の一方である第１の軟磁性体に近位な第１の磁気抵抗効果素子と、前記１対の軟磁性体を構成する２つの軟磁性体の他方である第２の軟磁性体に近位な第２の磁気抵抗効果素子とを備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記第１方向の一方に沿った向きに磁化が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化の向きが変化する自由磁性層とを有し、
    前記第１の磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層の磁化の向きと、前記第２の磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層の磁化の向きとは揃えられている、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の磁気センサ。
11. 前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは直列に接続されてハーフブリッジ回路を構成する、請求項１０に記載の磁気センサ。
12. 前記磁気センサは、前記ハーフブリッジ回路を２つ備え、前記２つのハーフブリッジ回路はフルブリッジ回路を構成する、請求項１１に記載の磁気センサ。
13. 前記フルブリッジ回路に含まれる２つの前記第１の磁気抵抗効果素子および２つの前記第２の磁気抵抗効果素子は前記第１方向に並置される、請求項１２に記載の磁気センサ。
14. 請求項７または請求項８に記載される磁気センサの製造方法であって、
    前記第１面の上に前記磁気抵抗効果素子を形成し、
    前記磁気抵抗効果素子を覆うように非磁性絶縁層を形成し、
    前記非磁性絶縁層の面の上に、前記最近位部を備える前記位置決め用軟磁性体を形成し、
    前記非磁性絶縁層の面の上に、前記位置決め用軟磁性体の前記最近位部を覆うとともに、前記位置決め用軟磁性体の前記第１面に対向する側とは反対側の面である第２面の少なくとも一部が露出するように、前記非磁性体を形成し、
    前記非磁性体の露出する面に対して導体化処理を行い、
    前記第２面の前記非磁性層によって覆われていない部分の上および前記非磁性体の前記導体化処理された面の上にめっき層を形成して、前記めっき層を含んでなる前記１対の軟磁性体を得るとともに、前記１対の軟磁性体と前記位置決め用軟磁性体とを磁気的に接続すること
    を特徴とする磁気センサの製造方法。
15. 前記非磁性体は、前記第２面における露出する部分を底面とし前記非磁性体からなる面を側面とする凹部が画成されるように形成され、前記凹部の前記側面は前記底面から離間する向きに広がるテーパー形状を含む、請求項１４に記載の磁気センサの製造方法。