JP6978518B2 - 磁気検出装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は磁気抵抗効果膜を有する磁気検出素子を複数備えるフルブリッジ回路を備える磁気検出装置およびその製造方法に関する。

固定磁性層およびフリー磁性層を含む磁気抵抗効果膜を有する磁気検出素子を用いた磁気検出装置（磁気センサ）は、地磁気センサ、位置センサ、電流センサなどの様々な分野に使用されている。こうした各種センサの検出精度を高めたり測定可能な範囲を広げたりする観点から、外部磁場への応答性が異なる２種類の磁気検出素子を直列に接続してなるハーフブリッジ回路を並列に接続して構成されるフルブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を磁気センサが備える場合がある。フルブリッジ回路に用いられる２種類の磁気検出素子は、通常、外部磁場が印加されていない状態におけるフリー磁性層の磁化方向と感度軸方向との相対関係が異なることに基づき、外部磁場への応答性が相違する。

例えば、特許文献１には、固定磁化軸が互いに反平行な設定された２種類の磁気検出素子が記載されている。また、特許文献２には、固定磁化軸は同じ方向に設定されているがフリー磁性層に印加されるバイアス磁界の方向が異なるように設定された２種類の磁気検出素子が記載されている。

特開２００６−５２７４９７号公報 特表２０１４−５１６４０６号公報

特許文献１では、基板上に形成された複数の磁気検出素子の固定磁化軸の方向を互いに異なるように設定するために、磁場を印加しながら複数の磁気検出素子のいずれかを選択的に通電加熱することによって、通電加熱された磁気検出素子の反強磁性層をそのブロッキング温度以上に加熱し、外部磁場の印加方向に揃っている固定磁性層の磁化方向に反強磁性層の磁化方向を揃え、結果、通電加熱された磁気検出素子の固定磁化軸を所望の方向に設定している。

特許文献２では、２種類の磁気検出素子について固定磁化軸の方向を揃え、外部磁場が印加されていない状態のフリー磁性層の方向を互いに異なるようにして２種類の磁気検出素子を同一基板上に形成している。このフリー磁性層の方向を制御する方法として、磁気抵抗効果膜の形状異方性を用いる、永久磁石によるバイアス磁界を用いる、フリー磁性層に反強磁性層を積層して交換結合磁界を発生させる、といった方法が記載されている。

本発明は、こうした特許文献１および特許文献２に記載される構成とは異なる構成により、外部磁場への応答性が異なる２種類の磁気検出素子を同一基板上に有するフルブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を備える磁気検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、上記の磁気検出装置を製造する方法を提供することも目的とする。

上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、第１固定磁性層と第１フリー磁性層とが積層された第１磁気抵抗効果膜、および前記第１フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第１磁界印加バイアス膜を備える第１磁気検出素子、ならびに第２固定磁性層と第２フリー磁性層とが積層された第２磁気抵抗効果膜、および前記第２フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第２磁界印加バイアス膜を備える第２磁気検出素子を有するフルブリッジ回路を備える磁気検出装置であって、前記フルブリッジ回路は、前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とが直列に接続されてなる第１ハーフブリッジ回路と、前記第２磁気検出素子と前記第１磁気検出素子とが直列に接続されてなる第２ハーフブリッジ回路と、が、電源端子とグランド端子との間で並列接続されてなり、前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とは同一の基板上に設けられ、前記第１磁気抵抗効果膜は、前記第１固定磁性層と第１固定用反強磁性層とが積層された第１固定用交換結合膜を有し、前記第１磁界印加バイアス膜は、第１強磁性層と第１バイアス用反強磁性層とが積層された第１バイアス用交換結合膜を有し、前記第２磁気抵抗効果膜は、前記第２固定磁性層と第２固定用反強磁性層とが積層された第２固定用交換結合膜を有し、前記第２磁界印加バイアス膜は、第２強磁性層と第２バイアス用反強磁性層とが積層された第２バイアス用交換結合膜を有し、前記第１固定磁性層の固定磁化軸と前記第２固定磁性層の固定磁化軸とは共軸に設定され、前記第１バイアス用交換結合膜の交換結合磁界の方向と前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定され、前記第２バイアス用交換結合膜の交換結合磁界の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定され、前記第１固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ１および前記第２固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ２は、それぞれ、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１および前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２のいずれよりも高く、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１は前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２よりも高いことを特徴とする磁気検出装置である。

上記のように、ブロッキング温度Ｔｂが異なる反強磁性層を少なくとも３種類用いることにより、２種類の磁気抵抗効果素子について、固定磁化軸の方向およびフリー磁性層のバイアス磁界の印加方向を自由度高く設定することが可能となる。しかも、固定磁化軸の設定およびバイアス磁界の設定をいずれも反強磁性層と強磁性層との交換結合磁界を用いて行うため、強磁場耐性に優れる。また、隣り合って配置される２種類の磁気抵抗効果素子が相互に影響を与えにくい。それゆえ、例えば永久磁石を用いてバイアス磁界の設定する場合に比べて、磁気検出装置の小型化が可能となる。

上記の磁気検出装置において、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは反平行に設定され、前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向と前記第２バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向とは平行に設定され、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向とは非平行に（具体的には積層方向視で直交するように）設定されていてもよい。

上記の磁気検出装置において、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは平行に設定され、前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向と前記第２バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向とは非平行に設定されていてもよい。この場合において、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向に対する前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向の積層方向視での傾き角度が、前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向に対する前記第２バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向の積層方向視での傾き角度と反対向きで絶対値が等しいことが好ましい。具体的には傾き角度の絶対値がいずれも４５度で、結果、積層方向視で直交する場合が例示される。

上記の磁気検出装置において、前記第１固定用反強磁性層および前記第２固定用反強磁性層の少なくとも一方である固定用反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ−Ｍｎ）層を備え、前記Ｘ（Ｃｒ−Ｍｎ）層は、前記固定用反強磁性層と交換結合する固定用強磁性層（第１固定磁性層および／または第２固定磁性層）に相対的に近位な第１領域と、前記固定用強磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高いことが好ましい。第１固定用反強磁性層および前記第２固定用反強磁性層の双方が上記の固定用反強磁性層であることが好ましい。

図１は、上記の固定用反強磁性層を有する交換結合膜の磁化曲線のヒステリシスループを説明する図である。通常、軟磁性体のＭ−Ｈ曲線（磁化曲線）が作るヒステリシスループは、Ｈ軸とＭ軸との交点（磁界Ｈ＝０Ａ／ｍ、磁化Ｍ＝０Ａ／ｍ）を中心として対称な形状となるが、図１に示されるように、交換結合膜のヒステリシスループは、固定用反強磁性層と交換結合する強磁性層に対して交換結合磁界Ｈｅｘが作用するため、交換結合磁界Ｈｅｘの大きさに応じてＨ軸に沿ってシフトした形状となる。交換結合膜の固定用強磁性層は、この交換結合磁界Ｈｅｘが大きいほど外部磁界が印加されても磁化の向きが反転しにくいため、かかる固定用反強磁性層を備える磁気検出装置は、強磁場耐性に優れる。

しかも、上記の固定用反強磁性層は、特許文献１に記載されるＩｒＭｎ、ＰｔＭｎといった従来の反強磁性材料から形成された反強磁性層よりもブロッキング温度Ｔｂが高いため、例えば３５０℃程度であって外部磁場が印加される環境に置かれていても、交換結合磁界Ｈｅｘを維持することができる。

上記の磁気検出装置において、前記第１領域が前記固定用強磁性層に接していてもよい。

上記の磁気検出装置において、前記第１領域は、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比であるＭｎ／Ｃｒ比が０．３以上の部分を有していてもよい。この場合において、前記第１領域は、前記Ｍｎ／Ｃｒ比が１以上である部分を有することが好ましい。

上記の磁気検出装置の具体的な一態様として、前記固定用反強磁性層は、ＰｔＣｒ層と、前記ＰｔＣｒ層よりも前記固定用強磁性層に近位なＸ^０Ｍｎ層（ただし、Ｘ^０は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とが積層されてなるものであってもよい。

上記の磁気検出装置の具体例として、前記固定用反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記固定用強磁性層に近位になるように積層されてなるものであってもよい。この場合において、前記ＰｔＭｎ層よりも前記固定用強磁性層に近位にさらにＩｒＭｎ層が積層されてもよい。この場合には、上記のＸ^０Ｍｎ層がＰｔＭｎ層とＩｒＭｎ層との積層構造を有している。

上記の磁気検出装置において、前記第１固定用反強磁性層および前記第２固定用反強磁性層の少なくとも一方である固定用反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層（ただし、Ｘ^１は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ^２Ｍｎ層（ただし、Ｘ^２は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ^１と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有していてもよい。このような構成を有する場合も、磁気検出装置は強磁場耐性を有する。

上記の磁気検出装置において、前記Ｘ^１がＰｔであり、前記Ｘ^２がＰｔまたはＩｒであってもよい。

上記の磁気検出装置において、前記固定用反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有していてもよい。この場合において、前記ユニット積層部における、前記Ｘ^１Ｃｒ層および前記Ｘ^２Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚であり、前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚が、前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚よりも大きくてもよい。このとき、前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚と前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚との比が、５：１〜１００：１であることが好ましい場合がある。

上記の磁気検出装置において、前記第１バイアス用反強磁性層はＰｔＭｎ層からなり、前記第２バイアス用反強磁性層はＩｒＭｎ層からなることが好ましい。この場合には、ブロッキング温度が従来になく高く、しかも強い交換結合磁界を発生させうる反強磁性層によって固定磁化軸の方向が設定される。

本発明は、他の一態様として、第１固定磁性層と第１フリー磁性層とが積層された第１磁気抵抗効果膜、および前記第１フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第１磁界印加バイアス膜を備える第１磁気検出素子、ならびに第２固定磁性層と第２フリー磁性層とが積層された第２磁気抵抗効果膜、および前記第２フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第２磁界印加バイアス膜を備える第２磁気検出素子を有するフルブリッジ回路を備える磁気検出装置の製造方法である。上記の磁気検出装置において、前記フルブリッジ回路は、前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とが直列に接続されてなる第１ハーフブリッジ回路と、前記第２磁気検出素子と前記第１磁気検出素子とが直列に接続されてなる第２ハーフブリッジ回路と、が、電源端子とグランド端子との間で並列接続されてなり、前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とは同一の基板上に設けられ、前記第１磁気抵抗効果膜は、前記第１固定磁性層と第１固定用反強磁性層とが積層された第１固定用交換結合膜を有し、前記第１磁界印加バイアス膜は、第１強磁性層と第１バイアス用反強磁性層とが積層された第１バイアス用交換結合膜を有し、前記第２磁気抵抗効果膜は、前記第２固定磁性層と第２固定用反強磁性層とが積層された第２固定用交換結合膜を有し、前記第２磁界印加バイアス膜は、第２強磁性層と第２バイアス用反強磁性層とが積層された第２バイアス用交換結合膜を有し、前記第１固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ１および前記第２固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ２は、それぞれ、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１および前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２のいずれよりも高く、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１は前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２よりも高い。かかる製造方法は、熱処理により前記第１固定用反強磁性層および前記第２固定用反強磁性層を規則化して、前記第１バイアス用交換結合膜および前記第２バイアス用交換結合膜に交換結合磁界を生じさせることにより、前記第１固定磁性層の固定磁化軸と前記第２固定磁性層の固定磁化軸とを共軸に設定する固定磁化軸設定工程と、前記第１固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ１および前記第２固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ２より低い温度で外部磁場を印加しながら熱処理することにより、前記第１バイアス用交換結合膜によるバイアス磁界の方向を前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定する第１バイアス磁界設定工程と、前記第１バイアス磁界設定工程の後に、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１より低い温度で外部磁場を印加しながら熱処理することにより、前記第２バイアス用交換結合膜によるバイアス磁界の方向を前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定する第２バイアス磁界設定工程と、を備える。

かかる製造方法によれば、外部磁場への応答性が異なる２種類の磁気検出素子を同一基板上に有するフルブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を備え、強磁場耐性に優れる磁気検出装置を、磁気検出素子単位で外部磁場を印加する工程なしに製造することが可能である。

上記の製造方法において、前記固定磁化軸設定工程では、前記第１固定用交換結合膜の交換結合磁界の方向を第１固定用強磁性層の磁化方向に揃え、前記第２固定用交換結合膜の交換結合磁界の方向を第２固定用強磁性層の磁化方向に揃えてもよい。第１固定用交換結合膜の交換結合磁界の方向を揃える第１固定用強磁性層の磁化方向および第２固定用交換結合膜の交換結合磁界の方向を揃える第２固定用強磁性層の磁化方向は、成膜段階で所定の方向に揃えられていてもよいし、固定磁化軸設定工程において外部磁場を印加しながら加熱することにより揃えてもよい。

上記の製造方法において、前記固定磁化軸設定工程では、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とを反平行に設定し、第１バイアス磁界設定工程では、前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向を、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定し、第２バイアス磁界設定工程では、前記第２バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向を、前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向と平行に設定してもよい。このように設定することにより、特許文献１に開示される構成のフルブリッジ回路を、磁気抵抗効果膜を通電加熱することなく形成することが可能である。

上記の製造方法において、前記固定磁化軸設定工程では、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とを平行に設定し、前記第１バイアス磁界設定工程では、前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向を、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定し、前記第２バイアス磁界設定工程では、前記第２バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向を前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向および前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向のいずれとも非平行に設定してもよい。このように設定することにより、特許文献２に開示される構成のフルブリッジ回路を、永久磁石バイアスやバイアス磁界発生用の電流導体を不要として形成することが可能である。

本発明によれば、外部磁場への応答性が異なる２種類の磁気検出素子を同一基板上に有するフルブリッジ回路を備え、強磁場耐性に優れる磁気検出装置が提供される。また、本発明によれば、上記の磁気検出装置を製造する方法も提供される。

本発明に係る磁界印加バイアス膜の磁化曲線のヒステリシスループを説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁気センサの回路ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁気検出素子の構成を示す説明図であって、（ａ）第１磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図、（ｂ）第２磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図である。 （ａ）図３（ａ）のＶ１−Ｖ１線での断面図、（ｂ）図３（ｂ）のＶ２−Ｖ２線での断面図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る積層型の反強磁性層と同様の反強磁性層を備える交換結合膜を含む膜の構成の説明図、（ｂ）図４（ａ）のデプスプロファイルの一例である。 図５のデプスプロファイルの一部を拡大したプロファイルである。 図６に基づき求めたＭｎの含有量に対するＣｒの含有量の比（Ｍｎ／Ｃｒ比）を、図６と横軸の範囲を等しくして示したグラフである。 （ａ）本発明の第１の実施形態の変形例に係る第１磁気検出素子の磁気抵抗効果膜の構成を示す説明図、（ｂ）本発明の第１の実施形態の別の変形例に係る第１磁気検出素子の磁気抵抗効果膜の構成を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る磁気センサの回路ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る磁気検出素子の構成を示す説明図であって、（ａ）第１磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図、（ｂ）第２磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図である。 （ａ）図１０（ａ）のＶ３−Ｖ３線での断面図、（ｂ）図１０（ｂ）のＶ４−Ｖ４線での断面図である。 （ａ）本発明の第２の実施形態に係る磁気検出素子の変形例の一つの構成を示す説明図、（ｂ）本発明の第２の実施形態に係る磁気検出素子の変形例の他の一つの構成を示す説明図である。 交換結合磁界Ｈｅｘの強度の温度依存性を示すグラフである。

＜第１の実施形態に係る磁気検出素子＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係る磁気センサ（磁気検出装置）の回路ブロック図である。図３は本発明の第１の実施形態に係る磁気検出素子の構成を示す説明図であって、図３（ａ）は第１磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図であり、図３（ｂ）は第２磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図である。図４（ａ）は、図３（ａ）のＶ１−Ｖ１線での断面図である。図４（ｂ）は、図３（ｂ）のＶ２−Ｖ２線での断面図である。

図２に示されるように、磁気センサ１００は、第１ハーフブリッジ回路ＨＢ１と第２ハーフブリッジ回路ＨＢ２とが電源端子Ｖｄｄとグランド端子ＧＮＤとの間で並列接続されてなるフルブリッジ回路ＦＢを備える。第１ハーフブリッジ回路ＨＢ１は、第１磁気検出素子Ｍ１と第２磁気検出素子Ｍ２とが直列に接続されてなり、第２ハーフブリッジ回路ＨＢ２は、第２磁気検出素子Ｍ２と前記第１磁気検出素子Ｍ１とが直列に接続されてなる。第１磁気検出素子Ｍ１と第２磁気検出素子Ｍ２とは同一の基板ＳＢ上に設けられている。

フルブリッジ回路ＦＢを構成する第１ハーフブリッジ回路ＨＢ１の中点Ｖ１の出力電位（ＯｕｔＸ１）と、第２ハーフブリッジ回路ＨＢ２の中点Ｖ２の出力電位（ＯｕｔＸ２）との差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）がＸ１−Ｘ２方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＸｓとして得られる。

第１磁気検出素子Ｍ１は第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１を備え、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１は、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２向き（固定磁化方向Ｐ）に磁化が固定された第１固定磁性層１５と、印加された外部磁場Ｈに沿って容易に磁化される第１フリー磁性層１３とを有する巨大磁気抵抗効果膜からなる。

第１固定磁性層１５と、第１固定磁性層１５の第１フリー磁性層１３に対向する側とは反対側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に積層された第１固定用反強磁性層１６とが第１固定用交換結合膜５１１を構成する。第１固定用交換結合膜５１１の第１固定磁性層１５の間（界面）には交換結合磁界Ｈｅｘが生じ、この交換結合磁界Ｈｅｘに基づいて、図２および図３（ａ）に黒矢印で示し、図４（ａ）では紙面奥向きに示すように、第１固定磁性層１５はＸ１−Ｘ２方向Ｘ２向きに固定磁化方向Ｐが設定される。

第１磁気検出素子Ｍ１は、第１フリー磁性層１３にバイアス磁界を印加する２つの第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２を備え、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２は、この順番で、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側からＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側へと基板ＳＢ上に並置される。

第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２のそれぞれは、図４（ａ）に示されるように、基板ＳＢ上に、下地層８１が設けられ、その上に第１強磁性層８３と第１バイアス用反強磁性層８４とが積層されて、第１バイアス用交換結合膜５１２を構成する。第１バイアス用反強磁性層８４と第１強磁性層８３との間（界面）にはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きの交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１２を、図３（ａ）および図４（ａ）では斜線でハッチングした矢印で示す。

これらのバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２に基づいて、図２、図３（ａ）および図４（ａ）に白抜き矢印で示すように、第１フリー磁性層１３には、発生した交換結合磁界Ｈｅｘの向きに沿ってＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向き（バイアス印加方向Ｆ）のバイアス磁界が印加される。外部磁場Ｈが印加されていない状態では、このバイアス磁界に基づき、第１フリー磁性層１３はバイアス印加方向Ｆに磁化した状態となる。

第２磁気検出素子Ｍ２は第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２を備え、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２は、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ１向き（固定磁化方向Ｐ）に磁化が固定された第２固定磁性層２５と、印加された外部磁場Ｈに沿って容易に磁化される第２フリー磁性層２３とを有する巨大磁気抵抗効果膜からなる。

第２固定磁性層２５と、第２固定磁性層２５の第２フリー磁性層２３に対向する側とは反対側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に積層された第２固定用反強磁性層２６とが第２固定用交換結合膜５２１を構成する。第２固定用交換結合膜５２１の第２固定磁性層２５の間（界面）には交換結合磁界Ｈｅｘが生じ、この交換結合磁界Ｈｅｘに基づいて、図２および図３（ｂ）に黒矢印で示し、図４（ｂ）では紙面手前向きに示すように、第２固定磁性層２５はＸ１−Ｘ２方向Ｘ１向きに固定磁化方向Ｐが設定される。すなわち、第１固定磁性層１５の固定磁化方向Ｐと第２固定磁性層２５の固定磁化方向Ｐとは共軸であるが反対向き、つまり反平行になるように設定されている。

第２磁気検出素子Ｍ２は、第２フリー磁性層２３にバイアス磁界を印加する２つの第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２を備え、第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２および第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２２は、この順番で、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側からＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側へと基板ＳＢ上に並置される。

第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２のそれぞれは、図４（ｂ）に示されるように、基板ＳＢ上に、下地層９１が設けられ、その上に第２強磁性層９３と第２バイアス用反強磁性層９４とが積層されて、第２バイアス用交換結合膜５２２を構成する。第２バイアス用反強磁性層９４と第２強磁性層９３との間（界面）にはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きの交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１および第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２２に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２２を、図３（ｂ）および図４（ｂ）では斜線でハッチングした矢印で示す。

これらのバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２に基づいて、図３（ｂ）および図４（ｂ）に白抜き矢印で示すように、第２フリー磁性層２３には、発生した交換結合磁界Ｈｅｘの向きに沿ってＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向き（バイアス印加方向Ｆ）のバイアス磁界が印加される。外部磁場Ｈが印加されていない状態では、このバイアス磁界に基づき、第２フリー磁性層２３はバイアス印加方向Ｆに磁化した状態となる。第１フリー磁性層１３に印加されるバイアス磁界の方向（バイアス印加方向Ｆ）と第２フリー磁性層２３に印加されるバイアス磁界の方向（バイアス印加方向Ｆ）とは共軸であってかつ同じ向き、つまり平行になるように設定されている。

このように、第１固定用交換結合膜５１１の交換結合磁界Ｈｅｘの方向と第１バイアス用交換結合膜５１２の交換結合磁界Ｈｅｘの方向とが非平行（具体的にはＺ１−Ｚ２方向からみて（積層方向視で）直交）に設定されているため、第１固定磁性層１５の固定磁化方向Ｐと第１フリー磁性層１３のバイアス印加方向ＦとはＺ１−Ｚ２方向からみて直交している。また、第２固定用交換結合膜５２１の交換結合磁界Ｈｅｘの方向と第２バイアス用交換結合膜５２２の交換結合磁界Ｈｅｘの方向とが非平行（具体的にはＺ１−Ｚ２方向からみて直交）に設定されているため、第２固定磁性層２５の固定磁化方向Ｐと第２フリー磁性層２３のバイアス印加方向ＦとはＺ１−Ｚ２方向からみて直交している。磁気センサ１００にＸ１−Ｘ２方向の外部磁場Ｈが印加されたときに、第１フリー磁性層１３の磁化方向および第２フリー磁性層２３の磁化方向は外部磁場Ｈの方向に沿うように回転し、このとき、固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向と向きに応じて、第１磁気検出素子Ｍ１の抵抗値および第２磁気検出素子Ｍ２の抵抗値が変化する。

ここで、第１固定磁性層１５の固定磁化方向Ｐと第２固定磁性層２５の固定磁化方向Ｐとは反平行であるから、外部磁場ＨがＸ１−Ｘ２方向Ｘ２向きである場合には、第１磁気検出素子Ｍ１の抵抗が小さくなり、第２磁気検出素子Ｍ２の抵抗が大きくなる。このため、差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）の出力は正となる。これに対し、外部磁場ＨがＸ１−Ｘ２方向Ｘ１向きである場合には、第１磁気検出素子Ｍ１の抵抗が大きくなり、第２磁気検出素子Ｍ２の抵抗が小さくなる。このため、差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）の出力は負となる。すなわち、差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）の極性によって外部磁場Ｈの向きを検知することができる。

以上説明したように、磁気センサ１００では、交換結合磁界Ｈｅｘによって、第１磁気検出素子Ｍ１に関する固定磁化方向Ｐ（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２向き）、第２磁気検出素子Ｍ２に関する固定磁化方向Ｐ（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ１向き）、第１磁気検出素子Ｍ１および第２磁気検出素子Ｍ２に関するバイアス磁界の方向（バイアス印加方向Ｆ、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）の３方向に磁化が設定されている。この３方向の磁化設定を実現するために、磁気センサ１００では、次のように、交換結合磁界Ｈｅｘの発生に関わる反強磁性層として、ブロッキング温度Ｔｂが互いに異なる３種類の材料を用いている。

具体的には、第１固定用反強磁性層１６のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層２６のブロッキング温度Ｔｂｆ２が、それぞれ、第１バイアス用反強磁性層１２のブロッキング温度Ｔｂ１および第２バイアス用反強磁性層２２のブロッキング温度Ｔｂ２のいずれよりも高くなるようにしている。また、第１バイアス用反強磁性層１２のブロッキング温度Ｔｂ１は第２バイアス用反強磁性層２２のブロッキング温度Ｔｂ２よりも高くなるようにしている。このようにブロッキング温度Ｔｂが異なることにより、互いに異なる３方向に交換結合磁界の方向を設定することができる。

表１に第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１の具体例を示す。表１の左端列は第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１の各層を示し、それぞれを構成する材料の例が右から２列目に示されている。右端列の数値は各層の厚さ（単位：オングストローム（Å））を示している。第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１は巨大磁気抵抗効果膜であるから、第１固定磁性層１５と第１フリー磁性層１３との間には、非磁性材料層１４が位置して、スピンバルブ構造が形成されている。

基板ＳＢ上に設けられる下地層１１は、ＮｉＦｅＣｒ合金（ニッケル・鉄・クロム合金）、ＣｒあるいはＴａなどで形成される。表１では、下地層１は厚さ４２ÅのＮｉＦｅＣｒ合金からなる。

下地層１１の上に第１フリー磁性層１３が積層される。第１フリー磁性層１３を構成する材料はＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）、ＮｉＦｅ合金（ニッケル・鉄合金）などを用いることができ、単層構造、積層構造、積層フェリ構造などとして形成することができる。表１では、第１バイアス用反強磁性層１２に近位な側から、厚さ１８ÅのＮｉ_{８１．５原子％}Ｆｅ_{１８．５原子％}からなる層および厚さ１４ÅのＣｏ_{９０原子％}Ｆｅ_{１０原子％}からなる層が積層されて第１フリー磁性層１３が構成される。

第１フリー磁性層１３の上に非磁性材料層１４が積層される。非磁性材料層１４は、Ｃｕ（銅）などを用いて形成することができる。表１では、非磁性材料層１４は厚さ３０ÅのＣｕからなる。

非磁性材料層１４の上に第１固定磁性層１５が積層される。第１固定磁性層１５は、強磁性のＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）で形成される。ＣｏＦｅ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。第１固定磁性層１５はスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層であり、第１固定磁性層１５の固定磁化方向Ｐが延びる方向が第１磁気検出素子Ｍ１の感度軸方向である。第１固定用交換結合膜５１１の強磁場耐性を高める観点から、第１固定磁性層１５は表１に示されるようなセルフピン止め構造を有していることが好ましい。表１では、非磁性材料層１４に近位な側から、強磁性層として厚さ２４ÅのＣｏ_{９０原子％}Ｆｅ_{１０原子％}、非磁性中間層として厚さ３．６ÅのＲｕ、強磁性層として厚さ１７ÅのＦｅ_{６０原子％}Ｃｏ_{４０原子％}が積層されている。

第１固定磁性層１５を構成する厚さ１７ÅのＦｅ_{６０原子％}Ｃｏ_{４０原子％}からなる強磁性層の上に第１固定用反強磁性層１６が積層される。第１固定用反強磁性層１６を形成するために、第１固定磁性層１５に近位な側から、厚さ２０ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｍｎ_{５０原子％}からなる層および厚さ２８０ÅのＰｔ_{５１原子％}Ｃｒ_{４９原子％}からなる層が積層される。第１固定用反強磁性層１６をアニール処理することにより、第１固定用反強磁性層１６は規則化して第１固定磁性層１５と第１固定用交換結合膜５１１を形成し、第１固定用反強磁性層１６と第１固定磁性層１５との間（界面）に交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第１固定用反強磁性層１６のブロッキング温度Ｔｂｆ１は５００℃程度である。したがって、第１固定用交換結合膜５１１が４００℃程度に加熱されても、その交換結合磁界Ｈｅｘは維持される。なお、第１固定用反強磁性層１６など合金層を成膜する際には、合金を形成する複数種類の金属（第１固定用反強磁性層１６の場合には、ＰｔおよびＭｎ、ＰｔおよびＣｒ）を同時に供給してもよいし、合金を形成する複数種類の金属を交互に供給してもよい。前者の具体例として合金を形成する複数種類の金属の同時スパッタが挙げられ、後者の具体例として異なる種類の金属膜の交互積層が挙げられる。合金を形成する複数種類の金属の同時供給が交互供給よりも交換結合磁界Ｈｅｘを高めることにとって好ましい場合がある。

第１固定用反強磁性層１６の上に保護層１７が積層される。保護層１７は、Ｔａ（タンタル）などを用いて形成することができる。表１では厚さ９０ÅのＴａが積層される。

表２に第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２の具体例を示す。表２の左端列は第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２の各層を示し、それぞれを構成する材料の例が右から２列目に示されている。右端列の数値は各層の厚さ（単位：オングストローム（Å））を示している。

下地層８１は厚さ４２ÅのＮｉＦｅＣｒ合金からなり、その上に、非磁性材料層８２として、厚さ４０ÅのＣｕおよび厚さ１０ÅのＲｕが積層される。この非磁性材料層８２の上に、厚さ１００ÅのＣｏ_{９０原子％}Ｆｅ_{５０原子％}からなる第１強磁性層８３が積層される。第１強磁性層８３の上に厚さ３００ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｍｎ_{１０原子％}からなる第１バイアス用反強磁性層８４が積層される。第１バイアス用反強磁性層１２をアニール処理することにより、第１バイアス用反強磁性層８４は規則化して第１強磁性層８３と交換結合して第１バイアス用交換結合膜５１２を形成し、第１バイアス用反強磁性層８４と第１強磁性層８３との間（界面）にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２が生じる。第１バイアス用反強磁性層８４のブロッキング温度Ｔｂ１は４００℃程度である。したがって、第１バイアス用交換結合膜５１２が３００℃程度に加熱されても、その交換結合磁界Ｈｅｘは維持される。

第１バイアス用反強磁性層８４の上には厚さ１００ÅのＴａからなる保護層が積層される。

表３に第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２の具体例を示す。表３の左端列は第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２の各層を示し、それぞれを構成する材料の例が右から２列目に示されている。右端列の数値は各層の厚さ（単位：オングストローム（Å））を示している。第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２は巨大磁気抵抗効果膜であるから、第２固定磁性層２５と第２フリー磁性層２３との間には、非磁性材料層２４が位置して、スピンバルブ構造が形成されている。

下地層２１、第２フリー磁性層２３、非磁性材料層２４、第２固定磁性層２５、および保護層２７の構成は、対応する下地層１１、第１フリー磁性層１３、非磁性材料層１４、第１固定磁性層１５、および保護層１７の構成と等しいので説明を省略する。

第２固定用反強磁性層２６を形成するために、第２固定磁性層２５に近位な側から、厚さ２０ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｍｎ_{５０原子％}からなる層および厚さ２８０ÅのＰｔ_{５１原子％}Ｃｒ_{４９原子％}からなる層が積層される。第２固定用反強磁性層２６をアニール処理することにより、第２固定用反強磁性層２６は規則化して第２固定磁性層２５と交換結合して第２固定用交換結合膜５２１を形成し、第２固定用反強磁性層２６と第２固定磁性層２５との間（界面）に交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第２固定用反強磁性層２６のブロッキング温度Ｔｂｆ２は５００℃程度である。したがって、第２固定用交換結合膜５２１が４００℃程度に加熱されても、その交換結合磁界Ｈｅｘは維持される。

表４に第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２の具体例を示す。表４の左端列は第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２の各層を示し、それぞれを構成する材料の例が右から２列目に示されている。右端列の数値は各層の厚さ（単位：オングストローム（Å））を示している。

下地層９１、非磁性材料層９２、第２強磁性層９３、および保護層９５の構成は、対応する下地層８１、非磁性材料層８２、第１強磁性層８３、および保護層８５の構成と等しいので説明を省略する。

第２バイアス用反強磁性層９４は、厚さ８０ÅのＩｒ_{２０原子％}Ｍｎ_{８０原子％}からなる。第２バイアス用反強磁性層９４は第２強磁性層９３と交換結合して第２バイアス用交換結合膜５２２を形成し、第２バイアス用反強磁性層９４と第２強磁性層９３との間（界面）にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２が生じる。第２バイアス用反強磁性層９４のブロッキング温度Ｔｂ２は３００℃程度であり、第１バイアス用反強磁性層８４のブロッキング温度Ｔｂ１（４００℃程度）よりも低い。

このように、磁気センサ１００が互いに異なる３種類のブロッキング温度Ｔｂを有する反強磁性層を含むため、各層を成膜したのち次のように熱処理を行う製造方法を行うことによって、各磁気検出素子（第１磁気検出素子Ｍ１、第２磁気検出素子Ｍ２）の固定磁化方向Ｐおよびバイアス印加方向Ｆが所定の方向に設定された磁気センサ１００を製造することができる。

まず、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２を構成する各層を積層し、得られた積層体に対して、固定磁化軸設定工程を行う。この工程では、次の第１固定用反強磁性層１６および第２固定用反強磁性層２６を、熱処理により規則化する。その温度は、規則化が実現される限り特に限定されない。通常、第１固定用反強磁性層１６のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層２６のブロッキング温度Ｔｂｆ２よりもやや低い温度、例えば３００℃から４００℃程度とされる。熱処理の時間も規則化が実現される限り任意である。限定されない例示として、１位時間以上、具体的には５時間程度が挙げられる。

こうして第１固定用反強磁性層１６および第２固定用反強磁性層２６が規則化して、第１固定用交換結合膜５１１および第２固定用交換結合膜５２１に交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。この規則化の際に、第１固定用反強磁性層１６の磁化方向は第１固定磁性層１５の磁化方向に揃う。このため、第１固定磁性層１５の磁化方向に揃うように第１固定用交換結合膜５１１の交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。また、第２固定用反強磁性層２６の磁化方向の規則化の際に第２固定磁性層２５の磁化方向に揃う。このため、第２固定磁性層２５の磁化方向に揃うように第２固定用交換結合膜５２１の交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。

そこで、第１固定磁性層１５を成膜する際にその磁化方向をＸ１−Ｘ２方向Ｘ２向きに設定し、第２固定磁性層２５を成膜する際にその磁化方向をＸ１−Ｘ２方向Ｘ１向きに設定しておくことにより、固定磁化軸設定工程において、第１固定磁性層１５の固定磁化方向Ｐと第２固定磁性層２５の固定磁化方向Ｐとを共軸に（具体的には反平行に）設定することができる。

上記のように第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２について固定磁化軸の設定が終了したら、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１に並置されるように２つの第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２を構成する各層を積層し、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２に並置されるように２つの第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２を構成する各層を積層する。

次に、第１固定用反強磁性層１６のブロッキング温度Ｔｂｆ１よりも低く、第２固定用反強磁性層２６のブロッキング温度Ｔｂｆ２よりも低い温度（例えば３５０℃）で熱処理を行う第１バイアス磁界設定工程を行う。この熱処理において、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに外部磁場を印加することにより、印加された外部磁場の方向に沿って、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２の第１バイアス用反強磁性層８４と第１強磁性層８３との間にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２が生じる。これらのバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２に基づき、第１フリー磁性層１３には、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き（バイアス印加方向Ｆ）のバイアス磁界が印加される。こうして設定された第１フリー磁性層１３のバイアス印加方向Ｆは、第１固定磁性層１５の固定磁化方向Ｐとは非平行であり、具体的にはＺ１−Ｚ２方向からみて直交している。

第１バイアス磁界設定工程の熱処理温度は、第１固定用反強磁性層１６のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層２６のブロッキング温度Ｔｂｆ２よりも低いため、第１固定磁性層１５において設定された固定磁化方向Ｐおよび第２固定磁性層２５において設定された固定磁化方向Ｐは印加された外部磁場の方向に沿うことはなく、それぞれの方向を維持することができる。

最後に、第１バイアス用反強磁性層１２のブロッキング温度Ｔｂ１よりも低い温度（例えば３００℃）で熱処理を行う第２バイアス磁界設定工程を行う。この熱処理において、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに外部磁場を印加すると、印加された磁場の方向に沿って、第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２の第２バイアス用反強磁性層９４と第２強磁性層９３との間にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２が生じる。これらのバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２に基づき、第２フリー磁性層２３には、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き（バイアス印加方向Ｆ）のバイアス磁界が印加される。こうして設定された第２フリー磁性層２３のバイアス印加方向Ｆは、第２固定磁性層２５の固定磁化方向Ｐとは非平行であり、具体的にはＺ１−Ｚ２方向からみて直交している。

第２バイアス磁界設定工程の熱処理温度は、第１固定用反強磁性層１６のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層２６のブロッキング温度Ｔｂｆ２ならび第１バイアス用反強磁性層１２のブロッキング温度Ｔｂ１によりも低いため、第１固定磁性層１５において設定された固定磁化方向Ｐおよび第２固定磁性層２５において設定された固定磁化方向Ｐならびに第１フリー磁性層１３に印加されるバイアス磁界の方向（バイアス印加方向Ｆ）は印加された磁場の方向に沿うことはなく、それぞれの方向を維持することができる。

このように、磁気センサ１００が互いに異なる３種類のブロッキング温度Ｔｂを有する反強磁性層を含む場合には、上記のような工程を実施することにより、それぞれの反強磁性層と交換結合する強磁性層（第１固定磁性層１５および第２固定磁性層２５、第１フリー磁性層１３ならびに第２フリー磁性層２３）に任意の方向の交換結合磁界Ｈｅｘを生じさせることができる。

以下、第１固定用交換結合膜５１１の第１固定用反強磁性層１６および第２固定用交換結合膜５２１の第２固定用反強磁性層２６に用いられうる積層型の反強磁性層について、詳しく説明する。

本発明の一実施形態に係る積層型の反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ−Ｍｎ）層を有する。上記の第１固定用反強磁性層１６および第２固定用反強磁性層２６は、元素ＸがＰｔであるから、Ｐｔ（Ｃｒ−Ｍｎ）層となる。このＰｔ（Ｃｒ−Ｍｎ）層は、反強磁性層（第１固定用反強磁性層１６、第２固定用反強磁性層２６）と交換結合する強磁性層（第１固定磁性層１５、第２固定磁性層２５）に相対的に近位な第１領域と、強磁性層（第１固定磁性層１５、第２固定磁性層２５）から相対的に遠位な第２領域とを有し、第１領域におけるＭｎの含有量は、第２領域におけるＭｎの含有量よりも高い。このような構造を有するＰｔ（Ｃｒ−Ｍｎ）層は、積層されたＰｔＭｎ層およびＰｔＣｒ層がアニール処理を受けることにより形成される。スパッタリングしながら表面分析を行うことにより得られる構成元素の深さ方向の含有量分布（デプスプロファイル）により確認することができる。

図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係る積層型の反強磁性層と同様の反強磁性層６４を備える交換結合膜５５を含む膜６０の構成の説明図である。図５（ｂ）は、この膜６０のデプスプロファイルの一例である。図５（ａ）に示されるように、膜６０は、以下の積層構成を有する。（）内の数値は膜厚（Å）を示す。反強磁性層６４を形成するために、固定磁性層６３に近位な側から、ＩｒＭｎ層６４１、ＰｔＭｎ層６４２およびＰｔＣｒ層６４３積層が積層される。

基板／下地層６１：ＮｉＦｅＣｒ（４０）／非磁性材料層６２：［Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（２０）］／固定磁性層６３：Ｃｏ_{４０ａｔ％}Ｆｅ_{６０ａｔ％}（２０）／反強磁性層６４［ＩｒＭｎ層６４１：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（１０）／ＰｔＭｎ層６４２：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１６）／ＰｔＣｒ層６４３：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］／保護層６５：Ｔａ（１００）

図５（ｂ）に示されるデプスプロファイルは、以下の構成を備えた膜６０に対して、１５ｋＯｅの磁場中において３５０℃で２０時間アニール処理して規則化させた膜から得られたものである。

図５（ｂ）のデプスプロファイルは、具体的には、保護層６５側からアルゴンスパッタリングしながらオージェ電子分光装置により表面分析を行うことによって得られた、深さ方向におけるＰｔ，Ｉｒ，ＣｒおよびＭｎの含有量分布からなる。アルゴンによるスパッタ速度はＳｉＯ_２換算で求め、１．１ｎｍ／分であった。

図６は、図５（ｂ）の一部を拡大したものである。図５（ｂ）および図６のいずれについても、固定磁性層６３および非磁性材料層６２の深さ位置を確認するために、Ｃｏ（固定磁性層６３の構成元素の１つ）の含有量分布およびＲｕ（非磁性材料層６２の反強磁性層６４側を構成する元素）の含有量分布についてもデプスプロファイルに含めてある。

図５（ｂ）に示されるように、反強磁性層６４の厚さは３０ｎｍ程度であって、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸとしてのＰｔおよびＩｒとＭｎおよびＣｒとを含有するＸ（Ｃｒ−Ｍｎ）層を備え、具体的には（Ｐｔ−Ｉｒ）（Ｃｒ−Ｍｎ）層からなるものである。そして、Ｘ（Ｃｒ−Ｍｎ）層（（Ｐｔ−Ｉｒ）（Ｃｒ−Ｍｎ）層）は、固定磁性層６３に相対的に近位な第１領域Ｒ１と、固定磁性層６３から相対的に遠位な第２領域Ｒ２とを有し、および第１領域Ｒ１におけるＭｎの含有量は、第２領域Ｒ２におけるＭｎの含有量よりも高い。このような構造は、ＸＣｒからなる層およびＸＭｎからなる層などを適宜積層して多層積層体を形成し、この多層積層体に対して上記のようなアニール処理を行うことにより得ることができる。

図７は、デプスプロファイルにより求められた各深さのＭｎの含有量およびＣｒの含有量に基づき算出された、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比（Ｍｎ／Ｃｒ比）を、図５（ｂ）と横軸の範囲を等しくして示したグラフである。図７に示される結果に基づき、本明細書において、Ｍｎ／Ｃｒ比が０．１となる深さを第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界とする。すなわち、反強磁性層６４において、固定磁性層６３に近位な領域でＭｎ／Ｃｒ比が０．１以上の領域を第１領域Ｒ１と定義し、反強磁性層６４における第１領域以外の領域を第２領域と定義する。この定義に基づくと、図５（ｂ）に示されるデプスプロファイルにおいて第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界は深さ４４．５ｎｍ程度に位置する。

Ｍｎ／Ｃｒ比が大きいことは交換結合磁界Ｈｅｘの大きさに影響を与えるのみならず、Ｍｎ／Ｃｒ比が大きいほど、Ｈｅｘ／Ｈｃの値が正の値で絶対値が大きくなりやすい。具体的には、第１領域Ｒ１は、Ｍｎ／Ｃｒ比が０．３以上の部分を有することが好ましく、Ｍｎ／Ｃｒ比が０．７以上の部分を有することがより好ましく、Ｍｎ／Ｃｒ比が１以上の部分を有することが特に好ましい。

このように第１領域Ｒ１にＭｎを相対的に多く含有するため、交換結合膜５５は高い交換結合磁界Ｈｅｘを発生させることができる。一方、第２領域Ｒ２においてＭｎの含有量が低く、相対的にＣｒの含有量が高いため、反強磁性層６４は、高いブロッキング温度Ｔｂを有する。このため、交換結合膜５５はは高温環境下に置かれても交換結合磁界Ｈｅｘが維持される。なお、上記の説明では、ＰｔＣｒ層６４３に対して固定磁性層６３側に積層される層はＰｔＭｎ層６４２およびＩｒＭｎ層６４１であったが、これに限定されない。ＰｔＣｒ層６４３よりも強磁性層に近位なＸ^０Ｍｎ層（ただし、Ｘ^０は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）が積層されてもよい。上記の第１固定用交換結合膜５１１では、Ｘ^０Ｍｎ層はＰｔＭｎ層（表１の５０ＰｔＭｎ）からなる。

図８（ａ）は、他の一実施形態に係る積層型の反強磁性層の構成を説明するための図である。本実施形態に係る積層型の反強磁性層における、前述の本発明の一実施形態に係る反強磁性層（第１固定用反強磁性層１６、第２固定用反強磁性層２６、反強磁性層６４）との相違は、反強磁性層を形成するための積層される複数の層の構成である。図８（ａ）に示されるように、膜７０の交換結合膜５６が備える反強磁性層７４は、Ｘ^１Ｃｒ層７４ＡとＸ^２Ｍｎ層７４Ｂとが交互に三層積層された交互積層構造（ただし、Ｘ^１およびＸ^２はそれぞれ白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であり、Ｘ^１とＸ^２とは同じでも異なっていてもよい）である。これら各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。反強磁性層７４は、成膜後、アニール処理されることにより規則化し、下地層７１および非磁性材料層７２の上に積層された固定磁性層７３と交換結合して、固定磁性層７３に交換結合磁界Ｈｅｘが発生する。

図８（ａ）には、Ｘ^１Ｃｒ層７４ＡとＸ^２Ｍｎ層７４Ｂとが三層以上積層された交互積層構造の一態様として、Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａの三層構造であってＸ^１Ｃｒ層７４Ａが固定磁性層７３に接する反強磁性層７４を示した。しかし、Ｘ^１Ｃｒ層７４ＡとＸ^２Ｍｎ層７４Ｂとを入れ替えた、Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂの三層構造としてもよい。この三層構造の場合、Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂが固定磁性層７３に接する。反強磁性層７４に係る層数が４以上である場合の形態については、後述する。

Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａが固定磁性層７３に最近位である場合には、保護層７５側のＸ^１Ｃｒ層７４Ａの膜厚Ｄ１を、固定磁性層７３に接するＸ^１Ｃｒ層７４Ａの膜厚Ｄ３よりも大きくすることが、交換結合磁界Ｈｅｘを高くする観点から好ましい。また、反強磁性層７４のＸ^１Ｃｒ層７４Ａの膜厚Ｄ１は、Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂの膜厚Ｄ２よりも大きいことが好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ２の比（Ｄ１：Ｄ２）は、５：１〜１００：１がより好ましく、１０：１〜５０：１がさらに好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ３の比（Ｄ１：Ｄ３）は、５：１〜１００：１がより好ましく、１０：１〜５０：１がさらに好ましい。

なお、Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂが固定磁性層７３に最近位であるＸ^２Ｍｎ層７４Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂの三層構造の場合には、固定磁性層７３に最近位なＸ^２Ｍｎ層７４Ｂの膜厚Ｄ３と保護層７５側のＸ^２Ｍｎ層７４Ｂの膜厚Ｄ１とを等しくしてもよい。

交換結合磁界Ｈｅｘを高くする観点から、Ｘ^１Ｃｒ層７４ＡのＸ^１はＰｔが好ましく、Ｘ^２Ｍｎ層７４ＢのＸ^２は、ＰｔまたはＩｒが好ましく、Ｐｔがより好ましい。Ｘ^１Ｃｒ層７４ＡをＰｔＣｒ層とする場合には、Ｐｔ_ＸＣｒ_{１００−Ｘ}（Ｘは４５原子％以上６２原子％以下）であることが好ましく、Ｘ^１ _ＸＣｒ_{１００−Ｘ}（Ｘは５０原子％以上５７原子％以下）であることがより好ましい。同様の観点から、Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂは、ＰｔＭｎ層が好ましい。

図８（ｂ）は、他の一実施形態の変形例に係る積層型の反強磁性層の構成を説明するための図である。本例では、図８（ａ）に示す膜７０と機能が等しい層に同じ符号を付して、説明を省略する。図８（ｂ）に示す膜７０Ａにおいては、固定磁性層７３と反強磁性層７４１とが交換結合膜５７を構成する。

図８（ｂ）に示す交換結合膜５７が図８（ａ）の交換結合膜５６と相違している点は、反強磁性層７４に係る層数が４以上であり、Ｘ^１Ｃｒ層７４ＡとＸ^２Ｍｎ層７４Ｂとからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有する点である。図８（ｂ）では、Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａ１とＸ^２Ｍｎ層７４Ｂ１とからなるユニット積層部４Ｕ１からＸ^１Ｃｒ層７４ＡｎとＸ^２Ｍｎ層７４Ｂｎとからなるユニット４Ｕｎまで、ｎ層積層されたユニット積層部４Ｕ１〜４Ｕｎを有している（ｎは２以上の整数）。

ユニット積層部４Ｕ１〜４Ｕｎにおける、Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａ１、・・・Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａｎは、それぞれ同じ膜厚Ｄ１であり、Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂ１、・・・Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂｎも、それぞれ同じ膜厚Ｄ２である。同じ構成のユニット積層部４Ｕ１〜４Ｕｎを積層し、得られた積層体をアニール処理することにより、交換結合膜５７の固定磁性層７３に高い交換結合磁界Ｈｅｘを発生させるとともに、反強磁性層７４の高温安定性を高めることが実現される。

なお、図８（ｂ）の反強磁性層７４は、ユニット積層部４Ｕ１〜４ＵｎとＸ^１Ｃｒ層７４Ａとからなり、Ｘ^１Ｃｒ層７４Ａが固定磁性層７３に接しているが、ユニット積層部４Ｕ１〜４Ｕｎのみからなるものであってもよい。ユニット積層部４Ｕ１〜４Ｕｎのみからなる積層体から形成された反強磁性層７４は、Ｘ^２Ｍｎ層７４Ｂｎが固定磁性層７３に接する。

ユニット積層部４Ｕ１〜４Ｕｎの積層数は、反強磁性層７４、膜厚Ｄ１および膜厚Ｄ２の大きさに応じて、設定することができる。例えば、膜厚Ｄ１が５〜１５Å、膜厚Ｄ１が３０〜４０Åの場合、高温環境下における交換結合磁界Ｈｅｘを高くするために、積層数は、３〜１５が好ましく、５〜１２がより好ましい。

＜第２の実施形態に係る磁気検出素子＞
図９は、本発明の第２の実施形態に係る磁気センサ（磁気検出装置）の回路ブロック図である。図１０は本発明の第２の実施形態に係る磁気検出素子の構成を示す説明図であって、図１０（ａ）は第１磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図であり、図１０（ｂ）は第２磁気検出素子をＺ１−Ｚ２方向からみた図である。図１１（ａ）は、図１０（ａ）のＶ３−Ｖ３線での断面図である。図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）のＶ４−Ｖ４線での断面図である。

本実施形態では、図２から図４に示す磁気センサ１００と機能が同じ構成に同じ符号を付して、説明を省略する。

図９に示されるように、磁気センサ１０１は、第１ハーフブリッジ回路ＨＢ１と第２ハーフブリッジ回路ＨＢ２とからなるフルブリッジ回路ＦＢを備え、各ハーフブリッジ回路が備える第１磁気検出素子Ｍ１と第２磁気検出素子Ｍ２とが同一の基板ＳＢ上に設けられている点で、磁気センサ１００と共通する。磁気センサ１０１は、各磁気検出素子の固定磁化方向Ｐおよびバイアス印加方向Ｆが磁気センサ１００と相違する。

第１磁気検出素子Ｍ１は第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１を備え、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１は、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き（固定磁化方向Ｐ）に磁化が固定された第１固定磁性層３４と、印加された外部磁場Ｈに沿って容易に磁化される第１フリー磁性層３６とを有するトンネル磁気抵抗効果膜からなる。

第１固定磁性層３４と、第１固定磁性層３４の第１フリー磁性層３６に対向する側とは反対側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）に積層された第１固定用反強磁性層３３とが第１固定用交換結合膜５３２を構成する。第１固定磁性層３４と第１固定用反強磁性層３３の間（界面）とには交換結合磁界Ｈｅｘが生じ、この交換結合磁界Ｈｅｘに基づいて、図９、図１０（ａ）および図１１（ａ）に黒矢印で示すように、第１固定磁性層３４はＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに固定磁化方向Ｐが設定される。

第１磁気検出素子Ｍ１は、第１フリー磁性層３６にバイアス磁界を印加する２つの第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２を備え、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２は、この順番で、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側からＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側へと基板ＳＢ上に並置される。また、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２は、この順番で、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側からＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側へとずれるように基板ＳＢ上に配置される。

第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２のそれぞれは、図１１（ａ）に示されるように、基板ＳＢ上に、下地層８１が設けられ、その上に第１強磁性層８３と第１バイアス用反強磁性層８４とが積層されて、第１バイアス用交換結合膜５３１を構成する。第１バイアス用反強磁性層８４と第１強磁性層８３との間（界面）にはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きの交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１２を、図１０（ａ）および図１１（ａ）では斜線でハッチングした矢印で示す。

第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２は上記のように配置されるため、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１のバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２のバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１２に基づいて、図９、図１０（ａ）および図１１（ａ）に白抜き矢印で示すように、Ｘ−Ｙ面内方向でＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きからＸ１−Ｘ２方向Ｘ２側に４５度傾いた向き（Ｘ２−Ｙ１方向）のバイアス磁界が印加される（バイアス印加方向Ｆ）。外部磁場Ｈが印加されていない状態では、このバイアス磁界に基づき、第１フリー磁性層３６はバイアス印加方向Ｆに磁化した状態となる。

第２磁気検出素子Ｍ２は第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２を備え、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２は、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き（固定磁化方向Ｐ）に磁化が固定された第２固定磁性層４４と、印加された外部磁場Ｈに沿って容易に磁化される第２フリー磁性層４６とを有するトンネル磁気抵抗効果膜からなる。

第２固定磁性層４４と、第２固定磁性層４４の第２フリー磁性層４６に対向する側とは反対側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）に積層された第２固定用反強磁性層４３とが第２固定用交換結合膜５４２を構成する。第２固定磁性層４４と第２固定用反強磁性層４３との間（界面）には交換結合磁界Ｈｅｘが生じ、この交換結合磁界Ｈｅｘに基づいて、図９、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）に黒矢印で示すように、第２固定磁性層４４はＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに固定磁化方向Ｐが設定される。すなわち、第１固定磁性層３４の固定磁化方向Ｐと第２固定磁性層４４の固定磁化方向Ｐとは共軸であって等しい向き（平行）になるように設定されている。

第２磁気検出素子Ｍ２は、第２フリー磁性層４６にバイアス磁界を印加する２つの第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２を備え、第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２および第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２２は、この順番で、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側からＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側へと基板ＳＢ上に並置される。また、第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２および第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２２は、この順番で、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ１側からＸ１−Ｘ２方向Ｘ２側へとずれるように基板ＳＢ上にも配置される。

第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２のそれぞれは、図１１（ｂ）に示されるように、基板ＳＢ上に、下地層９１が設けられ、その上に第２強磁性層９３と第２バイアス用反強磁性層９４とが積層されて、第２バイアス用交換結合膜５４１を構成する。第２バイアス用反強磁性層９４と第２強磁性層９３との間（界面）にはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きの交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１および第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２２に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２２を、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）では斜線でハッチングした矢印で示す。

第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２および第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２２は上記のように配置されるため、第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１のバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１および第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２２のバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２２に基づいて、図９、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）に白抜き矢印で示すように、Ｘ−Ｙ面内方向でＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きからＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側に４５度傾いた向き（Ｘ１−Ｙ１方向）のバイアス磁界が印加される（バイアス印加方向Ｆ）。外部磁場Ｈが印加されていない状態では、このバイアス磁界に基づき、第２フリー磁性層４６はバイアス印加方向Ｆに磁化した状態となる。第１フリー磁性層３６に印加されるバイアス磁界の方向（バイアス印加方向Ｆ）と第２フリー磁性層４６に印加されるバイアス磁界の方向（バイアス印加方向Ｆ）とはＺ１−Ｚ２方向からみて直交している。

このように、第１固定磁性層３４の固定磁化方向Ｐと第２固定磁性層４４の固定磁化方向Ｐとが平行である。一方、第１フリー磁性層３６のバイアス印加方向Ｆと第２フリー磁性層４６のバイアス印加方向Ｆとは、上記の固定磁化方向Ｐから互いに反対向きに傾き、結果、Ｚ１−Ｚ２方向からみて直交に設定されている。

このため、磁気センサ１０１にＸ１−Ｘ２方向に外部磁場Ｈが印加されて、第１フリー磁性層３６の磁化方向および第２フリー磁性層４６の磁化方向が外部磁場Ｈの方向に沿うように回転する際に、固定磁化方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）との関係が相違する。例えば、外部磁場ＨがＸ１−Ｘ２方向Ｘ２向きである場合には、第１フリー磁性層３６の磁化方向および第２フリー磁性層４６の磁化方向はいずれも図９において反時計回りに回転する。この回転によって、第１フリー磁性層３６の磁化方向は固定磁化方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）と直交関係に近づくが、第２フリー磁性層４６の磁化方向は、いったん固定磁化方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）と平行関係となり、その後、直交関係となる。したがって、外部磁場Ｈが印加された直後は、第１磁気検出素子Ｍ１の抵抗値は大きくなるが、第１磁気検出素子Ｍ１の抵抗値は小さくなる。このため、差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）の出力は負となる。これに対し、外部磁場ＨがＸ１−Ｘ２方向Ｘ１向きである場合には、外部磁場Ｈが印加された直後は、第１磁気検出素子Ｍ１の抵抗値は小さくなるが、第１磁気検出素子Ｍ１の抵抗値は大きくなる。このため、差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）の出力は正となる。

このように、外部磁場Ｈが印加された直後は、外部磁場Ｈの印加方向に応じて差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）の出力極性が相違するため、例えばフィードバックコイルを併用すれば、外部磁場Ｈを打ち消すキャンセル磁界を発生させるためのコイル電流の向きを適切に制御することが可能となる。

以上説明したように、磁気センサ１０１では、交換結合磁界Ｈｅｘによって、第１磁気検出素子Ｍ１および第２磁気検出素子Ｍ２に関する固定磁化方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）、第１磁気検出素子Ｍ１に関するバイアス印加方向Ｆ（Ｘ２−Ｙ１方向）、第２磁気検出素子Ｍ２に関するバイアス印加方向Ｆ（Ｘ１−Ｙ１方向）の３方向に磁化が設定されている。この３方向の磁化設定を実現するために、磁気センサ１０１では、磁気センサ１００と同様に、交換結合磁界Ｈｅｘの発生に関わる反強磁性層として、ブロッキング温度が互いに異なる３種類の材料を用いている。

具体的には、第１固定用反強磁性層３３のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層４３のブロッキング温度Ｔｂｆ２が、それぞれ、第１バイアス用反強磁性層３７のブロッキング温度Ｔｂ１および第２バイアス用反強磁性層４７のブロッキング温度Ｔｂ２のいずれよりも高くなるようにしている。また、第１バイアス用反強磁性層３７のブロッキング温度Ｔｂ１は第２バイアス用反強磁性層４７のブロッキング温度Ｔｂ２よりも高くなるようにしている。このようにブロッキング温度が異なることにより、互いに異なる３方向に交換結合磁界の方向を設定することができる。

図１１（ａ）に示されるように、トンネル磁気抵抗効果膜からなる第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１は、基板ＳＢ上に形成された下部電極３１の上に、下から、シード層３２、第１固定用反強磁性層３３、第１固定磁性層３４、絶縁障壁層３５、第１フリー磁性層３６、上部電極３８の順に積層されて形成される。

表５に第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１の具体例を示す。表５の左端列は第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１の各層を示し、それぞれを構成する材料の例が右から２列目に示されている。右端列の数値は各層の厚さ（単位：オングストローム（Å））を示している。

下部電極３１は、基板ＳＢ側から３０ÅのＴａ層、２００ÅのＣｕ層、３０ÅのＴａ層、２００ÅのＣｕ層および１５０ÅのＴａ層が積層されてなる。

シード層３２は下部電極３１上に形成され、その上に形成される各層の結晶配向性を整えるために用いられ、ＲｕやＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ等で形成される。表５では、シード層３２は厚さ４２ÅのＮｉＦｅＣｒ合金からなる。

第１固定用反強磁性層３３はシード層３２の上に積層される。第１固定用反強磁性層３３を形成するために、シード層３２に近位な側から、厚さ３００ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｃｒ_{５０原子％}からなる層、厚さ１４ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｍｎ_{５０原子％}からなる層および厚さ８ÅのＩｒ_{２０原子％}Ｍｎ_{８０原子％}からなる層が積層される。第１固定用反強磁性層３３をアニール処理することにより、第１固定用反強磁性層３３は規則化して第１固定磁性層３４と交換結合して第１固定用交換結合膜５３２を形成し、第１固定用反強磁性層３３と第１固定磁性層３４との間（界面）に交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第１固定用反強磁性層３３のブロッキング温度Ｔｂｆ１は５００℃程度である。したがって、第１固定用交換結合膜５３２が４００℃程度に加熱されても、その交換結合磁界Ｈｅｘは維持される。第１固定用反強磁性層３３を形成するために積層される各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。なお、ＰｔＣｒ層など合金層を成膜する際には、合金を形成する複数種類の金属（ＰｔＣｒ層の場合にはＰｔおよびＣｒ）を同時に供給してもよいし、合金を形成する複数種類の金属を交互に供給してもよい。前者の具体例として合金を形成する複数種類の金属の同時スパッタが挙げられ、後者の具体例として異なる種類の金属膜の交互積層が挙げられる。合金を形成する複数種類の金属の同時供給が交互供給よりも交換結合磁界Ｈｅｘを高めることにとって好ましい場合がある。

第１固定磁性層３４は、表５に示すように、第１固定用反強磁性層３３に近位な側から、強磁性層（９０ＣｏＦｅ）、非磁性中間層（Ｒｕ）、強磁性層（５０ＦｅＣｏ）の順に積層された積層フェリ構造を有する。さらに、バリア層（Ｔａ）および強磁性層（（５０ＣｏＦｅ）Ｂ３０、５０ＦｅＣｏ）が設けられている。第１固定磁性層３４は、上記のとおり第１固定用反強磁性層３３との間で生じる交換結合磁界Ｈｅｘや非磁性中間層を挟む２つの強磁性層（９０ＣｏＦｅ、６０ＦｅＣｏ）間で生じるＲＫＫＹ相互作用により、磁化が一方向（図１１（ａ）ではＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向き）に固定される。

絶縁障壁層３５は第１固定磁性層３４の上に形成される。表５の例では、絶縁障壁層３５は厚さ２０ÅのＭｇＯで形成される。Ｍｇの組成比は４０原子％以上６０原子％以下の範囲内であることが好ましい。Ｍｇ_{５０原子％}Ｏ_{５０原子％}であることがより好ましい。

第１フリー磁性層３６は絶縁障壁層３５の上に積層される。第１フリー磁性層３６は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ層とＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層との積層構造で構成される。表５に示される例では、２層構成（５０ＦｅＣｏ、（５０ＣｏＦｅ）Ｂ３０）である。第１フリー磁性層３６の磁化方向は外部磁場Ｈの印加される方向に応じてＸ−Ｙ面内で磁化変動可能である。外部磁場Ｈが印加されていない状態での第１フリー磁性層３６の磁化方向を揃える観点から、第１フリー磁性層３６に対して、第１磁界印加バイアス膜ＭＲ１１の第１バイアス用交換結合膜５３１のバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＲ１２の第１バイアス用交換結合膜５３１のバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１２に基づくバイアス磁界がＸ２−Ｙ１方向（バイアス印加方向Ｆ）に印加されている。

上部電極３８は第１フリー磁性層３６の上に積層される。表５に示す例では、上部電極３８は、第１フリー磁性層３６に近位な側から、厚さ５０ÅのＲｕ層、厚さ１００ÅのＴａ層および厚さ７０ÅのＲｕ層が積層されてなる。

第１磁界印加バイアス膜ＭＲ１１、ＭＢ１２の具体例は、本発明の第１の実施形態に係る磁気センサ１００が備える第１磁界印加バイアス膜ＭＲ１１、ＭＢ１２の具体例（表２）と構成が共通するため、詳細な説明を省略する。第１バイアス用反強磁性層８４は第１強磁性層８３の上に積層される。表２にも示したように、第１バイアス用反強磁性層８４は厚さ３００ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｍｎ_{５０原子％}からなる。第１バイアス用反強磁性層８４をアニール処理することにより、第１バイアス用反強磁性層８４は規則化して第１強磁性層８３と交換結合して第１バイアス用交換結合膜５３１を形成し、第１バイアス用反強磁性層８４と第１強磁性層８３との間（界面）にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２が生じる。第１バイアス用反強磁性層８４のブロッキング温度Ｔｂ１は４００℃程度である。したがって、第１バイアス用交換結合膜５３１が３００℃程度に加熱されても、そのバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２は維持される。それゆえ、バイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２に基づいて第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１の第１フリー磁性層３６に印加されるバイアス磁界は、第１磁気検出素子Ｍ１が３００℃程度に加熱されても維持される。

表６に第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２の具体例を示す。表６の左端列は第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２の各層を示し、それぞれを構成する材料の例が右から２列目に示されている。右端列の数値は各層の厚さ（単位：オングストローム（Å））を示している。

下部電極４１、シード層４２、第２固定磁性層４４、絶縁障壁層４５、第２フリー磁性層４６、および上部電極４８の構成は、それぞれ、下部電極３１、シード層３２、第１固定磁性層３４、絶縁障壁層３５、第１フリー磁性層３６、および上部電極３８の構成と等しいので説明を省略する。

第２固定用反強磁性層４３を形成するために、シード層４２に近位な側から、厚さ３００ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｃｒ_{５０原子％}からなる層、厚さ１４ÅのＰｔ_{５０原子％}Ｍｎ_{５０原子％}からなる層および厚さ８ÅのＩｒ_{２０原子％}Ｍｎ_{８０原子％}からなる層が積層される。第２固定用反強磁性層４３をアニール処理することにより、第２固定用反強磁性層４３は規則化して第２固定磁性層４４と交換結合して第２固定用交換結合膜５４２を形成し、第２固定用反強磁性層４３と第２固定磁性層４４との間（界面）に交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。第２固定用反強磁性層４３のブロッキング温度Ｔｂｆ２は５００℃程度である。したがって、第２固定用交換結合膜５４２が４００℃程度に加熱されても、その交換結合磁界Ｈｅｘは維持される。第２固定用反強磁性層４３を形成するために積層される各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。

第２磁界印加バイアス膜ＭＲ２１、ＭＢ２２の具体例は、本発明の第１の実施形態に係る磁気センサ１００が備える第２磁界印加バイアス膜ＭＲ２１、ＭＢ２２の具体例（表４）と構成が共通するため、詳細な説明を省略する。第２バイアス用反強磁性層９４は第２強磁性層９３の上に積層される。表４にも示したように、第２バイアス用反強磁性層９４は厚さ８０ÅのＩｒ_{２０原子％}Ｍｎ_{８０原子％}からなる。第２バイアス用反強磁性層９４は第２強磁性層９３と第２バイアス用交換結合膜５４１を形成し、第２バイアス用反強磁性層９４と第２強磁性層９３との間（界面）にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２が生じる。第２バイアス用反強磁性層４７のブロッキング温度Ｔｂ２は３００℃程度であり、第１バイアス用反強磁性層３７のブロッキング温度Ｔｂ１（４００℃程度）よりも低い。

このように、磁気センサ１０１が互いに異なる３種類のブロッキング温度Ｔｂを有する反強磁性層を含むため、各層を成膜したのち次のように熱処理を行う製造方法を行うことによって、各磁気検出素子（第１磁気検出素子Ｍ１、第２磁気検出素子Ｍ２）の固定磁化方向Ｐおよびバイアス印加方向Ｆが所定の方向に設定された磁気センサ１０１を製造することができる。

まず、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２を構成する各層を積層し、得られた積層体に対して、固定磁化軸設定工程を行う。この工程では、次の第１固定用反強磁性層３３および第２固定用反強磁性層４３を、熱処理により規則化する。その温度は、規則化が実現される限り特に限定されない。通常、第１固定用反強磁性層３３のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層４３のブロッキング温度Ｔｂｆ２よりもやや低い温度、例えば３００℃から４００℃程度とされる。熱処理の時間も規則化が実現される限り任意である。限定されない例示として、１位時間以上、具体的には５時間程度が挙げられる。

こうして第１固定用反強磁性層３３および第２固定用反強磁性層４３が規則化して、第１固定用交換結合膜５３２および第２固定用交換結合膜５４２に交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。この規則化の際に、第１固定用反強磁性層３３の磁化方向は第１固定磁性層３４の磁化方向に揃う。このため、第１固定磁性層３４の磁化方向に揃うように第１固定用交換結合膜５３２の交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。また、第２固定用反強磁性層４３の磁化方向の規則化の際に第２固定磁性層４４の磁化方向に揃う。このため、第２固定磁性層４４の磁化方向に揃うように第２固定用交換結合膜５４２の交換結合磁界Ｈｅｘが生じる。

そこで、第１固定磁性層３４および第２固定磁性層４４を成膜する際にその磁化方向をＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに設定しておくことにより、固定磁化軸設定工程において、第１固定磁性層１５の固定磁化方向Ｐと第２固定磁性層２５の固定磁化方向Ｐとを共軸に（具体的には平行に）設定することができる。前述の第１の実施形態に係る磁気センサ１００の場合には、第１固定磁性層１５および第２固定磁性層２５では磁化方向が反平行であるため、異なる成膜プロセスとなるが、第２の実施形態に係る磁気センサ１０１の場合には、第１固定磁性層３４および第２固定磁性層４４を同一の成膜プロセスにより製造することができる。

上記のように第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２について固定磁化軸の設定が終了したら、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１に並置されるように２つの第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２を構成する各層を積層し、第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２に並置されるように２つの第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２を構成する各層を積層する。

次に、第１固定用反強磁性層３３のブロッキング温度Ｔｂｆ１よりも低く、第２固定用反強磁性層４３のブロッキング温度Ｔｂｆ２よりも低い温度（例えば３５０℃）で熱処理を行う第１バイアス磁界設定工程を行う。この熱処理において、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに外部磁場を印加することにより、印加された外部磁場の方向に沿って、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、ＭＢ１２の第１バイアス用反強磁性層８４と第１強磁性層８３との間にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２が生じる。これらのバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２に基づき、第１フリー磁性層３６には、Ｘ２−Ｙ１方向（バイアス印加方向Ｆ）のバイアス磁界が印加される。こうして設定された第１フリー磁性層３６のバイアス印加方向Ｆは、第１固定磁性層３４の固定磁化方向Ｐとは非平行であり、具体的にはＺ１−Ｚ２方向からみてＸ１−Ｘ２方向Ｘ２向きに４５度傾いている。

第１バイアス磁界設定工程の熱処理温度は、第１固定用反強磁性層３３のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層４３のブロッキング温度Ｔｂｆ２よりも低いため、第１固定磁性層３４において設定された固定磁化方向Ｐおよび第２固定磁性層４４において設定された固定磁化方向Ｐは印加された外部磁場の方向に沿うことはなく、それぞれの方向を維持することができる。なお、第１バイアス磁界設定工程によって第２バイアス用反強磁性層４７と第２フリー磁性層４６との間に交換結合磁界Ｈｅｘが生じるが、次に説明する第２バイアス磁界設定工程によって第２バイアス用反強磁性層４７と第２フリー磁性層４６との間の交換結合磁界Ｈｅｘの向きを任意に設定することができる。

最後に、第１バイアス用反強磁性層３７のブロッキング温度Ｔｂ１よりも低い温度（例えば３００℃）で熱処理を行う第２バイアス磁界設定工程を行う。この熱処理において、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに外部磁場を印加すると、印加された磁場の方向に沿って、第２磁界印加バイアス膜ＭＢ２１、ＭＢ２２の第２バイアス用反強磁性層９４と第２強磁性層９３との間にバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２が生じる。これらのバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２に基づき、第２フリー磁性層４６には、Ｘ１−Ｙ１方向（バイアス印加方向Ｆ）のバイアス磁界が印加される。こうして設定された第２フリー磁性層４６のバイアス印加方向Ｆは、第２固定磁性層４４の固定磁化方向Ｐとは非平行であり、具体的にはＺ１−Ｚ２方向からみてＸ１−Ｘ２方向Ｘ１向きに４５度傾いている。

第２バイアス磁界設定工程の熱処理温度は、第１固定用反強磁性層３３のブロッキング温度Ｔｂｆ１および第２固定用反強磁性層４３のブロッキング温度Ｔｂｆ２ならび第１バイアス用反強磁性層３７のブロッキング温度Ｔｂ１によりも低いため、第１固定磁性層３４において設定された固定磁化方向Ｐおよび第２固定磁性層４４において設定された固定磁化方向Ｐならびに第１フリー磁性層３６に印加されるバイアス磁界の方向（バイアス印加方向Ｆ）は印加された磁場の方向に沿うことはなく、それぞれの方向を維持することができる。

このように、磁気センサ１０１が互いに異なる３種類のブロッキング温度Ｔｂを有する反強磁性層を含む場合には、上記のような工程を実施することにより、それぞれの反強磁性層と交換結合する強磁性層（第１固定磁性層３４および第２固定磁性層４４、第１フリー磁性層３６ならびに第２フリー磁性層４６）に任意の方向の交換結合磁界Ｈｅｘを生じさせることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、第１の実施形態に係る磁気センサ１００では、第１磁気検出素子Ｍ１および第２磁気検出素子Ｍ２のそれぞれについて、固定磁化方向Ｐとバイアス印加方向Ｆとは直交し、第１磁気検出素子Ｍ１と第２磁気検出素子Ｍ２とは、固定磁化方向Ｐは反平行であり、バイアス印加方向Ｆは平行となっているが、第２の実施形態に係る磁気センサ１０１と同様に、第１磁気検出素子Ｍ１および第２磁気検出素子Ｍ２の固定磁化方向Ｐは平行であり、第１磁気検出素子Ｍ１のバイアス印加方向Ｆと第２磁気検出素子Ｍ２のバイアス印加方向Ｆとが、固定磁化方向Ｐを挟んで反対向きに傾き、互いに直交していてもよい。第２の実施形態に係る磁気センサ１０１の固定磁化方向Ｐとバイアス印加方向Ｆとの関係が第１の実施形態に係る磁気センサ１００のように設定されていてもよい。

第１の実施形態に係る磁気センサ１００が備える第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２は巨大磁気抵抗効果膜であったが、第２の実施形態と同様にトンネル磁気抵抗効果膜であってもよい。第２の実施形態に係る磁気センサ１０１が備える第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２はトンネル磁気抵抗効果膜であったが、第１の実施形態と同様に巨大磁気抵抗効果膜であってもよい。

第１の実施形態に係る磁気センサ１００が備える第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２は、基板ＳＢに近位な側にフリー磁性層が位置するいわゆるトップピン構造であるが、第２の実施形態と同様に基板ＳＢに近位な側に固定磁性層が位置するいわゆるボトムピン構造であってもよい。第２の実施形態に係る磁気センサ１０１が備える第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第２磁気抵抗効果膜ＭＲ２は、基板ＳＢに近位な側に固定磁性層が位置するいわゆるボトムピン構造であるが、第２の実施形態と同様に基板ＳＢに近位な側にフリー磁性層が位置するいわゆるトップピン構造であってもよい。

第１の実施形態に係る磁気センサ１００および第２の実施形態に係る磁気センサ１０１のいずれについても、フリー磁性層および固定磁性層は多層構造であるが、いずれか一方または双方が単層構造であってもよい。

第２の実施形態に係る磁気センサ１０１において、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２の配置をＹ１−Ｙ２方向からＸ１−Ｘ２方向の互いに異なる向きにずらすことにより、バイアス印加方向ＦをＸ２−Ｙ１方向に設定したが、図１２に示すように、上記の方法以外の方法によってバイアス印加方向ＦをＸ２−Ｙ１方向に設定してもよい。図１２（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気検出素子の変形例の一つの構成を示す説明図である。図１２（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気検出素子の変形例の他の一つの構成を示す説明図である。

図１２（ａ）では、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２を、この順番で、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側からＹ１−Ｙ２方向Ｙ１側へと並置させ、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１２のそれぞれをＸ２−Ｙ１方向に設定することにより、バイアス印加方向ＦをＸ２−Ｙ１方向に設定している。この構成の場合には、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１に印加されるバイアス磁界の方向を揃えやすくする観点から、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２のＸ１−Ｘ２方向の長さを、これらの間に位置する第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１のＸ１−Ｘ２方向の長さよりも長くすることが好ましい。

図１２（ｂ）では、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２に生じるバイアス用交換結合磁界Ｈｅｘ１２はいずれもＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きであるが、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１に対してＹ１−Ｙ２方向に並置される第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２の第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１との距離をＸ１−Ｘ２方向に異ならせることにより、バイアス印加方向ＦをＸ２−Ｙ１方向に設定している。具体的には、図１２（ａ）の構成との対比で、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１および第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２はいずれも、反時計回りに傾いた状態で配置される。このため、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１１と第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１との距離はＸ１−Ｘ２方向Ｘ２側ほど短い。それゆえ、バイアス磁界は、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側に寄るほど強く第１フリー磁性層３６に印加される。また、第１磁界印加バイアス膜ＭＢ１２と第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１との距離はＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側ほど短いため、バイアス磁界は、Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ１側に寄るほど強く第１フリー磁性層３６に印加される。その結果、第１磁気抵抗効果膜ＭＲ１へのバイアス印加方向Ｆは図１２（ｂ）に示されるようにＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きから反時計回り（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２側）に傾く。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（実施例１）
交換結合磁界Ｈｅｘの強度と環境温度との関係を確認するために、次の構成の積層膜を作製した。()内は各層の厚さ（単位：Å）である。
基板／下地層：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／反強磁性層／固定磁性層：９０ＣｏＦｅ（１００）／保護層：Ｔａ（９０）
本例では、反強磁性層の積層構成を、下地層に近位な側から、５４ＰｔＣｒ（２８０）／５０ＰｔＭｎ（２０）として、得られた積層膜を１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例２）
実施例１の反強磁性層の積層構成を、下地層に近位な側から、５０ＰｔＭｎ（３００）として積層膜を形成し、得られた積層膜を１ｋＯｅの磁場中において３００℃で４時間アニール処理し、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例３）
実施例１の反強磁性層の積層構成を、下地層に近位な側から、２０ＩｒＭｎ（８０）として積層膜を形成し、得られた積層膜を１ｋＯｅの磁場中において３００℃で１時間アニール処理し、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定して交換結合膜を得た。

ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて、実施例１から実施例３に係る交換結合膜の磁化曲線を、環境温度（単位：℃）を変化させながら測定し、得られたヒステリシスループから、各温度の交換結合磁界Ｈｅｘ（単位：Ｏｅ）を求めた。各温度の交換結合磁界Ｈｅｘ、および各温度の交換結合磁界Ｈｅｘを室温での交換結合磁界Ｈｅｘで規格化した値（室温規格化の交換結合磁界）を表７から表９に示すとともに、室温規格化の交換結合磁界と測定温度との関係を示すグラフを図１３に示す。

表７から表９および図１３に示されるように、実施例１から実施例３に係る交換結合膜は環境温度に対する交換結合磁界Ｈｅｘの維持の程度が異なる。特に、実施例１に係る積層型の反強磁性層を備える交換結合膜は実施例２および実施例３に係る交換結合膜の交換結合磁界Ｈｅｘが実質的に消滅する３５０℃から４００℃の温度においても、交換結合磁界Ｈｅｘを維持することができる。

Ｈｅｘ ：交換結合磁界
Ｈｅｘ１１、Ｈｅｘ１２、Ｈｅｘ２１、Ｈｅｘ２２：バイアス用交換磁界結合
Ｈｃ ：保磁力
１００、１０１ ：磁気センサ（磁気検出装置）
ＦＢ ：フルブリッジ回路
ＨＢ１ ：第１ハーフブリッジ回路
ＨＢ２ ：第２ハーフブリッジ回路
ＧＮＤ ：グランド端子
Ｖｄｄ ：電源端子
Ｍ１ ：第１磁気検出素子
Ｍ２ ：第２磁気検出素子
ＭＢ１１、ＭＢ１２ ：第１磁界印加バイアス膜
ＭＢ２１、ＭＢ２２ ：第２磁界印加バイアス膜
ＭＲ１ ：第１磁気抵抗効果膜
ＭＲ２ ：第２磁気抵抗効果膜
Ｈ ：外部磁場
Ｐ ：固定磁化方向
Ｆ ：バイアス印加方向
ＳＢ ：基板
１、１１、２１、６１、７１、８１、９１ ：下地層
１３、３６ ：第１フリー磁性層
１４、２４、８２、９２ ：非磁性材料層
１５、３４ ：第１固定磁性層（固定用強磁性層）
１６、３３ ：第１固定用反強磁性層
１７、２７、６５、７５、８５、９５ ：保護層
２３、４６ ：第２フリー磁性層
２５、４４ ：第２固定磁性層（固定用強磁性層）
２６、４３ ：第２固定用反強磁性層
８３ ：第１強磁性層
９３ ：第２強磁性層
８４ ：第１バイアス用反強磁性層
９４ ：第２バイアス用反強磁性層
５１１、５３２ ：第１固定用交換結合膜
５１２、５３１ ：第１バイアス用交換結合膜
５２１、５４２ ：第２固定用交換結合膜
５２２、５４１ ：第２バイアス用交換結合膜
３１、４１ ：下部電極
３２、４２ ：シード層
３５、４５ ：絶縁障壁層
３８、４８ ：上部電極
５５、５６、５７ ：交換結合膜
６０、７０、７０Ａ ：膜
６２、７２ ：非磁性材料層
６３、７３ ：強磁性層
６４、７４、７４１ ：反強磁性層
６４１ ：ＩｒＭｎ層
６４２ ：ＰｔＭｎ層
６４３ ：ＰｔＣｒ層
Ｒ１ ：第１領域
Ｒ２ ：第２領域
７４Ａ、７４Ａ１、７４Ａｎ ：Ｘ^１Ｃｒ層
７４Ｂ、７４Ｂ１、７４Ｂｎ ：Ｘ^２Ｍｎ層
４Ｕ１、４Ｕｎ ：ユニット積層部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ ：膜厚

Claims (21)

1. 第１固定磁性層と第１フリー磁性層とが積層された第１磁気抵抗効果膜および前記第１フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第１磁界印加バイアス膜を備える第１磁気検出素子、ならびに第２固定磁性層と第２フリー磁性層とが積層された第２磁気抵抗効果膜および前記第２フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第２磁界印加バイアス膜を備える第２磁気検出素子を有するフルブリッジ回路を備える磁気検出装置であって、
   前記フルブリッジ回路は、前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とが直列に接続されてなる第１ハーフブリッジ回路と、前記第２磁気検出素子と前記第１磁気検出素子とが直列に接続されてなる第２ハーフブリッジ回路と、が、電源端子とグランド端子との間で並列接続されてなり、
   前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とは同一の基板上に設けられ、
   前記第１磁気抵抗効果膜は、前記第１固定磁性層と第１固定用反強磁性層とが積層された第１固定用交換結合膜を有し、
   前記第１磁界印加バイアス膜は、第１強磁性層と第１バイアス用反強磁性層とが積層された第１バイアス用交換結合膜を有し、
   前記第２磁気抵抗効果膜は、前記第２固定磁性層と第２固定用反強磁性層とが積層された第２固定用交換結合膜を有し、
   前記第２磁界印加バイアス膜は、第２強磁性層と第２バイアス用反強磁性層とが積層された第２バイアス用交換結合膜を有し、
   前記第１固定磁性層の固定磁化軸と前記第２固定磁性層の固定磁化軸とは共軸に設定され、
   前記第１バイアス用交換結合膜の交換結合磁界の方向と前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定され、前記第２バイアス用交換結合膜の交換結合磁界の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定され、
   前記第１固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ１および前記第２固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ２は、それぞれ、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１および前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２のいずれよりも高く、
   前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１は前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２よりも高いこと
   を特徴とする磁気検出装置。
2. 前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは反平行に設定され、
   前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向と前記第２バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向とは平行に設定され、
   前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向とは非平行に設定された、請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは平行に設定され、
   前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向と前記第２バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向とは非平行に設定された、請求項１に記載の磁気検出装置。
4. 前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向に対する前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向の積層方向視での傾き角度は、前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向に対する前記第２バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向の積層方向視での傾き角度と反対向きで絶対値が等しい、請求項３に記載の磁気検出装置。
5. 前記第１固定用反強磁性層および前記第２固定用反強磁性層の少なくとも一方である固定用反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ−Ｍｎ）層を備え、
   前記Ｘ（Ｃｒ−Ｍｎ）層は、前記固定用反強磁性層と交換結合する固定用強磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記固定用強磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
   前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高い、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
6. 前記第１領域が前記固定用強磁性層に接している、請求項５に記載の磁気検出装置。
7. 前記第１領域は、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比であるＭｎ／Ｃｒ比が０．３以上の部分を有する、請求項５または６に記載の磁気検出装置。
8. 前記第１領域は、前記Ｍｎ／Ｃｒ比が１以上である部分を有する、請求項７に記載の磁気検出装置。
9. 前記固定用反強磁性層は、ＰｔＣｒ層と、前記ＰｔＣｒ層よりも前記固定用強磁性層に近位なＸ^０Ｍｎ層（ただし、Ｘ^０は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とが積層されてなる、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
10. 前記固定用反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記固定用強磁性層に近位になるように積層されてなる、請求項５から８のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
11. 前記ＰｔＭｎ層よりも前記固定用強磁性層に近位にさらにＩｒＭｎ層が積層された、請求項１０に記載の磁気検出装置。
12. 前記第１固定用反強磁性層および前記第２固定用反強磁性層の少なくとも一方である固定用反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層（ただし、Ｘ^１は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ^２Ｍｎ層（ただし、Ｘ^２は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ^１と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
13. 前記Ｘ^１がＰｔであり、前記Ｘ^２がＰｔまたはＩｒである、請求項１２に記載の磁気検出装置。
14. 前記固定用反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有する、請求項１２または１３に記載の磁気検出装置。
15. 前記ユニット積層部における、前記Ｘ^１Ｃｒ層および前記Ｘ^２Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚であり、前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚が、前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚よりも大きい、請求項１４に記載の磁気検出装置。
16. 前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚と前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚との比が、５：１〜１００：１である、請求項１５に記載の磁気検出装置。
17. 前記第１バイアス用反強磁性層はＰｔＭｎ層からなり、前記第２バイアス用反強磁性層はＩｒＭｎ層からなる、請求項４から１６のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
18. 第１固定磁性層と第１フリー磁性層とが積層された第１磁気抵抗効果膜および前記第１フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第１磁界印加バイアス膜を備える第１磁気検出素子、ならびに第２固定磁性層と第２フリー磁性層とが積層された第２磁気抵抗効果膜および前記第２フリー磁性層にバイアス磁界を印加する第２磁界印加バイアス膜を備える第２磁気検出素子を有するフルブリッジ回路を備える磁気検出装置の製造方法であって、
    前記フルブリッジ回路は、前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とが直列に接続されてなる第１ハーフブリッジ回路と、前記第２磁気検出素子と前記第１磁気検出素子とが直列に接続されてなる第２ハーフブリッジ回路と、が、電源端子とグランド端子との間で並列接続されてなり、
    前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とは同一の基板上に設けられ、
    前記第１磁気抵抗効果膜は、前記第１固定磁性層と第１固定用反強磁性層とが積層された第１固定用交換結合膜を有し、
    前記第１磁界印加バイアス膜は、第１強磁性層と第１バイアス用反強磁性層とが積層された第１バイアス用交換結合膜を有し、
    前記第２磁気抵抗効果膜は、前記第２固定磁性層と第２固定用反強磁性層とが積層された第２固定用交換結合膜を有し、
    前記第２磁界印加バイアス膜は、第２強磁性層と第２バイアス用反強磁性層とが積層された第２バイアス用交換結合膜を有し、
    前記第１固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ１および前記第２固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ２は、それぞれ、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１および前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２のいずれよりも高く、
    前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１は前記第２バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ２よりも高く、
    前記第１固定用反強磁性層および前記第２固定用反強磁性層を熱処理により規則化して、前記第１バイアス用交換結合膜および前記第２バイアス用交換結合膜に交換結合磁界を生じさせることにより、前記第１固定磁性層の固定磁化軸と前記第２固定磁性層の固定磁化軸とを共軸に設定する固定磁化軸設定工程と、
    前記第１固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ１および前記第２固定用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂｆ２より低い温度で外部磁場を印加しながら熱処理することにより、前記第１バイアス用交換結合膜によるバイアス磁界の方向を前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定する第１バイアス磁界設定工程と、
    前記第１バイアス磁界設定工程の後に、前記第１バイアス用反強磁性層のブロッキング温度Ｔｂ１より低い温度で外部磁場を印加しながら熱処理することにより、前記第２バイアス用交換結合膜によるバイアス磁界の方向を前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定する第２バイアス磁界設定工程と、
    を備えることを特徴とする磁気検出装置の製造方法。
19. 前記固定磁化軸設定工程では、前記第１固定用交換結合膜の交換結合磁界の方向を第１固定磁性層の磁化方向に揃え、前記第２固定用交換結合膜の交換結合磁界の方向を第２固定磁性層の磁化方向に揃える、請求項１８に記載の磁気検出装置の製造方法。
20. 前記固定磁化軸設定工程では、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とを反平行に設定し、
    第１バイアス磁界設定工程では、前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向を、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定し、
    第２バイアス磁界設定工程では、前記第２バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向を、前記第１バイアス用反強磁性層の交換結合磁界の方向と平行に設定する、
    請求項１８または１９に記載の磁気検出装置の製造方法。
21. 前記固定磁化軸設定工程では、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向と前記第２固定磁性層の固定磁化軸の方向とを平行に設定し、
    前記第１バイアス磁界設定工程では、前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向を、前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向とは非平行に設定し、
    前記第２バイアス磁界設定工程では、前記第２バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向を前記第１固定磁性層の固定磁化軸の方向および前記第１バイアス用交換結合膜のバイアス磁界の方向のいずれとも非平行に設定する、請求項１８または１９に記載の磁気検出装置の製造方法。

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