JP7095813B2 - センサ、歪検知センサ、圧力センサ、およびマイクロフォン - Google Patents

Description

本開示は、外力によって変形可能な膜部に磁気抵抗素子部が設けられたセンサ、および当該センサを備えた歪検知センサ、圧力センサ、およびマイクロフォンに関する。

藤慶彦, 加治志織, 原道子, “スピントロニクス技術を応用した高感度歪み検知素子を用いたスピンMEMSマイクロホン”, 東芝レビュー73, 44 (2018)（非特許文献１）には、ＭＥＭＳ加工技術を用いたセンサを搭載したマイクロフォンが開示されている。当該、センサとしては、静電容量型のセンサと歪み検知型のセンサが知られている。

静電容量型のセンサ（静電容量型ＭＥＭＳマイクロフォン）は、音によりダイアフラム電極とバックプレート電極の距離が変化することで静電容量が変化する。当該センサは、感度が高いものの、電極間の空気粘性の影響でＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)の向上に限界がある。また、構造が複雑であり、異物（埃や水）によって検知精度が低下する。

一方、歪検知型のセンサは、音によりダイアフラム表面に生じた歪みを検知する。当該センサは、静電容量型センサと比較して、空気粘性の影響が小さく、構造がシンプルかつ製造が容易であり、また、異物によって検知感度が低下しにくい。しかしながら、従来の半導体ひずみゲージでは感度が低いため、高感度、および広帯域化への取り組みとして、ＭＥＭＳ加工技術を用いた歪検知型センサ（スピンＭＥＭＳマイクロフォン）が提案されている。

このスピンＭＥＭＳマイクロフォンにおいては、ＭＥＭＳ技術により形成したダイアフラムの上に、スピントロニクス技術によりトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサを集積している。

圧力・慣性・音などの外力によりダイアフラムが変形してＴＭＲセンサへ歪みが伝わった場合には、逆磁歪効果によりフリー層（第１磁性層）の磁化方向が変化する。これにより、フリー層とリファレンス層（第２磁性層）の磁化方向の相対角度に依るトンネル磁気抵抗効果により大きな抵抗変化が発生することで、微小な歪みを高感度に検知することができる。

ＴＭＲの大きな抵抗変化を利用することで、歪みに対する抵抗変化率を表す性能指標ゲージファクター(GF = dR/R / dε)が、金属歪みゲージの２５００倍、半導体歪みゲージの１００倍以上の値が得られている。この特性を利用し、周辺固定のダイアフラム上へTMRセンサを直列接続したスピンＭＥＭＳマイクロフォンの試作がされている。

Y. Fuji et al., “Highly sensitive spintronic strain-gauge sensor based on magnetic tunnel junction and its application to MEMS microphone”, 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)（非特許文献２）、および特開２０１８－００６７６９号公報（特許文献１）には、スピンＭＥＭＳマイクロフォンにおいて、歪みの正負（引張・圧縮）に対する抵抗変化の奇関数化と線形性の向上、入力ダイナミックレンジの向上、およびヒステリシスの低減を目的として、フリー層の初期の磁化方向がリファレンス層の磁化方向に対して４５度もしくは１３５度となるように、フリー層にバイアスを印加する技術が開示されている。

特開２０１８－１１６０１０号公報（特許文献２）には、スピンＭＥＭＳマイクロフォンにおいて、ダイアフラムを支持する支持体と、当該ダイアフラムとに跨がるように構造体が設けられている。構造体は、矩形形状を有するダイアフラム上において、複数の素子が配置される領域に重ならないように設けられている。

Fuji et al., “Highly sensitive spintronic strain-gauge sensor and Spin-MEMS microphone”, Japanese Journal of Applied Physics 58, SD0802(2019)（非特許文献３）には、スピンMEMSマイクロフォンにおいて、ダイアフラムの外力による変形時に素子に作用する応力の方向と感度軸方向と一致させて感度を向上するために、ダイアフラム形状を四角形状とし、ダイアフラムの所定の辺に沿って磁気トンネル接合（MTJ)素子を配置する技術について開示されている。

特開２０１５－０６１０７０号公報（特許文献３）には、円形状のダイアフラムに磁気抵抗素子を配置し、歪みを検知する歪み検知素子が開示されている。また、磁気抵抗素子内にバイアス機能を集積する技術として、バイアス磁性層／分離層／フリー層の積層構造により、フリー層を層間交換結合層によりバイアスする技術が開示されている。バイアス磁性層の磁化固定方法としては、反強磁性層／バイアス磁性層、もしくは反強磁性層／強磁性層／磁気結合層／バイアス磁性層の積層構造が開示されている。

R. Antos, Y. Otani and J. Shibata, “Magnetic vortex dynamics”, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 031004 (2008)（非特許文献４）では、磁界に対して特殊な応答をする磁気渦構造(vortex)の磁気抵抗素子が開示されている。磁気渦構造は、強磁性体のサブミクロンスケールのディスクにおいて発現する。交換エネルギー、静磁エネルギー(形状異方性)、ゼーマンエネルギー、および各種磁気異方性エネルギーの競合によりその磁気構造が決定付けられる。磁気渦構造を有する磁気抵抗素子におけるヒステリシスループにおいては、磁化曲線の一部に線形的な領域が現れる。

K. Y. Guslienko, “Magnetic vortex state stability, reversal and dynamics in restricted geometries”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 8, 2745 (2008)（非特許文献５）には、静磁エネルギーは形状に依存し、ディスクアスペクト比(ディスク膜厚／ディスク直径)により磁化構造を制御することができることが開示されている。

ディスクアスペクト比が小さい場合は、面内方向に形状異方性が優勢となり、面内の単磁区構造をとる。ディスクアスペクト比が大きい場合は、垂直方向の形状異方性が優勢となり、垂直方向の単磁区構造をとる。それらの中間領域では主に交換エネルギーと静磁エネルギーの競合により、磁気渦構造をとる。

M. Schneider, H. Hoffmann and J. Zweck, “Lorentz microscopy of circular ferromagnetic permalloy nanodisks”, Appl. Phys. Lett. 77, 2909 (2000)（非特許文献６）には、磁化曲線の線形領域はディスク径の減少(アスペクト比の増大)に従って拡大することが開示されている。

米国特許出願公開第２００８／０１８０８６５号明細書（特許文献４）には、巨大磁気抵抗(GMR)もしくはトンネル磁気抵抗(TMR)センサにおいて、奇関数型の線形な入力磁界-抵抗特性を得るために、磁気渦構造(vortex)を用いる手法が提案されている。

具体的には、リファレンス層（第２磁性層）、バリア層（中間層）、および磁気渦構造を有するフリー層（第１磁性層）が順に積層された積層部を含む磁気抵抗素子が、透磁性材料で形成される下部シールド、上部シールドに挟持された構造が開示されている。リファレンス層においては、面内方向へ磁化を固定されており、フリー層においては、磁化が渦状になっている。

遠藤基, 大兼幹彦, 永沼博, 安藤康夫, 磁気渦構造を応用した強磁性トンネル接合磁場センサ, 第39回日本磁気学会学術講演概要集10pE-12, 277 (2015)（非特許文献７）、およびT. Wurft, W. Raberg, K. Prugl, A. Satz, G. Reiss and H. Bruckl, The influence of edge inhomogeneities on vortex hysteresis curves in magnetic tunnel junctions, IEEE Transactions on Magnetics AF-05, 1 (2017)（非特許文献８）においても、磁気渦構造を有する磁気抵抗素子が開示されている。

米国特許出願公開第２０１７／０１６８１２２号明細書（特許文献５）においては、磁気渦構造を有するフリー層と反強磁性層の積層構造によって交換結合バイアスを発現させることが開示されている。

特開２０１５－０６４２５５号公報（特許文献６）においては、スピンMEMSマイクロフォンにおいて、ダイアフラム上の検知素子の配置場所に応じてリファレンス層の磁化固定方向を変更する技術について開示されている。

特開２０１８－００６７６９号公報 特開２０１８－１１６０１０号公報 特開２０１５－０６１０７０号公報 米国特許出願公開第２００８／０１８０８６５号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０１６８１２２号明細書 特開２０１５－０６４２５５号公報

藤慶彦, 加治志織, 原道子, "スピントロニクス技術を応用した高感度歪み検知素子を用いたスピンMEMSマイクロホン", 東芝レビュー73, 44 (2018) Fuji et al., "Highly sensitive spintronic strain-gauge sensor based on magnetic tunnel junction and its application to MEMS microphone", 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) Fuji et al., "Highly sensitive spintronic strain-gauge sensor and Spin-MEMS microphone", Japanese Journal of Applied Physics 58, SD0802(2019) R. Antos, Y. Otani and J. Shibata, "Magnetic vortex dynamics", J. Phys. Soc. Jpn. 77, 031004 (2008) K. Y. Guslienko, "Magnetic vortex state stability, reversal and dynamics in restricted geometries", Journal of Nanoscience and Nanotechnology 8, 2745 (2008) M. Schneider, H. Hoffmann and J. Zweck, "Lorentz microscopy of circular ferromagnetic permalloy nanodisks", Appl. Phys. Lett. 77, 2909 (2000) 遠藤基, 大兼幹彦, 永沼博, 安藤康夫, 磁気渦構造を応用した強磁性トンネル接合磁場センサ, 第39回日本磁気学会学術講演概要集10pE-12, 277 (2015) T. Wurft, W. Raberg, K. Prugl, A. Satz, G. Reiss and H. Bruckl, The influence of edge inhomogeneities on vortex hysteresis curves in magnetic tunnel junctions, IEEE Transactions on Magnetics AF-05, 1 (2017)

しかしながら、上記非特許文献１におけるスピンＭＥＭＳマイクロフォンにおいては、ダイアフラム上で、ＴＭＲ素子が直列に接続されているが、SNR (Signal to Noise Ratio)が５７ｄＢと、既存の静電容量型ＭＥＭＳマイクロフォン（６０～７４ｄＢ）には特性面で及ばず、高GFの特性を生かし切れているとは言えない。

また、上記非特許文献２および上記特許文献１においては、外力によってダイアフラムが変形した際に、素子に作用する応力が小さい場合には、感度を増加するためにバイアス強度を減少する必要がある。しかしながら、バイアス強度が小さい領域で精度よく制御することは困難であり、また、バイアス強度を減少させた場合には、外乱磁界耐性が低下してしまう。

上記特許文献２においては、膜部が外力により変形しやすいようにスリットが設けられているが、複数の素子が列状に配置されるダイアフラムの所定の辺部には設けられていない。加えて、ダイアフラムと支持体を跨ぐように構造体が設けられることにより、膜部の変形が抑えられる。このため、素子に作用する応力は依然として小さく、上述同様に、改善の余地がある。

上記非特許文献３においては、四角形状のダイアフラムが有する所定の辺に沿って複数の素子が配置されているが、単にダイアフラムの形状を四角形状とする場合には、素子に作用する応力が小さい場合がある。この場合には、上述同様に、改善の余地がある。

上記特許文献３においても、素子に作用する応力が小さい場合があり、上述同様に、改善の余地がある。また、層間交換結合のみによりフリー層をバイアスする場合には、バイアス強度の調整を積層構造の材料・膜厚設計により行なう。このため、同一ウエハ内、ブリッジ回路内でバイアス強度が異なるように、積層体を形成することが困難となる。

上記特許文献４－５、および非特許文献４から８においては、上述のように、磁気渦構造を有する磁気抵抗素子が開示されている。しかしながら、歪、圧力、慣性、または音等を検知するセンサへ当該磁気抵抗素子を応用することについては、開示されていない。

上記特許文献６においては、ダイアフラムの外縁に沿って複数の素子が配置されているが、このような場合には素子に作用する応力が小さい場合がある。このため、上述同様に、改善の余地がある。

本開示の目的は、外乱磁界耐性の向上を実現させることができるセンサ、および当該センサを備えた歪検知センサ、圧力センサ、およびマイクロフォンを提供することにある。

本開示に基づくセンサは、外力により変形可能な膜部と、上記膜部を支持する支持体と、上記膜部上に設けられ、少なくとも１つの単位素子を含む磁気抵抗素子部と、を備える。上記単位素子は、上記膜部の変形に応じて磁化方向が変化する第１磁性層と、磁化方向が固定された第２磁性層と、上記第１磁性層と上記第２磁性層との間に配置された中間層とを有する。上記膜部は、当該膜部の外縁の一部に第１辺部を含む。少なくとも上記第１辺部に沿う部分を含むように上記膜部にスリット部が設けられることにより、上記膜部は、上記第１辺部が部分的に上記支持体に接続された接続部を含む。上記接続部に上記磁気抵抗素子部が設けられている。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記磁気抵抗素子部は、複数設けられていてもよい。この場合には、上記膜部は、上記膜部の外縁を構成し、かつ上記第１辺部を含む複数の辺部を含むことが好ましい。さらに、上記スリット部が上記複数の辺部の各々に沿う部分を含むように設けられることにより、上記膜部は、上記複数の辺部の各々が上記支持体に部分的に接続された複数の接続部を含むことが好ましく、上記複数の接続部の各々に、上記磁気抵抗素子部が配置されていることが好ましい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記複数の接続部の各々は、上記膜部の上記外縁に沿う方向の一方側に一端、および上記膜部の上記外縁に沿う方向の他方側に他端を有していてもよい。この場合には、上記スリット部は、上記複数の辺部の各々において、上記接続部の上記一端から上記一方側に向けて延びる第１スリット部と、上記接続部の上記他端から上記他方側に向けて延びる第２スリット部とを含んでいてもよい。さらに、上記膜部の周方向において互いに隣り合う接続部のうち一方の接続部側に配置された上記第１スリット部と、他方の接続部側に配置された上記第２スリット部とが連結されていてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記スリット部は、上記膜部の外縁に沿った上記複数の接続部の各々の両外側に、上記複数の接続部の各々に対応する上記辺部に交差する方向に延びるように設けられた複数の一対の延在部を含んでいてもよい。この場合には、上記複数の接続部の各々は、上記一対の延在部の間を延びるように設けられた張出部を含んでいることが好ましい。さらに、上記磁気抵抗素子部は、少なくとも上記張出部のうち上記膜部の上記外縁側に位置する部分に設けられていることが好ましい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記膜部は、複数の角部を有する多角形形状を有していてもよく、上記スリット部の各々は、複数の角部に対応するように設けられた複数の一対の延在部を含んでいてもよい。この場合には、上記一対の延在部の各々は、対応する所定の角部から、上記膜部の周方向の一方側において上記所定の角部に隣り合う角部に向けて延びるように設けられていてもよい。また、上記一対の延在部のうち一方の延在部は、上記辺部に沿って設けられていてもよい、上記一対の延在部のうち他方の延在部は、上記一方の延在部よりも上記膜部の内側で上記一方の延在部に平行となるように設けられていてもよい。この場合には、上記一対の延在部の長さは、上記辺部の長さの５０％以上であることが好ましい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記一方の延在部の長さは、上記他方の延在部の長さよりも長いことが好ましく、上記一方の延在部は、上記所定の角部に隣り合う上記角部に設けられた上記一対の延在部のうち上記他方の延在部に接続されていることが好ましい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、複数の上記磁気抵抗素子部は、複数の第１磁気抵抗素子部と複数の第２磁気抵抗素子部とを含んでいてもよい。この場合には、複数の上記張出部の各々に、上記第１磁気抵抗素子部および上記第２磁気抵抗素子部が設けられていることが好ましい。また、上記第１磁気抵抗素子部は、上記接続部のうち上記膜部の上記外縁側に位置する部分に設けられていることが好ましく、上記第２磁気抵抗素子部は、上記接続部のうち上記一対の延在部の先端側に位置する部分に設けられていることが好ましい。さらに、上記複数の第１磁気抵抗素子部によって第１ブリッジ回路が構成されることが好ましく、上記複数の第２磁気抵抗素子部によって第２ブリッジ回路が構成されることが好ましい。この場合には、上記第２ブリッジ回路は、上記第１ブリッジ回路が有する出力特性とは正負反対の出力特性を有することが好ましい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記第１磁気抵抗素子部および上記第２磁気抵抗素子部は、複数の上記単位素子を含んでいてもよい。この場合には、上記第１磁気抵抗素子部に含まれる上記単位素子の個数は、上記第２磁気抵抗素子部に含まれる上記単位素子の個数よりも少なくてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記第１磁気抵抗素子部および上記第２磁気抵抗素子部は、異なるサイズを有する複数の上記単位素子を含んでいてもよい。この場合には、上記第１磁気抵抗素子部に含まれる複数の上記単位素子の平均サイズは、上記第２磁気抵抗素子部に含まれる複数の上記単位素子の平均サイズよりも小さくてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記複数の接続部の各々に設けられた上記磁気抵抗素子部によってブリッジ回路が構成されていてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記第１磁性層には、バイアス磁界が印加されていることが好ましい。この場合には、上記第１磁性層に印加されている上記バイアス磁界の方向と、上記第２磁性層の磁化方向との相対的な角度が９０度±５度であってもよい。また、上記接続部のうち上記膜部の上記外縁側に位置する部分に圧縮力が作用するように上記膜部が変形した際に発現する上記第１磁性層の応力誘起磁気異方性の向きと、上記バイアス磁界の方向との相対的な角度が４５度±５度であってもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記第１磁性層には、バイアス磁界が印加されていることが好ましい。この場合には、上記第１磁性層に印加されている上記バイアス磁界の方向と上記第２磁性層の磁化方向との相対的な角度が１３５度±５度であってもよい。また、上記接続部のうち上記膜部の上記外縁側に位置する部分に圧縮力が作用するように上記膜部が変形した際に発現する上記第１磁性層の応力誘起磁気異方性の向きと、上記バイアス磁界の方向との相対的な角度が４５度±５度であってもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記単位素子は、上記第１磁性層にバイアス磁界を印加するバイアス層と、上記バイアス層と上記第１磁性層との間に配置された分離層とをさらに有していてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記第１磁性層は、磁化渦構造を有していてもよい。この場合には、上記第１磁性層に印加される上記バイアス磁界の強度は、上記第１磁性層と上記第２磁性層の間で作用する中間層を介した層間交換結合磁界の強度よりも大きいことが好ましい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記第１磁性層は、ディスク形状を有していてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、上記磁気抵抗素子部は、上記第１磁性層のディスク径が異なる複数の単位素子を含んでいてもよい。この場合には、上記複数の単位素子は、上記接続部において上記膜部が変形した際に作用する応力の絶対値が大きい箇所に配置されるものほど、上記ディスク径が小さくなるように設けられていてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、前記接続部における前記膜部の膜厚は、前記膜部の中央部の膜厚よりも厚くてもよい。

上記本開示に基づくセンサにあっては、前記支持体は、前記第１部分と、前記第１部分上に配置され、前記膜部を支持する第２部分とを含んでいてもよく、前記第２部分は、前記第１部分と異なる材料で形成されていてもよい。この場合には、前記膜部は、前記第２部分よりも厚さが薄くなる部分を含むように設けられていてもよい。

上記本開示に基づくセンサは、前記磁気抵抗素子部を覆う保護膜をさらに備えていてもよい。この場合には、前記保護膜は、前記膜部に対応する領域において膜厚が部分的に異なっていてもよい。

本開示の歪検知センサは、上記センサを備える。
本開示の圧力センサは、上記センサを備える。

本開示のマイクロフォンは、上記センサを備える。

本開示によれば、感度および出力の調整と外部磁界の影響を、独立して調整可能であり、高感度および高出力と外乱磁界耐性を両立させることができるセンサ、および当該センサを備えた歪検知センサ、圧力センサ、およびマイクロフォンを提供することができる。

実施の形態１に係るセンサを示す概略断面図である。 実施の形態１に係るセンサを示す概略平面図である。 実施の形態１に係るセンサに具備される磁気抵抗素子部を構成する単位素子の積層構造を示す概略断面図である。 実施の形態１に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形した状態を示す斜視図である。 実施の形態１に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向とリファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態１に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態１に係るセンサにおいて、膜部に入力される圧力と、フルブリッジ回路の出力との関係を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第１工程を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第２工程を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第３工程を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第４工程を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第５工程を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第６工程を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第７工程を示す図である。 実施の形態１に係るセンサの製造工程の第８工程を示す図である。 実施の形態２に係るセンサを示す概略平面図である。 実施の形態２に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形した状態を示す斜視図である。 実施の形態３に係るセンサを示す概略平面図である。 実施の形態４に係るセンサを示す概略平面図である。 実施の形態４に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形した状態を示す斜視図である。 実施の形態５に係るセンサを示す概略平面図である。 実施の形態５に係るセンサを模式的に示す回路図である。 実施の形態５に係るセンサにおいて外力によって変形した膜部の一部を示す模式断面図である。 実施の形態５に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向とリファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態５に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘導磁気異方性の向きとリファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態６に係るセンサを示す概略平面図である。 実施の形態６に係るセンサにおいて外力によって変形した膜部の一部を示す模式断面図である。 実施の形態６に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向とリファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態６に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態７に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態７に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態８に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態８に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態９に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態９に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。 実施の形態１０に係るセンサを示す概略断面図である。 実施の形態１０に係るセンサの製造工程において、パッシベーション膜を形成する工程を示す図である。 実施の形態１０に係るセンサの製造工程において、膜部を形成する工程の第１工程を示す図である。 実施の形態１０に係るセンサの製造工程において、膜部を形成する工程の第２工程を示す図である。 実施の形態１１に係るセンサを示す断面図である。 実施の形態１１に係るセンサを製造する工程において、パッシベーション膜を薄くする工程を示す図である。 実施の形態１２に係る歪検知センサを示す図である。 実施の形態１３に係る歪検知センサの製造工程の第１例を示す図である。 実施の形態１３に係る歪検知センサの製造工程の第２例を示す図である。 実施の形態１４に係る歪検知センサの製造工程の第１例を示す図である。 実施の形態１４に係る歪検知センサの製造工程の第２例を示す図である。 実施の形態１４に係る歪検知センサの製造工程の第３例を示す図である。 実施の形態１５に係る歪検知センサの製造工程の第１例を示す図である。 実施の形態１５に係る歪検知センサの製造工程の第２例を示す図である。 実施の形態１６に係る圧力センサを示す図である。 実施の形態１７に係るマイクロフォンを備えた携帯情報端末を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るセンサを示す概略断面図である。図２は、実施の形態１に係るセンサを示す概略平面図である。図１および図２を参照して、実施の形態１に係るセンサ１００について説明する。

図１および図２に示すように、実施の形態１に係るセンサ１００は、いわゆるＭＥＭＳ型センサである。センサ１００は、膜部２および支持体３を含む基板１と、複数の磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とを備える。

膜部２は、支持体３に支持される。膜部２は、圧力・慣性・音などの外力によって変形可能に設けられている。膜部２の厚さは、支持体３の厚さよりも薄くなっている。膜部２は、基板１の裏面側に空洞部４が設けられることにより形成される。ここで空洞部は、基板の内壁に囲まれた空間を指す。基板１において空洞部４が設けられた領域に膜部２となる。基板１において空洞部４が設けられていない領域が支持体３となる。

膜部２は、支持体３と一体に構成されていてもよいし、支持体３と別体に構成されていてもよい。膜部２は、支持体３と同じ材料で構成されていてもよいし、支持体３と異なる材料で構成されていてもよい。支持体３は、たとえば、シリコン基板によって構成されている。膜部２は、たとえば、シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、または窒化シリコン等によって構成されている。

膜部２は、略矩形形状を有する。膜部２は、外縁の一部に第１辺部を含んでいる。具体的には、膜部２は、外縁を構成する複数の辺部２１、２２、２３、２４を含んでいる。辺部２１は、上記第１辺部に相当する。

辺部２１および辺部２４は、互いに対向するように配置されている。辺部２２および辺部２３は互いに対向しつつ、辺部２１および辺部２４を接続する。

膜部２には、少なくとも辺部２１に沿う部分を含むようにスリット部３０が形成されている。これにより、膜部２は、辺部２１が部分的に支持体３に接続された接続部２５を含む。

具体的には、スリット部３０が複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々に沿う部分を含むように設けられることにより、膜部２は、複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々が支持体３に部分的に接続された複数の接続部２５を含む。

複数の接続部２５の各々は、複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々の中央部に位置する。複数の接続部２５の各々は、膜部２の外縁に沿う方向の一方側に一端２５ａ、および膜部２の外縁に沿う方向の他方側に他端２５ｂを有する。なお、膜部２の外縁に沿う方向の一方側とは、膜部２の周方向における一方側であり、膜部２の外縁に沿う方向の他方側とは、膜部２の周方向における他方側である。

スリット部３０は、複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々において、接続部２５の一端２５ａから一方側に向けて延びる第１スリット部３１と、接続部２５の他端２５ｂから他方側に向けて延びる第２スリット部３２とを含む。

膜部２の周方向において互いに隣り合う接続部２５のうち一方の接続部側に配置された第１スリット部３１と、他方の接続部２５側に配置された第２スリット部３２とが連結されている。

複数の接続部２５の各々には、磁気抵抗素子部が配置されている。具体的には、磁気抵抗素子部Ｒ１は、辺部２１側における接続部２５に配置されている。磁気抵抗素子部Ｒ２は、辺部２２側における接続部２５に配置されている。磁気抵抗素子部Ｒ３は、辺部２３側における接続部２５に配置されている。磁気抵抗素子部Ｒ４は、辺部２４側における接続部２５に配置されている。

磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々は、複数の単位素子１０によって構成されている。単位素子１０は、後述するように磁気抵抗素子である。複数の単位素子１０の各々は、ディスク形状を有する。これにより、複数の単位素子１０の各々に含まれるフリー層４６（図３参照）もディスク形状を有する。

磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々において、複数の単位素子１０は、たとえば行列状に配置されている。また、複数の単位素子１０は、直列に接続されている。具体的には、隣り合う単位素子１０において、上部電極層４９（図３参照）と、下部電極層４０（図３参照）とが交互に接続されていることが好ましい。

なお、図２においては、磁気抵抗素子部に含まれる複数の単位素子１０の個数が８個である場合を図示しているが、単位素子１０の個数は、８個に限定されず、単数であってもよいし、２つ以上であってもよい。

複数の単位素子１０は、接続部２５において膜部２が外力によって変形した際に作用する応力の絶対値が大きい箇所に配置されるものほど、ディスク径が小さくなるように設けられている。対応する辺部に沿う方向において、接続部２５の中央側に位置する単位素子１０のディスク径は、接続部２５の両端側に位置する単位素子１０のディスク径よりも小さい。

なお、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々において、複数の単位素子１０のディスク径は、全て同じであってもよい。

磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２が直列に接続されることにより、第１ハーフブリッジ回路Ｈｆ１が構成されている。磁気抵抗素子部Ｒ３、Ｒ４が直列に接続されることにより、第２ハーフブリッジ回路Ｈｆ２が構成されている。

第１ハーフブリッジ回路Ｈｆ１および第２ハーフブリッジ回路Ｈｆ２が並列に接続されることにより、フルブリッジ回路が構成される。

具体的には、磁気抵抗素子部Ｒ１の一方側は、電源電圧Ｖｉｎを印加するための電極部Ｐ１に接続されている。磁気抵抗素子部Ｒ１の他方側は、出力電圧Ｖ＋を取り出すための電極部Ｐ２に接続されている。

磁気抵抗素子部Ｒ２の一方側は、出力電圧Ｖ＋を取り出すための電極部Ｐ２に接続されている。磁気抵抗素子部Ｒ２の他方側は、グランド電極としての電極部Ｐ４に接続されている。

磁気抵抗素子部Ｒ３の一方側は、電源電圧Ｖｉｎを印加するための電極部Ｐ１に接続されている。磁気抵抗素子部Ｒ３の他方側は、出力電圧Ｖ－を取り出すための電極部Ｐ３に接続されている。

磁気抵抗素子部Ｒ４の一方側は、出力電圧Ｖ－を取り出すための電極部Ｐ３に接続されている。磁気抵抗素子部Ｒ４の他方側は、グランド電極としての電極部Ｐ４に接続されている。

磁気抵抗素子部Ｒ１および磁気抵抗素子部Ｒ２は、正出力性を有する。磁気抵抗素子部Ｒ３および磁気抵抗素子部Ｒ４は、負出力性を有する。

電極部Ｐ１と電極部Ｐ４との間に電源電圧Ｖｉｎを印加すると、電極部Ｐ２および電極部Ｐ３からは、膜部２に作用する外力の大きさに応じて出力電圧Ｖ＋，Ｖ－が取り出される。出力電圧Ｖ＋，Ｖ－は、差動増幅器（不図示）を介して差動増幅される。

なお、図２においては、上記電極部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を支持体３の外部に図示したが、上記電極部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、支持体３に形成されていてもよい。

図３は、実施の形態１に係るセンサに具備される磁気抵抗素子部を構成する単位素子の積層構造を示す概略断面図である。図３を参照して、単位素子１０の積層構造について説明する。

単位素子１０は、下部電極層４０、ピニング層４１、ピン層４２、磁気結合層４３、第２磁性層としてのリファレンス層４４、中間層としてのトンネルバリア層４５、第１磁性層としてのフリー層４６、分離層４７、バイアス層４８、および上部電極層４９を含む。

下部電極層４０は、ピニング層４１の結晶を適切に成長させるシード層として機能する。下部電極層４０としては、たとえば、ＲｕとＴａとの積層膜を採用することができる。なお、下部電極層４０は、他の金属や合金からなる単一の金属膜、および複数種の上記金属膜が積層されたものを採用することができる。

ピニング層４１は、下部電極層４０上に設けられている。ピニング層４１は、反強磁性層によって構成されている。ピニング層４１としては、たとえば、ＩｒＭｎを採用することができる。なお、ピニング層４１は、ＰｔＭｎ等のＭｎを含む合金であってもよい。

ピン層４２は、ピニング層４１上に設けられている。ピン層４２は、強磁性層によって構成されている。ピン層４２としては、たとえば、ＣｏＦｅを採用することができる。なお、ピン層４２は、ＣｏＦｅＢ等であってもよい。ピン層４２の磁化は、ピニング層４１から作用する交換結合磁界によって所定の面内方向に固定される。

磁気結合層４３は、ピン層４２上に設けられている。磁気結合層４３は、ピン層４２とリファレンス層４４との間に配置されており、ピン層４２とリファレンス層４４との間に反強磁性結合を生じさせる。

磁気結合層４３は、非磁性層によって構成されている。磁気結合層４３としては、たとえば、Ｒｕを採用することができる。

リファレンス層４４は、磁気結合層４３上に設けられている。リファレンス層４４は、強磁性層によって構成されている。リファレンス層４４としては、たとえば、ＣｏＦｅＢを採用することができる。なお、リファレンス層４４は、ＣｏＦｅ等であってもよい。

上述のピン層４２、磁気結合層４３、およびリファレンス層４４は、ＳＡＦ構造を形成している。これにより、リファレンス層４４の磁化方向を強固に固定することができる。

トンネルバリア層４５は、リファレンス層４４上に設けられている。トンネルバリア層４５は、リファレンス層４４とフリー層４６との間に配置されている。トンネルバリア層４５は、絶縁層によって構成されている。トンネルバリア層４５としては、たとえば、ＭｇＯを採用することができる。

フリー層４６は、トンネルバリア層４５上に設けられている。フリー層４６は、強磁性層によって構成されている。フリー層４６としては、たとえば、ＣｏＦｅＢとＦｅＢとの積層を採用することができる。ＦｅＢは、磁歪定数が大きく、かつ、アモルファスであり結晶磁気異方性が小さい。なお、ＦｅＢの結晶化を抑制するために、ＣｏＦｅＢとＦｅＢとの間、およびＦｅＢと分離層４７との間には、ＣｏＦｅＴａ等の強磁性アモルファス層を設けてもよい。

分離層４７は、フリー層４６上に設けられている。分離層４７は、フリー層４６とバイアス層４８との間に配置されている。分離層４７としては、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)結合を示すＣｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｒ等を採用することができる。これらは、分離層４７の膜厚に応じて正の磁気結合（強磁性、平行）、負の磁気結合（反強磁性、反平行）を使い分けることができる。その他、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆを用いた場合は主に正の磁気結合が得られる。負の磁気結合を用いる場合は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒを用いることができる。

バイアス層４８は、分離層４７上に設けられている。バイアス層４８は、フリー層４６にバイアス磁界を印加するバイアス印加部として機能する。バイアス層４８は、強磁性層と反強磁性層との積層を採用することができる。バイアス層４８としては、たとえば、ＣｏＦｅＢとＩｒＭｎとの積層を採用することができる。ＣｏＦｅＢとＩｒＭｎとは、この順で分離層４７側から積層されている。

バイアス層４８は、強磁性層と反強磁性層とによって発現される交換結合磁界をバイアス磁界としてフリー層４６に印加する。バイアス磁界の強度は、リファレンス層４４からの層間交換結合強度よりも大きい。

また、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向と、リファレンス層４４の磁化方向（リファレンス層４４において固定された磁化の方向）とが異なる向きとなるように、リファレンス層側の反強磁性層と、バイアス層４８側の反強磁性層のブロッキング温度が異なっている。これにより、プロセス上安定して、センサ１００を製造することができるとともに、センサ１００の信頼性が良好となる。

リファレンス層側の反強磁性層と、バイアス層４８側の反強磁性層とが同じ材料で構成される場合には、たとえば、リファレンス層側の反強磁性層を、バイアス層４８側の反強磁性層よりも厚くすることで、リファレンス層側の反強磁性層のブロッキング温度を、バイアス層４８側の反強磁性層のブロッキング温度よりも高くすることができる。

なお、一例として、ＰｔＭｎのブロッキング温度が３１０℃であり、ＩｒＭｎのブロッキング温度は、２５５℃である。リファレンス層側の反強磁性層をＰｔＭｎとし、バイアス層側の反強磁性層をＩｒＭｎとしてもよい。

上部電極層４９は、バイアス層４８上に設けられている。上部電極層４９としては、たとえば、ＲｕとＴａとの積層膜を採用することができる。なお、上部電極層４９は、他の金属や合金からなる単一の金属膜、および複数種の上記金属膜が積層されたものを採用することができる。

以上のように、実施の形態１に係る単位素子１０が、フリー層４６の下方側にリファレンス層４４を配置するBottom-pinned型のＴＭＲ素子である場合を例示して説明したが、これに限定されず、フリー層４６上方側にリファレンス層４４を配置するTop-pinned型のＴＭＲ素子であってもよい。また、単位素子１０は、ＴＭＲ素子に限定されない。なお、フリー層４６にバイアス磁界を印加する方法として、バイアス層４８および分離層４７を用いる場合を例示したが、これに限定されない。バイアス層４８および分離層４７を省略し、外部磁石等を用いてもよい。

図４は、実施の形態１に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形した状態を示す斜視図である。図４を参照して、実施の形態１に係るセンサ１００において膜部２が変形した状態について説明する。

図４に示すように、膜部２の中心に応力が印加されて、膜部２が撓み変形する場合には、応力は複数の接続部２５に集中する。たとえば、上述の膜部２において、複数の辺部２１、２２、２３、２４の長さは６００μｍであり、膜部２の厚さは１μｍである。また、各辺部に沿う第１スリット部３１および第２スリット部３２の長さは、２５０μｍである。当該第１スリット部３１および第２スリット部３２の長さ方向に直交する第１スリット部３１および第２スリット部３２の幅は、１５μｍである。この場合において、空洞部４側（膜部２の裏面側）から膜部２に略１Ｐａの圧力が印加された場合をシミュレーションし、ＦＥＭによる応力分布を解析した場合には、複数の接続部２５の各々に、最大６５ＫＰａ程度の圧縮応力が作用する。

一方、ここでは図示していないが、比較例としてスリット部３０が全く形成されていないセンサを準備し、同様の条件でシミュレーションした場合には、複数の辺部２１、２２、２３、２４の中央部に作用する圧縮応力は、最大４５ＫＰａとなる。

このように、実施の形態１においては、スリット部を形成しない上記比較例と比較して、約１．４倍の応力を接続部２５に作用させることができる。このため、接続部２５に磁気抵抗素子部を配置することにより、磁気抵抗素子部に作用する応力を大きくすることができる。この結果、単位素子１０において、フリー層４６に印加するバイアス磁界強度を大きくすることができ、これにより、バイアス強度の制御性を向上できるとともに、外乱磁界への耐性を向上させることができる。

さらに、実施の形態１においては、図５および図６に示すように、変形前後におけるフリー層の磁化の向きと、固定されたリファレンス層の磁化方向との角度を調整することにより、検知精度を向上させることができる。

図５は、実施の形態１に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。なお、上述のように、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々は、複数の単位素子１０を含んでいるが、図５においては、便宜上、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々において、１つの単位素子１０におけるフリー層４６に印加されているバイアス磁界の磁化方向と、リファレンス層４４の磁化方向を図示している。

各単位素子１０において、黒線で示す矢印ＡＲ２が、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向を示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ１がリファレンス層４４の磁化方向を示している。なお、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれにおいて、各単位素子１０のフリー層に印加されているバイアス磁界の方向は同じ向きであり、各単位素子１０のリファレンス層の磁化方向も同じ向きである。

図５に示すように、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加されるバイアス磁界の方向と、リファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度は９０度±５度となっている。

具体的には、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向に対して反時計回りに４５度±５度で交差する。磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のいずれに含まれる単位素子１０おいて、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に対して時計回りに４５度±５度で交差する。

なお、バイアス磁界によって、フリー層４６の磁化は、印加されるバイアス磁界の方向を向く。すなわち、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、バイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向と、リファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度は９０度±５度となっている。

図６は、実施の形態１に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図６においても、便宜上、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々において、１つの単位素子１０における応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向を図示している。

各単位素子１０において、黒線で示す矢印ＡＲ３が、応力誘起磁気異方性の向きを示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ１がリファレンス層４４の磁化方向を示している。また、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向を破線の矢印で示し、膜部２が変形していない非変形状態における単位素子１０の外縁を破線の円で示している。

図６に示すように、膜部２が変形して、複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々において、接続部２５（より特定的には、接続部２５のうち膜部２の外縁側に位置する部分）に黒塗りの矢印に示すように圧縮力が作用した場合には、膜部２の変形によってフリー層４６の応力誘起磁気異方性が発現する。これにより、フリー層４６の磁化の方向は、応力誘起磁気異方性の向きとなる。一方で、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向、およびリファレンス層４４の磁化方向は変更されない。

上記圧縮力が作用した場合には、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向との相対的な角度は、４５度±５度である。

具体的には、辺部２１、２４側においては、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２１における接続部２５の一端２５ａから他端２５ｂに向かう方向を向く。一方で、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

辺部２２、２３側においては、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方で、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向は、上記辺部２１に直交する方向に対して時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

なお、辺部２１、２４側においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５±５度回転させた方向を向く。辺部２２、２３側においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに１３５度±５度回転させた方向を向く。

ここで、上述のようにフリー層４６は、ディスク形状を有し、磁気渦構造となっている。磁気渦構造のフリー層４６は、単位素子１０の歪量がゼロの場合、面内での磁化方向は点対称であり、その中心に面直方向に磁化を持つ。すなわち、面直方向にバイアスした場合と等価と考えることができる。

上述のように、リファレンス層４４の磁化固定方向は、磁気抵抗素子が引張または圧縮された場合に発現する応力誘起異方性磁界の方向に対する相対角度が４５度±５度となるように設定されている。

一般的に、単位素子１０をディスク形状とし、これに応力を作用させて単位素子１０が楕円形状となった場合においては、逆磁歪効果だけでは、応力誘起異方性磁界の方向が、楕円形状の長軸方向の一方側に向くか他方側に向くかを一意に決定することが困難となる。

さらに、フリー層／トンネルバリア層／リファレンス層の積層構造では、一般的なトンアネルバリア層の膜厚の場合、フリー層にはリファレンス層の磁化方向と平行方向に揃えようとする弱い層間交換結合力が働く。当該層間交換結合力によって応力誘起異方性磁界の方向が支配される場合には、磁気抵抗素子の歪みの正負に対する出力特性が偶関数となってしまう。

このため、実施の形態１においては、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の強度を、フリー層とリファレンス層の間で作用する層間交換結合磁界の強度よりも大きくすることで磁気抵抗素子への歪印加時に、フリー層の磁化方向を一意に決定し、かつ、リファレンス層の磁化方向に対して９０度±５度の方向にフリー層４６をバイアスしている。この結果、ブリッジ回路において、奇数関数の出力特性が得られる。

なお、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度、およびフリー層４６の応力誘起磁気異方性の向きとバイアス磁界の方向との相対的な角度が±５度の範囲を有する場合を例示したが、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度を９０度とし、フリー層４６の応力誘起磁気異方性の向きとバイアス磁界の方向との相対的な角度を４５度とすることにより、さらに良好な出力特性が得られる。

図７は、実施の形態１に係るセンサにおいて、膜部２に入力される圧力と、フルブリッジ回路の出力との関係を示す図である。なお、図７においては、磁気抵抗素子部を構成する複数の単位素子１０のディスク径を一定とした場合において、ディスク径を変更させた場合のフルブリッジ回路の出力特性を示している。

なお、ディスク径を変更させることで、磁気渦による面直方向にバイアスした場合と等価な感度制御のための実効的なバイアス磁界の強度を調整することができる。具体的には、ディスク径が大きくすることでバイアス磁界の強度を小さくすることができ、ディスク径を小さくすることでバイアス磁界の強度を大きくすることができる。

図７においては、ディスク径を変更することで、磁気渦によるバイアス磁界の強度が０．５ｍＴ、１ｍＴ、２ｍＴ、５ｍＴ、１０ｍＴと変更されており、各バイアス磁界の強度でのフルブリッジ回路の出力特性が図示されている。

上述のように、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、リファレンス層４４の磁化方向、および応力誘起磁気異方性の向きを上述の関係とすることにより、図７に示すように、ブリッジ回路は、奇数関数の出力特性を有している。

また、ディスク径を大きくすることで磁気渦によるバイアス磁界の強度を小さくした単位素子を用いた場合には、ブリッジ回路から大きな出力が得られており、ディスク径を小さくすることで磁気渦によるバイアス磁界の強度を大きくした単位素子を用いた場合には、ブリッジ回路から小さな出力が得られる。

このように、単位素子１０のディスク径を変更することにより、感度を調整することができる。さらに、ディスク径は、製造過程においてエッチングにより単位素子１０ごとに調整することができる。このため、面内において、単位素子１０のディスク径を調整することで、同一膜部２内に、異なる感度を有する複数の単位素子１０を配置することが可能となる。

ここで、実施の形態１においては、接続部２５において、膜部２の外縁に沿って中央側から両外側に向かうにつれて、応力の絶対値がやや小さくなる。このような応力の絶対値の不均衡を補償するために、接続部２５の中央側に位置する単位素子１０のディスク径は、接続部２５の両端側に位置する単位素子１０のディスク径よりも小さくなっている。

スリット部３０の形成により面積が小さくなった接続部２５において、膜部２が変形した際に作用する応力の絶対値に応じてディスク径を適宜調整し直列に接続することで、良好な応答性を維持しつつ、接続部２５の面積当たりの抵抗を増加させることができる。これにより、低消費電流化が可能となる。また、磁気抵抗素子部の抵抗値を既存のものと同じ値とする場合には、センサ１００の小型化が可能となる。

また、上述のように単位素子１０のディスク径を適宜調整することで、同じ設置面積であっても単位素子１０の接続数を増加させることができるため、信頼性設計、冗長設計等も行なうことができる。これにより、高信頼性を得ることもできる。

以上のように、フリー層４６のアスペクト比の高い単位素子を、膜部２のうち、外力による応力が大きい箇所に形成することにより、感度および出力の調整と外部磁界の影響を、独立して調整可能であり、高感度および高出力と外乱磁界耐性を両立させることができる。

（製造方法）
図８から図１５は、実施の形態１に係るセンサの製造工程の第１工程から第８工程を示す図である。図８から図１５を参照して、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法について説明する。

実施の形態１に係るセンサ１００を製造する場合には、図８に示すように、第１工程において、基板６１を準備する。基板６１は、たとえばシリコン基板である。なお、膜部が形成される側となるシリコン基板の表面には、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁性層もしくはポリシリコンが形成されていてもよい。

続いて、基板６１の表面にドライエッチングを行いトレンチ部（不図示）を形成し、めっき法やスパッタ法によりトレンチ部にＣｕ等によって構成される配線部を形成する。次に、トレンチ部の開口から外側に隆起する余剰の導電部を学機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）によって研磨する。

次に、図９に示すように、第２工程において、基板６１上に、下部電極膜６３、ＴＭＲ積層膜６４、および上部電極膜６５を積層する。具体的には、下部電極膜６３、ピニング膜、ピン膜、磁気結合膜、リファレンス膜、トンネルバリア膜、フリー膜、分離膜、バイアス膜、および上部電極膜６５を積層する。

下部電極膜６３、ピニング膜、ピン膜、磁気結合膜、リファレンス膜、トンネルバリア膜、フリー膜、分離膜、バイアス膜、および上部電極膜は、パターニング後に、下部電極層４０、ピニング層４１、ピン層４２、磁気結合層４３、リファレンス層４４、トンネルバリア層４５、フリー層４６、分離層４７、バイアス層４８、および上部電極層４９となる。

下部電極膜６３としては、たとえばＲｕ／Ｔａを成膜する。下部電極膜６３の上層のピン膜／ピニング膜（強磁性膜／反強磁性膜）としては、たとえばＣｏＦｅ／ＩｒＭｎを成膜する。この積層膜は、後述する磁界中アニールにより交換結合が生じ、ピン層として機能する。なお、ピンニング膜としてＩｒＭｎを成膜してもよい。

ピン膜（強磁性膜）の上層の磁気結合膜（非磁性膜）としては、たとえばＲｕを成膜し、非磁性膜の上層のリファレンス膜（下部強磁性膜）としては、たとえばＣｏＦｅＢを成膜する。リファレンス膜／磁気結合膜／ピン膜（下部強磁性膜／非磁性膜／強磁性膜）は、ＳＡＦ構造を構成している。

トンネルバリア膜としては、たとえばＭｇＯを成膜し、トンネルバリア膜上のフリー膜（上部強磁性膜）としては、たとえば、ＦｅＢ／ＣｏＦｅＢを成膜する。ＦｅＢは、磁歪定数が大きく、かつ、アモルファスであり結晶磁気異方性が小さい。

分離膜としては、Ｃｕを成膜する。なお、分離膜としては、上述のようにＣｕに限定されず、正の磁気結合、負の磁気結合に応じて適宜選択することができる。

バイアス膜（反強磁性膜／強磁性膜）としては、ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅＢを製膜する。バイアス膜における反強磁成膜のブロッキング温度は、リファレンス膜側の反強磁性膜のブロッキング温度と異なることが好ましい。これにより、後述するように、リファレンス層の磁化方向と、バイアス層によるバイアス磁界方向とを異なるようにすることができる。

バイアス膜における反強磁成膜と、リファレンス膜における反強磁性膜を同じ材料で形成する場合には、リファレンス膜における反強磁性膜をバイアス膜における反強磁成膜よりも厚くする。なお、上部電極膜６５としては、たとえばＴａ／Ｒｕを成膜する。

続いて、下部電極膜６３、ＴＭＲ積層膜６４、および上部電極膜６５が形成された基板６１を磁界中でアニールする。

次に、図１０に示すように、第３工程において、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、ＴＭＲ積層膜６４、および上部電極膜６５を所望の形状にパターニングする。

続いて、図１１に示すように、第４工程において、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、下部電極膜６３の一部を除去し、配線パターンを形成する。これにより、複数の単位素子１０が形成される。複数の単位素子１０は、ディスク状にパターニングされている。複数の単位素子１０のディスク径は、上述のように膜部２に作用する応力に応じて調整される。複数の単位素子１０の一部は、下部電極膜６３によって構成される配線パターンによって電気的に接続される。

次に、図１２に示すように、第５工程において、複数の単位素子１０を覆うように基板６１上に、絶縁膜６６で覆う。絶縁膜６６としては、たとえばＳｉＯ_２を採用することができる。

続いて、図１３に示すように、第６工程において、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、絶縁膜６６の一部を除去し、コンタクトホールを形成する。次に、フォトリソグラフィおよびリフトオフにより、上記コンタクトホールに金属配線５１、５２、５３を形成する。金属配線５１、５２、５３としては、Ｃｕを用いることができる。

続いて、図１４に示すように、第７工程において、金属配線５１、５２、５３を覆うように絶縁膜６６上にパッシベーション膜６７を成膜する。パッシベーション膜６７としては、たとえばＳｉＯ_２を採用することができる。

次に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、パッシベーション膜６７の一部を除去し、開口部を形成する。続いて、フォトリソグラフィおよびリフトオフにより、上記開口部に、電極部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に接続するための接続配線５４、５５等を形成する。

次に、リファレンス層の磁化方向を固定する。ここでは、上述の図５に示すように、後工程で形成するスリット部３０の形状、スリット部３０によって形成される接続部２５に作用する応力の方向、およびフルブリッジ回路の構成に応じて磁化方向を決定する。

リファレンス層の磁化方向を固定する方法としては、電磁石もしくは永久磁石により磁界を印加しながらレーザ照射により局所加熱する方法、電磁石もしくは永久磁石により磁界を印加しながら素子の近傍に配置したヒーター用配線に通電加熱する方法、あるいは局所的に磁界印加できる冶具を配置した状態で熱処理する方法等がある。

続いて、バイアス磁界の方向を決定する。具体的には、上述のリファレンス層の磁化方向を固定する方法とほぼ同様の方法を行なう。この際、各単位素子１０を加熱する温度は、リファレンス層の磁化方向が変化しない温度とする。

次に、図１５に示すように、第８工程において、ドライエッチングを用いて、単位素子１０が形成されている側とは反対側に位置する基板６１の主面側から基板６１の一部を除去し、空洞部４を形成する。このように空洞部４が形成されることで、変形可能な膜部２が形成される。続いて、膜部２の一部をドライエッチングし、所定の位置に所望の形状を有するスリット部３０を形成する。

このような製造工程を経て、上述のように、複数の磁気抵抗素子により構成されたフルブリッジ回路を含み、感度を向上させることができる実施の形態１に係るセンサ１００が製造される。

なお、上述の製造方法においては、金属配線５１、５２、５３によって複数の単位素子１０の上端側が電気的に接続される場合を例示して説明したが、上部電極によって複数の単位素子１０の上端側が電気的に接続されてもよい。この場合には、第２工程において、基板６１上に、下部電極膜６３からバイアス膜までを積層され、第５工程において、金属配線５１、５２、５３に代えて上部電極層４９が形成される。

（実施の形態２）
図１６は、実施の形態２に係るセンサを示す概略平面図である。図１６を参照して、実施の形態２に係るセンサ１００Ａについて説明する。

図１６に示すように、実施の形態２に係るセンサ１００Ａは、実施の形態１に係るセンサ１００と比較した場合に、スリット部３０の構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

図１６に示すように、スリット部３０は、実施の形態１と比較して、膜部２の外縁に沿った複数の接続部２５の各々に対応する辺部に交差する方向に延びるように設けられた複数の一対の延在部３３、３４をさらに含む。

複数の一対の延在部３３、３４の各々は、対応する複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々から膜部２の内側に向けて延在する。複数の一対の延在部３３、３４の各々は、対応する複数の辺部２１、２２、２３、２４に直交する方向に延在する。

具体的には、辺部２１側に設けられた一対の延在部３３、３４は、辺部２１に直交する方向に延在する。辺部２２側に設けられた一対の延在部３３、３４は、辺部２２に直交する方向に延在する。辺部２３側に設けられた一対の延在部３３、３４は、辺部２３に直交する方向に向けて延在する。辺部２４側に設けられた一対の延在部３３、３４は、辺部２４に直交する方向に延在する。

複数の接続部２５の各々は、一対の延在部３３、３４の間を延びるように設けられた張出部２６を含む。複数の磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々は、少なくとも張出部２６のうち膜部２の外縁側に位置する部分に設けられている。

図１７は、実施の形態２に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形した状態を示す斜視図である。図１７を参照して、実施の形態２に係るセンサ１００Ａにおいて膜部２が変形した状態について説明する。

図１７に示すように、膜部２に応力が印加されて、膜部２が撓み変形する場合には、応力は複数の接続部２５に集中する。接続部２５において張出部２６は、膜部２の外縁から一対の延在部３３、３４の間を延びるように設けられている。このため、膜部２が変形した場合には、張出部２６のうち膜部２の外縁側（接続部２５の根元側）に応力をさらに集中させることができる。

実施の形態１同様に、複数の辺部２１、２２、２３、２４の長さを６００μｍとし、膜部２の厚さを１μｍとする。また、各辺部に沿う第１スリット部３１および第２スリット部３２の長さを２５０μｍとする。第１スリット部３１および第２スリット部３２の長さ方向に直交する第１スリット部３１および第２スリット部３２の幅を１５μｍとする。さらに、対応する辺部に直交する一対の延在部３３、３４の長さを１２５μｍとする。一対の延在部３３、３４の長さ方向に直交する一対の延在部３３、３４の幅を１５μｍとする。

この場合において、空洞部４側（膜部２の裏面側）から膜部２に略１Ｐａの圧力が印加された場合をシミュレーションし、ＦＥＭによる応力分布を解析した場合には、接続部２５の先端側（張出部２６における一対の延在部３３、３４の先端側）には、最大で４２Ｋｐａ程度の引張応力が作用し、接続部２５の根元側には、最大で１３０ＫＰａ程度の圧縮応力が作用する。

このように、実施の形態２においては、実施の形態１と比較して、接続部２５の根元側に応力をさらに集中させることができる。この結果、単位素子１０において、フリー層４６に印加する感度制御のためのバイアス磁界強度を大きくすることができ、これにより、感度制御のためのバイアス強度の制御性を向上できるとともに、外乱磁界への耐性を向上させることができる。

なお、実施の形態２に係るセンサ１００Ａにおいても、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、リファレンス層４４の磁化方向、および応力誘起磁気異方性の向きの関係は、実施の形態１と同様である。

実施の形態２に係るセンサ１００Ａは、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法に準拠して製造される。この場合において、実施の形態１の第８工程に準拠した工程において、第１スリット部３１、第２スリット部３２および一対の延在部３３、３４が形成されるように、膜部２の一部をドライエッチングする。

（実施の形態３）
図１８は、実施の形態３に係るセンサを示す概略平面図である。図１８を参照して、実施の形態３に係るセンサ１００Ｂについて説明する。

図１８に示すように、実施の形態３に係るセンサ１００Ｂは、実施の形態１に係るセンサ１００と比較した場合に、スリット部３０の構成が相違する。

スリット部３０は、実施の形態１と比較して、第１スリット部３１、第２スリット部３２が形成されておらず、複数の一対の延在部３３、３４のみを含む。この場合においても、スリット部３０が複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々に沿う部分を含むように設けられることにより、膜部２は、複数の辺部２１、２２、２３、２４の各々が支持体３に部分的に接続された複数の接続部２５を含む。

膜部２は、４つの角部を有する矩形形状を有し、一対の延在部３３、３４は、対応する所定の角部から、膜部２の周方向の一方側において当該所定の角部の隣りに位置する角部に向けて延びるように設けられている。

一対の延在部３３、３４のうち一方の延在部３３は、対応する辺部に沿って延在する。一対の延在部３３、３４のうち他方の延在部３４は、一方の延在部３３よりも膜部２の内側で、一方の延在部３３と平行となるように設けられている。

接続部２５は、所定の角部から延在する一方の延在部３３と、膜部２の周方向の一方側において当該所定の角部の隣りに位置する角部との間に設けられている。接続部２５は、上記隣りに位置する角部に設けられた一対の延在部３３、３４との間を延びる張出部２６を含む。磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の各々は、対応する張出部２６において、膜部２の外縁側に位置する部分に設けられている。

また、接続部２５は、所定の角部から延在する一方の延在部３３と、上記隣に位置する角部に儲けられた一対の延在部３３、３４のうち他方の延在部３４との間に設けられた部分２７とを含む。

対応する辺部に沿った一方の延在部３３と他方の延在部３４の長さはほぼ同じ長さである。対応する辺部に沿った一対の延在部３３、３４の長さは、当該対応する辺部に沿った辺部の長さの５０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがさらに好ましい。

このような長さ関係とすることにより、膜部２が変形した場合に、張出部２６において膜部２の外縁側に位置する部分に応力を集中させ、磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に作用する応力を大きくすることができる。この結果、単位素子１０において、フリー層４６に印加する感度制御のためのバイアス磁界強度を大きくすることができ、これにより、感度制御のためのバイアス強度の制御性を向上できるとともに、外乱磁界への耐性を向上させることができる。

なお、実施の形態３に係るセンサ１００Ｂにおいても、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、リファレンス層４４の磁化方向、および応力誘起磁気異方性の向きの関係は、実施の形態１と同様である。

実施の形態３に係るセンサ１００Ｂは、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法に準拠して製造される。この場合において、実施の形態１の第３工程において、膜部２のうち複数の角部となる領域に複数の単位素子１０が形成されるように、ＴＭＲ積層膜６４、および上部電極膜６５をパターニングする。また、実施の形態１の第８工程に準拠した工程において、膜部２において複数の角部の各々から各辺部に沿って一対の延在部３３、３４が形成されるように、膜部２の一部をドライエッチングする。

（実施の形態４）
図１９は、実施の形態４に係るセンサを示す概略平面図である。図１９を参照して、実施の形態４に係るセンサ１００Ｃについて説明する。

図１９に示すように、実施の形態４に係るセンサ１００Ｃは、実施の形態３に係るセンサ１００Ｂと比較した場合に、スリット部３０の構成が相違する。

実施の形態４においては、スリット部３０を構成する複数の一対の延在部３３、３４において、一方の延在部３３の長さは、他方の延在部３４の長さよりも長く、一方の延在部３３は、所定の角部の隣りに位置する角部に設けられた一対の延在部３３、３４のうち他方の延在部３４に接続されている。

これにより、接続部２５は、一対の延在部３３、３４の間を延びるように設けられた張出部２６によって構成されている。

図２０は、実施の形態４に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形した状態を示す斜視図である。図２０を参照して、実施の形態４に係るセンサ１００Ｃにおいて膜部２が変形した状態について説明する。

図２０に示すように、膜部２の中心に応力が印加されて、膜部２が撓み変形する場合には、応力は複数の張出部２６に集中する。実施の形態４においては、接続部２５が張出部２６のみによって構成されることにより、膜部２が変形した場合には、実施の形態３と比較して、張出部２６のうち膜部２の外縁側（接続部２５の根元側）に応力をさらに集中させることができる。

実施の形態１同様に、複数の辺部２１、２２、２３、２４の長さを６００μｍとし、膜部２の厚さを１μｍとする。さらに、対応する辺部に直交する一対の延在部３３、３４のうち一方の延在部３３の長さを５３５μｍとし、他方の延在部３４の長さを４７０μｍとする。また、一対の延在部３３、３４の長さ方向に直交する、一方の延在部３３の幅および他方の延在部３４の幅を、１５μｍとする。

この場合において、空洞部４側（膜部２の裏面側）から膜部２に略１Ｐａの圧力が印加された場合をシミュレーションし、ＦＥＭによる応力分布を解析した場合には、接続部２５の先端側（張出部２６における一対の延在部３３、３４の先端側）には、１．１Ｍｐａ程度の引張応力が作用し、接続部２５の根元側には、１．４ＭＰａ程度の圧縮応力が作用する。

このように、実施の形態４においては、実施の形態１と比較して、接続部２５の根元側に１０倍以上の応力を集中させることができる。この結果、単位素子１０において、フリー層４６に印加する感度制御のためのバイアス磁界強度をさらに大きくすることができる。これにより、感度制御のためのバイアス強度の制御性をさらに向上できるとともに、外乱磁界への耐性をさらに向上させることができる。

なお、実施の形態４に係るセンサ１００Ｃにおいても、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、リファレンス層４４の磁化方向、および応力誘起磁気異方性の向きの関係は、実施の形態１と同様である。

実施の形態４に係るセンサ１００Ｃは、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法に準拠して製造される。この場合において、実施の形態１の第３工程において、膜部２のうち複数の角部となる領域に複数の単位素子１０が形成されるように、ＴＭＲ積層膜６４、および上部電極膜６５をパターニングする。また、実施の形態１の第８工程に準拠した工程において、複数の角部の各々に形成される一対の延在部３３、３４において、対応する辺部に沿う一方の延在部３３が、所定の角部の隣りに位置する角部に設けられた一対の延在部３３、３４のうち他方の延在部３４に接続されるように、膜部２の一部をドライエッチングする。

（実施の形態５）
図２１は、実施の形態５に係るセンサを示す概略平面図である。図２１を参照して、実施の形態５に係るセンサ１００Ｄについて説明する。

図２１に示すように、実施の形態５に係るセンサ１００Ｄは、実施の形態２に係るセンサ１００Ａと比較した場合に、複数の磁気抵抗素子部が、複数の第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、複数の第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８とを含むように構成されている点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

複数の張出部２６の各々に、第１磁気抵抗素子部と第２磁気抵抗素子部が設けられている。具体的には、辺部２１側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ１と第２磁気抵抗素子部Ｒ５とが設けられている。辺部２２側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ２と、第２磁気抵抗素子部Ｒ６とが設けられている。辺部２３側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ３と、第２磁気抵抗素子部Ｒ７とが設けられている。辺部２４側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ４と、第２磁気抵抗素子部Ｒ８とが設けられている。

複数の張出部２６の各々において、第１磁気抵抗素子部は、張出部２６のうち膜部の前記外縁側に位置する部分（張出部２６の根元側）に設けられている。第２磁気抵抗素子部は、張出部２６のうち一対の延在部３３、３４の先端側（張出部２６の先端側）に位置する部分に設けられている。

図２２は、実施の形態５に係るセンサを模式的に示す回路図である。図２１および図２２に示すように、複数の第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によって第１フルブリッジ回路が構成され、複数の第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８によって第２フルブリッジ回路が構成されている。第１フルブリッジ回路と第２フルブリッジ回路とは並列で接続されている。第２フルブリッジ回路は、第１フルブリッジ回路が有する出力特性とは正負反対の出力特性を有する。

図２３は、実施の形態５に係るセンサにおいて外力によって変形した膜部の一部を示す模式断面図である。図２３は、図２１に示すＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ線に沿った断面図であり、張出部２６に対応する部分の断面図である。図２３を参照して、変形時に膜部２に作用する応力について説明する。

図２３に示すように、空洞部４側（膜部２の裏面側）から膜部２に圧力が印加された場合には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１が配置された張出部２６の根元側において圧縮応力が作用し、第２磁気抵抗素子部Ｒ５が配置された張出部２６の先端側において引張応力が作用する。

また、圧縮応力は、当該張出部２６の延在方向において、張出部２６の中央側から張出部２６の根元側に向かうにつれてその絶対値の大きさが大きくなる。一方、引張応力は、張出部２６の中央側から張出部２６の先端側に向かうにつれてその絶対値が大きくなる。

このような応力の絶対値の不均衡による出力特性の不均衡を補償するために、第１磁気抵抗素子部Ｒ１および第２磁気抵抗素子部Ｒ５に含まれる複数の単位素子１０は、張出部２６において膜部２が変形した際に作用する応力の絶対値が大きい箇所に配置されるものほど、ディスク径が小さくなるように設けられている。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１においては、張出部２６の中央側から張出部２６の根元側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなる。第２磁気抵抗素子部Ｒ５においては、張出部２６の中央側から張出部２６の先端側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなる。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４においても、第１磁気抵抗素子部Ｒ１同様に、張出部２６の中央側から張出部２６の根元側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなっている。また、第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８においても、第２磁気抵抗素子部Ｒ５同様に、張出部２６の中央側から張出部２６の先端側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなる。

また、上述の図１７で示したように、張出部２６の根元側に作用する圧縮応力の絶対値は、張出部２６の先端側に作用する引張応力の絶対値よりも大きい。このため、張出部２６の根元側と、張出部２６の先端側との間において、応力の絶対値の不均衡を補償するように、複数の単位素子１０が設けられていてもよい。

具体的には、張出部２６の根元側に設けられる第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に含まれる単位素子１０の個数は、張出部２６の先端側に設けられる第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８に含まれる単位素子の個数よりも少なくてもよい。

また、張出部２６の根元側に設けられる第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に含まれる複数の単位素子１０の平均サイズは、張出部２６の先端側に設けられる第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８に含まれる複数の単位素子１０の平均サイズよりも小さくてもよい。

なお、上記においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８の各々において、複数の単位素子１０が異なる大きさを有する場合を例示して説明したが、複数の単位素子１０のディスク径は、全て同じであってもよい。

図２４は、実施の形態５に係るセンサにおいて、フリー層に印加されている面内方向のバイアス磁界の磁化方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。なお、図２４においては、便宜上、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８の各々において、１つの単位素子１０におけるフリー層に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向を図示している。

第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれにおいて、各単位素子１０のフリー層に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は同じ向きであり、各単位素子１０のリファレンス層の磁化方向も同じ向きである。第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれにおいては、黒線で示す矢印ＡＲ２が、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向を示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ１がリファレンス層４４の磁化方向を示している。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のそれぞれにおいて、各単位素子１０のフリー層に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は同じ向きであり、各単位素子１０のリファレンス層の磁化方向も同じ向きである。第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のそれぞれにおいては、黒線で示す矢印ＡＲ５が、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向を示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ４がリファレンス層４４の磁化方向を示している。

図２４に示すように、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度は９０度±５度となっている。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向に対して反時計回りに４５度±５度で交差する。磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のいずれに含まれる単位素子１０おいて、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に対して時計回りに４５度±５度で交差する。

なお、面内方向のバイアス磁界によって、フリー層４６の磁化は、印加される面内方向のバイアス磁界の方向を向く。すなわち、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度も、９０度±５度となっている。

図２５は、実施の形態５に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きとリファレンス層の磁化方向とを示す図である。図２５においても、便宜上、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８の各々において、１つの単位素子１０における応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向を図示している。

第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれにおいて、黒線で示す矢印ＡＲ３が、応力誘起磁気異方性の向きを示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ１がリファレンス層４４の磁化方向を示している。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のそれぞれにおいて、黒線で示す矢印ＡＲ６が、応力誘起磁気異方性の向きを示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ４がリファレンス層４４の磁化方向を示している。

また、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向を破線の矢印で示し、膜部２が変形していない非変形状態における単位素子１０の外縁を破線の円で示している。

図２５に示すように、膜部２が変形した場合には、上述のように圧縮応力、および引張応力が作用することにより、フリー層４６の応力誘起磁気異方性が発現する。これにより、フリー層４６の磁化の方向は、応力誘起磁気異方性の向きとなる。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向、およびリファレンス層４４の磁化方向は変更されない。

上記圧縮応力、および引張応力のいずれが作用した場合であっても、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は、４５度±５度となる。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４（辺部２１、２４側）において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、接続部２５の一端２５ａ（図２１参照）から他端２５ｂ（図２１参照）に向かう方向を向く。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３（辺部２２、２３側）において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、上記辺部２１に直交する方向に対して時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

なお、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４（辺部２１、２４側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３（辺部２２、２３側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに１３５度±５度回転させた方向を向く。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８（辺部２１、２４側）において、上記引張応力が作用する張出部２６の先端側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７（辺部２２、２３側）において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２１における接続部２５の一端２５ａから他端２５ｂに向かう方向を向く。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

なお、第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８（辺部２１、２４側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに１３５度±５度回転させた方向を向く。第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７（辺部２２、２３側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の強度を、フリー層４６とリファレンス層４４との間で作用する交換結合磁界の強度よりも大きくし、かつ、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、フリー層４６の応力誘起磁気異方性の向き、およびリファレンス層４４の磁化方向を上述のような角度関係とすることにより、上述同様に、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のそれぞれで、奇数関数の出力特性が得られる。

このように構成される場合であっても、実施の形態５に係るセンサ１００Ｄは、実施の形態２同様に、感度制御のためのバイアス強度の制御性を向上できるとともに、外乱磁界への耐性を向上させることができる。

さらに、圧縮応力が作用する複数の張出部２６の根元側に配置された第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によって第１ブリッジ回路を構成し、引張応力が作用する複数の張出部２６の先端側に配置された第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８によって第２ブリッジ回路を構成し、第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路とが正負反対の出力特性を有する。これにより、実施の形態５に係るセンサ１００Ｄにおいては、２倍の感度が得られる。この結果、シグナルを増加させることができ、ＳＮＲを高めることができる。

実施の形態５に係るセンサ１００Ｄは、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法に準拠して製造される。この場合において、実施の形態１の第３工程に準拠した工程において、膜部２のうち張出部２６となる部分の根元側に第１磁気抵抗素子部を構成する複数の単位素子が形成され、張出部２６となる部分の先端側に第２磁気抵抗素子部を構成する複数の単位素子が形成されるように、ＴＭＲ積層膜６４、および上部電極膜６５をパターニングする。また、実施の形態１の第８工程に準拠した工程において、第１スリット部３１、第２スリット部３２および一対の延在部３３、３４が形成されるように、膜部２の一部をドライエッチングする。

（実施の形態６）
図２６は、実施の形態６に係るセンサを示す概略平面図である。図２６を参照して、実施の形態６に係るセンサ１００Ｅについて説明する。

図２６に示すように、実施の形態６に係るセンサ１００Ｅは、実施の形態４に係るセンサ１００Ｃと比較した場合に、複数の磁気抵抗素子部が、複数の第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、複数の第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８とを含むように構成されている点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

複数の張出部２６の各々に、第１磁気抵抗素子部と第２磁気抵抗素子部が設けられている。具体的には、辺部２１側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ１と第２磁気抵抗素子部Ｒ５とが設けられている。辺部２２側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ２と、第２磁気抵抗素子部Ｒ６とが設けられている。辺部２３側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ３と、第２磁気抵抗素子部Ｒ７とが設けられている。辺部２４側の張出部２６に、第１磁気抵抗素子部Ｒ４と、第２磁気抵抗素子部Ｒ８とが設けられている。

複数の張出部２６の各々において、第１磁気抵抗素子部は、張出部２６のうち膜部の前記外縁側に位置する部分に設けられている。第２磁気抵抗素子部は、張出部２６のうち一対の延在部３３、３４の先端側に位置する部分に設けられている。

複数の第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によって第１フルブリッジ回路が構成され、複数の第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８によって第２フルブリッジ回路が構成されている。第１フルブリッジ回路と第２フルブリッジ回路とは並列で接続されている。第２フルブリッジ回路は、第１フルブリッジ回路が有する出力特性とは正負反対の出力特性を有する。

図２７は、実施の形態６に係るセンサにおいて外力によって変形した膜部の一部を示す模式断面図である。図２７は、図２６に示すＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ線に沿った断面図であり、張出部２６に対応する部分の断面図である。図２７を参照して、変形時に膜部２に作用する応力について説明する。

図２７に示すように、空洞部４側（膜部２の裏面側）から膜部２に圧力が印加された場合には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１が配置された張出部２６の根元側において圧縮応力が作用し、第２磁気抵抗素子部Ｒ５が配置された張出部２６の先端側において引張応力が作用する。

また、圧縮応力は、当該張出部２６の延在方向において、張出部２６の中央側から張出部２６の根元側に向かうにつれてその絶対値の大きさが大きくなる。一方、引張応力は、張出部２６の中央側から張出部２６の先端側に向かうにつれてその絶対値が大きくなる。

第１磁気抵抗素子部Ｒ１および第２磁気抵抗素子部Ｒ５に含まれる複数の単位素子１０は、張出部２６において膜部２が変形した際に作用する応力の絶対値が大きい箇所に配置されるものほど、ディスク径が小さくなるように設けられている。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１においては、張出部２６の中央側から張出部２６の根元側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなる。第２磁気抵抗素子部Ｒ５においては、張出部２６の中央側から張出部２６の先端側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなる。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４においても、第１磁気抵抗素子部Ｒ１同様に、張出部２６の中央側から張出部２６の根元側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなっている。また、第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８においても、第２磁気抵抗素子部Ｒ５同様に、張出部２６の中央側から張出部２６の先端側に向かうにつれて、単位素子１０のディスク径は小さくなる。

また、上述の図２０で示したように、張出部２６の根元側に作用する圧縮応力の絶対値は、張出部２６の先端側に作用する引張応力の絶対値よりも大きい。このため、実施の形態６においても、実施の形態５同様に、張出部２６の根元側と、張出部２６の先端側との間において、応力の絶対値の不均衡による出力特性の不均衡を補償するように、複数の単位素子１０が設けられていてもよい。

なお、上記においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８の各々において、複数の単位素子１０が異なる大きさを有する場合を例示して説明したが、複数の単位素子１０のディスク径は、全て同じであってもよい。

図２８は、実施の形態６に係るセンサにおいて、フリー層に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図２９は、実施の形態６に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。

図２８および図２９においても、上述同様の理由により、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８の各々において、１つの単位素子１０におけるリファレンス層の磁化方向と、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向、あるいは、応力誘起磁気異方性の向きとを示している。

図２８においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれにおいて、黒線で示す矢印ＡＲ２が、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向を示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ１がリファレンス層４４の磁化方向を示している。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のそれぞれにおいて、黒線で示す矢印ＡＲ５が、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向を示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ４がリファレンス層４４の磁化方向を示している。

図２９においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれにおいて、黒線で示す矢印ＡＲ３が、応力誘起磁気異方性の向きを示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ１がリファレンス層４４の磁化方向を示している。また、膜部２が変形していない非変形状態における単位素子１０のフリー層の磁化方向および非変形状態における単位素子１０の外縁を破線で示している。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のそれぞれにおいて、黒線で示す矢印ＡＲ６が、応力誘起磁気異方性の向きを示しており、白抜きで示す矢印ＡＲ４がリファレンス層４４の磁化方向を示している。また、膜部２が変形していない非変形状態における単位素子１０のフリー層の磁化方向および非変形状態における単位素子１０の外縁を破線で示している。

なお、以降における図３０から図３５においては、上述同様に１つの単位素子１０におけるリファレンス層の磁化方向と、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向、あるいは、応力誘起磁気異方性の向きとを示しているため、その説明については省略する。

図２８、および図２９に示すように、実施の形態６においても、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８において、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向、リファレンス層４４の磁化方向、および応力誘起磁気異方性の向きは、実施の形態５で説明した向きと同様である。また、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の強度は、フリー層４６とリファレンス層４４との間で作用する交換結合磁界の強度よりも大きくなっている。これにより、実施の形態６においても、上述同様に、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のそれぞれで、奇数関数の出力特性が得られる。

このように構成される場合であっても、実施の形態６に係るセンサ１００Ｅは、実施の形態４同様に、感度制御のためのバイアス強度の制御性を向上できるとともに、外乱磁界への耐性を向上させることができる。

さらに、圧縮応力が作用する複数の張出部２６の根元側に配置された第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によって第１ブリッジ回路を構成し、引張応力が作用する複数の張出部２６の先端側に配置された第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８によって第２ブリッジ回路を構成することで、２倍の感度が得られる。このため、シグナルを増加させることができ、ＳＮＲを高めることができる。

また、実施の形態６に係るスリット部３０は、実施の形態４に係るスリット部と同様の形状であり、この場合には、実施の形態１と比較して、接続部２５の根元部に作用する圧縮応力を効果的に高めることができる。また、接続部２５の先端側（張出部２６の先端側）においても、引張応力を相当程度大きく作用させることができる。この結果、実施の形態６に係るセンサ１００Ｅにおいては、検知精度をさらに高めることができる。

実施の形態６に係るセンサ１００Ｄは、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法に準拠して製造される。この場合において、実施の形態１の第３工程に準拠した工程において、膜部２のうち張出部２６となる部分の根元側に第１磁気抵抗素子部を構成する複数の単位素子が形成され、張出部２６となる部分の先端側に第２磁気抵抗素子部を構成する複数の単位素子が形成されるように、ＴＭＲ積層膜６４、および上部電極膜６５をパターニングする。また、実施の形態１の第８工程に準拠した工程において、複数の角部の各々に形成される一対の延在部３３、３４において、対応する辺部に沿う一方の延在部３３が、所定の角部の隣りに位置する角部に設けられた一対の延在部３３、３４のうち他方の延在部３４に接続されるように、膜部２の一部をドライエッチングする。

（実施の形態７）
図３０は、実施の形態７に係るセンサにおいて、フリー層に印加されているバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図３１は、実施の形態７に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図３０および図３１を参照して、実施の形態７に係るセンサ１００Ｆについて説明する。

図３０および図３１に示すように、実施の形態７に係るセンサ１００Ｆは、実施の形態６に係るセンサ１００Ｅと比較した場合に、リファレンス層４４の磁化方向が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

図３０に示すように、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度は１３５度±５度となっている。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向に対して反時計回りに４５度±５度で交差する。磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のいずれに含まれる単位素子１０おいて、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に対して直交する方向であり、かつ、膜部２の中央部から辺部２１に向かう方向である。

なお、面内方向のバイアス磁界によって、フリー層４６の磁化は、印加される面内方向のバイアス磁界の方向を向く。すなわち、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度も、１３５度±５度となっている。

図３１に示すように、膜部２が変形した場合には、上述のように圧縮応力、および引張応力が作用することにより、フリー層４６の応力誘起磁気異方性が発現する。これにより、フリー層４６の磁化の方向は、応力誘起磁気異方性の向きとなる。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向、およびリファレンス層４４の磁化方向は変更されない。

上記圧縮応力、および引張応力のいずれが作用した場合であっても、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は、４５度±５度となる。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４（辺部２１、２４側）において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２３から辺部２２に向かう方向である。一方で、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３（辺部２２、２３側）において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方で、面内方向のフリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

なお、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４（辺部２１、２４側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに９０度±５度回転させた方向を向く。第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３（辺部２２、２３側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに１８０度回転させた方向を向く。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８（辺部２１、２４側）において、上記引張応力が作用する張出部２６の先端側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７（辺部２２、２３側）において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２１における接続部２５の一端２５ａから他端２５ｂに向かう方向を向く。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。すなわち、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は４５度±５度となる。

なお、第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８（辺部２１、２４側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに１８０度回転させた方向を向く。第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７（辺部２２、２３側）においては、リファレンス層４４の磁化方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに９０度±５度回転させた方向を向く。

フリー層４６に印加されるバイアス磁界の強度を、フリー層４６とリファレンス層４４との間で作用する交換結合磁界の強度よりも大きくし、かつ、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、フリー層４６の応力誘起磁気異方性の向き、およびリファレンス層４４の磁化方向を上述のような角度関係とすることにより、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のそれぞれで、奇数関数の出力特性が得られる。

なお、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度、およびフリー層４６の応力誘起磁気異方性の向きとバイアス磁界の方向との相対的な角度が±５度の範囲を有する場合を例示したが、フリー層４６に印加されているバイアス磁界の方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度を１３５度とし、フリー層４６の応力誘起磁気異方性の向きとバイアス磁界の方向との相対的な角度を４５度とすることにより、さらに良好な出力特性が得られる。

このように構成される場合であっても、実施の形態７に係るセンサ１００Ｆは、実施の形態６とほぼ同様の効果が得られる。

（実施の形態８）
図３２は、実施の形態８に係るセンサにおいて、フリー層に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図３３は、実施の形態８に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図３２および図３３を参照して、実施の形態８に係るセンサ１００Ｇについて説明する。

図３２および図３３に示すように、実施の形態８に係るセンサ１００Ｇは、実施の形態６に係るセンサ１００Ｅと比較した場合に、リファレンス層４４の磁化方向が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

図３２に示すように、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度は９０度±５度となっている。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８に含まれる単位素子１０において、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。一方、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２、および第２磁気抵抗素子部Ｒ６において、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して反時計回りに１３５度±５度回転させた方向を向く。一方、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して時計回りに１３５度±５度回転させた方向を向く。

第１磁気抵抗素子部Ｒ３、および第２磁気抵抗素子部Ｒ７に含まれる単位素子１０において、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。一方、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

なお、面内方向のバイアス磁界によって、フリー層４６の磁化は、印加される面内方向のバイアス磁界の方向を向く。すなわち、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度も、９０度±５度となっている。

図３３に示すように、膜部２が変形した場合には、上述のように圧縮応力、および引張応力が作用することにより、フリー層４６の応力誘起磁気異方性が発現する。これにより、フリー層４６の磁化の方向は、応力誘起磁気異方性の向きとなる。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向、およびリファレンス層４４の磁化方向は変更されない。

上記圧縮応力、および引張応力のいずれが作用した場合であっても、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は、４５度±５度となる。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２３から辺部２２に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第１磁気抵抗素子部Ｒ３において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、膜部２の中央側から辺部２１に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８において、上記引張応力が作用する張出部２６の先端側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第２磁気抵抗素子部Ｒ６において、上記引張応力が作用する張出部２６の先端側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２２から辺部２３に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５±５度回転させた方向を向く。

第２磁気抵抗素子部Ｒ７において、上記引張応力が作用する張出部２６の先端側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２３から辺部２２に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

この場合においても、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の強度を、フリー層４６とリファレンス層４４との間で作用する交換結合磁界の強度よりも大きくし、かつ、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、フリー層４６の応力誘起磁気異方性の向き、およびリファレンス層４４の磁化方向を上述のような角度関係とすることにより、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のそれぞれで、奇数関数の出力特性が得られる。

このように構成される場合であっても、実施の形態８に係るセンサ１００Ｇは、実施の形態６とほぼ同様の効果が得られる。

（実施の形態９）
図３４は、実施の形態９に係るセンサにおいて、フリー層に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図３５は、実施の形態９に係るセンサにおいて膜部が外力によって変形することにより発生する応力誘起磁気異方性の向きと、リファレンス層の磁化方向とを示す図である。図３４および図３５を参照して、実施の形態９に係るセンサ１００Ｈについて説明する。

図３４に示すように、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のいずれに含まれる単位素子１０おいて、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の方向と、リファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度は９０度±５度となっている。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４、および第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７に含まれる単位素子１０において、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。一方、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３および第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８において、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して反時計回りに１３５度±５度回転させた方向を向く。一方、リファレンス層４４の磁化方向は、辺部２１に平行な方向（より特定的には辺部２３から辺部２２に向かう方向）に対して時計回りに１３５度±５度回転させた方向を向く。

なお、面内方向のバイアス磁界によって、フリー層４６の磁化は、印加される面内方向のバイアス磁界の方向を向く。すなわち、膜部２に外部応力がかかっていない状態においては、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向とリファレンス層４４の磁化方向との相対的な角度も、９０度±５度となっている。

図３５に示すように、膜部２が変形した場合には、上述のように圧縮応力、および引張応力が作用することにより、フリー層４６の応力誘起磁気異方性が発現する。これにより、フリー層４６の磁化の方向は、応力誘起磁気異方性の向きとなる。一方で、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向、およびリファレンス層４４の磁化方向は変更されない。

上記圧縮応力、および引張応力のいずれが作用した場合であっても、フリー層４６における応力誘起磁気異方性の向きと、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向との相対的な角度は、４５度±５度となる。

具体的には、第１磁気抵抗素子部Ｒ１、Ｒ４において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２３から辺部２２に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第１磁気抵抗素子部Ｒ２、Ｒ３において、上記圧縮応力が作用する張出部２６の根元側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第２磁気抵抗素子部Ｒ５、Ｒ８において、上記引張応力が作用する張出部２６の先端側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に直交する方向であり、辺部２１から辺部２４に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

第２磁気抵抗素子部Ｒ６、Ｒ７において、上記引張応力が作用する張出部２６の先端側では、応力誘起磁気異方性の向きは、辺部２１に平行であり、辺部２３から辺部２２に向かう方向である。一方、フリー層４６に印加されている面内方向のバイアス磁界の方向は、応力誘起磁気異方性の向きを反時計回りに４５度±５度回転させた方向を向く。

この場合においても、フリー層４６に印加される面内方向のバイアス磁界の強度を、フリー層４６とリファレンス層４４との間で作用する交換結合磁界の強度よりも大きくし、かつ、面内方向のバイアス磁界によってフリー層４６の磁化が向く方向、フリー層４６の応力誘起磁気異方性の向き、およびリファレンス層４４の磁化方向を上述のような角度関係とすることにより、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のそれぞれで、奇数関数の出力特性が得られる。

このように構成される場合であっても、実施の形態８に係るセンサ１００Ｇは、実施の形態６とほぼ同様の効果が得られる。

（実施の形態１０）
図３６は、実施の形態１０に係るセンサを示す概略断面図である。図３６を参照して、実施の形態１０に係るセンサ１００Ｉについて説明する。

図３６に示すように、実施の形態１０に係るセンサ１００Ｉは、実施の形態１に係るセンサ１００と比較した場合に、膜部２がさらにエッチングされている点が主として相違する。

より詳細的には、基板１の構成が相違しており、基板１の支持体３は、第１部分３ａ、第２部分３ｂ、第３部分３ｃを含む。第２部材３ｂは、第１部材３ａ上に配置されており、膜部２を支持する。第２部分３ｂは、第１部材３ｂと異なる材料で構成されている。第３部分３ｃは、支持体３の厚さ方向において、第１部分３ａに対して第２部材３ｂが位置する側とは反対側に配置されている。

たとえば、第１部材３ａは、シリコン酸化膜等の絶縁層によって構成されており、第１部材３ｂおよび第３部材３ｃは、シリコン、ポリシリコン等によって構成されている。

膜部２は、第２部分３ｂよりも厚さが薄くなる部分を含むように設けられている。たとえば、膜部２は、全体的に第２部分３ｂよりも厚さが薄くなってもよい。また、図３６の一点鎖線で示すように、上記接続部２５における膜部の膜厚が、膜部２の中央部の膜厚よりも厚くなるように設けられていてもよい。

後述するように膜部２を形成する際には、基板１の裏面側（単位素子１０が形成されている側とは反対側に位置する基板６１の主面側）からエッチングを行なう。上述のように、第２部分３ｂと第１部分３ａとを異なる材料とし、材料によるエッチングレートの差(選択比)を利用することにより、膜部２にエッチング面が到達した付近でエッチングを止めることができる。ただし、実際には選択比は有限の値を取り、膜部２のオーバーエッチングが発生するほか、エッチングレートの面内分布の影響により、膜部の膜厚には面内分布が生じる。たとえば、ローディング効果が働いて、膜部２の中央部は、上記接続部２５における膜部２よりも薄くなる傾向がある。

膜部２の膜厚に面内分布が生じる場合には、この結果、外力入力時の磁気抵抗素子への印加応力にばらつきが生じ、感度・線形性にばらつきが生じることがある。一方で、膜部２の膜厚を減少させると、感度は増加し、線形性は低下する。この特性を利用し、膜部２の形成後に基板１の裏面側から追加のエッチングすることにより感度の調整を行うことができる。

図３７から図３９は、実施の形態１０に係るセンサの製造工程において、パッシベーション膜を形成する工程、ならびに、膜部を形成する工程の第１工程、および第２工程を示す図である。図３７から図３９を参照して、実施の形態１０に係るセンサ１００Ｉの製造方法について説明する。

実施の形態１０に係るセンサ１００Ｉは、基本的に実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法に準拠して製造される。実施の形態１０に係るセンサ１００Ｉを製造するに際して、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法とほぼ同様に、第６工程までを実施する。なお、基板６１としては、図３７に示すように、上述の第１部分３ａとなる第１層部６１１、第２部分３ｂとなる第２層部６１２、第３部分３ｃとなる第３層部６１３を含むものを用いる。

次に、図３７に示すように、金属配線５１、５３等に接続される電極５４、５５を絶縁膜６６上に形成し、当該電極５４、５５および絶縁膜６６を覆うようにパッシベーション膜６７を形成する。なお、電極５４、５５は、たとえばフォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜６６上に形成する。また、パッシベーション膜６７は、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、電極５４、５５が露出するように形成される。続いて、実施の形態１と同様に、リファレンス層の磁化方向を固定する。

次に、図３８に示すように、膜部２を形成する工程の第１工程において、実施の形態１の第８工程と同様に、ドライエッチングを用いて、単位素子１０が形成されている側とは反対側に位置する基板６１の主面側から基板６１の一部を除去する。この際、膜部２となる第２層６１２が第１層６１３から露出するように基板６１をエッチングする。

続いて、図３９に示すように、膜部２を形成する工程の第２工程において、第２層６１２をさらにドライエッチングし、第２部分３ｂよりも厚さが薄くなる部分を含むように膜部２を形成する。たとえば、接続部２５における膜部の膜厚が、膜部２の中央部の膜厚よりも厚くなるように膜部２を形成する。以上のような工程を経ることにより、実施の形態１０に係るセンサ１００Ｉを製造することができる。

なお、実施の形態１０のように、膜部２が薄くなっている構成は、実施の形態２から９におけるセンサに適用することができる。

（実施の形態１１）
図４０は、実施の形態１１に係るセンサを示す断面図である。図４０を参照して、実施の形態１１に係るセンサ１００Ｊについて説明する。

図４０に示すように、実施の形態１１に係るセンサ１００Ｊは、実施の形態１に係るセンサ１００と比較して、パッシベーション膜６７が薄くなる部分を含むように設けられている点が主として相違する。

具体的的には、実施の形態１１に係るセンサ１００Ｊは、磁気抵抗素子部を覆う保護膜としてのパッシベーション膜６７を備え、当該パッシベーション膜６７は、膜部２に対応する領域において膜厚が部分的に異なっている。

実施の形態１０における膜部２の膜厚と同様に、パッシベーション膜６７の膜厚を減少させると、感度は増加し、線形性は低下する。この特性を利用し、膜部２に対応する領域において膜厚が部分的に異なるようにパッシベーション膜６７を形成することにより、センサ１００Ｊの感度を調整することができる。

図４１は、実施の形態１１に係るセンサを製造する工程において、パッシベーション膜を薄くする工程を示す図である。図４１を参照して、実施の形態１１に係るセンサ１００Ｊの製造方法について説明する。

実施の形態１１に係るセンサ１００Ｊは、基本的に実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法に準拠して製造される。実施の形態１１に係るセンサ１００Ｊを製造するに際して、実施の形態１に係るセンサ１００の製造方法とほぼ同様に、第８工程までを実施する。なお、基板６１としては、図４１に示すように、上述の第１部分３ａとなる第１層部６１１、第２部分３ｂとなる第２層部６１２、第３部分３ｃとなる第３層部６１３を含むものを用いてもよい。

図４１は、実施の形態１１に係るセンサを製造する工程において、パッシベーション膜を薄くする工程を示す図である。

続いて、図４１に示すように、パッシベーション膜６７を薄くする工程において、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等によって、パッシベーション膜６７を薄くする。たとえば、膜部２に対応する領域において膜厚が部分的に異なるようにパッシベーション膜６７を形成する。以上のような工程を経ることにより、実施の形態１１に係るセンサ１００Ｊを製造することができる。

なお、実施の形態１１のように、パッシベーション膜６７が薄くなっている構成は、実施の形態２から９におけるセンサに適用することができる。

（実施の形態１２）
図４２は、実施の形態１２に係る歪み検知センサを示す図である。図４２を参照して、実施の形態１２に係る歪み検知センサ１５０について説明する。

実施の形態１２に係る歪み検知センサ１５０は、実施の形態１に係るセンサ１００と、ベース部１１０と、カバー部１２０と、を備える。

ベース部１１０は、板状形状を有し、互いに表裏関係にある第１主面１１０ａと第２主面１１０ｂとを有する。ベース部１１０には、貫通孔１１１が設けられている。ベース部１１０としては、たとえば、ガラスエポキシ基板などの樹脂とガラス繊維とを組み合わせた材料で構成される基板、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）多層基板、または、アルミナなどからなるセラミックス材料で構成される基板等を採用することができる。

センサ１００は、第１主面１１０ａ上に配置されている。センサ１００は、空洞部４が貫通孔１１１に連通するとともに、膜部２が貫通孔１１１に対向するように配置されている。

カバー部１２０は、第１主面１１０ａ側においてセンサ１００から距離を持って当該センサ１００を覆うように設けられている。カバー部１２０は、センサ１００とカバー部１２０との間の空間を密閉するために、第１主面１１０ａと隙間無く接合されている。

カバー部１２０は、金属材料または樹脂材料で構成されている。カバー部１２０は、上記材料で構成された部材を切削加工またはプレス加工することにより成形されてもよいし、モールド成形によって成形されてもよい。

以上の構成を有する歪み検知センサ１５０においては、センサ１００の内側の空間（センサ１００と第１主面１１０ａとの間の空間）と、センサ１００外側の空間（センサ１００とカバー部１２０との間の空間）とが分離される。貫通孔１１１を通った音波等によって膜部２に外力が印加された場合には、膜部２が変形し、膜部２上に配置された単位素子１０に応力が作用する。センサ１００からは、単位素子１０の変形量に応じた電圧が出力される。このように、上記歪み検知センサ１５０にあっては、上記出力を測定することで、歪みを高感度で検知することができる。

（実施の形態１３）
図４３および図４４は、実施の形態１３に係る歪検知センサの製造工程の第１例および第２例を示す図である。図４３および図４４を参照して、実施の形態１３に係る歪検知センサ１５０Ａについて説明する。

実施の形態１３に係る歪検知センサ１５０Ａは、実施の形態１２に係る歪検知センサ１５０と比較した場合に、膜部２が薄くされている点が主として相違する。歪センサ１５０Ａに備えられているセンサは、上述の実施の形態１０と同様の構成であるが、膜部２を薄くする工程が相違する。具体的には、実施の形態１０では、センサ１００を製造する際に膜部２をさらに薄くするが、実施の形態１３では、センサ１００を用いて歪検知センサ１５０Ａを製造する工程で膜部２をさらに薄くする点が主として相違する。

図４３に示すように、歪検知センサ１５０Ａの製造工程の第１例においては、センサ１００をベース部１１０に搭載し、第１主面１１０ａ側からカバー部１２０でセンサ１００を覆った後に、膜部２を薄くする。具体的には、ベース部１１０に設けられた貫通孔１１１を介して、当該貫通孔１１１に対向する膜部２に対して、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等を行なう。これにより、センサ１００をパッケージに搭載した後に、センサ１００の感度および／または出力を調整することができる。

図４４に示すように、歪検知センサ１５０Ａの製造工程の第２例においては、センサ１００をベース部１１０に搭載した後に、膜部２を薄くする。具体的には、ベース部１１０に設けられた貫通孔１１１を介して、当該貫通孔１１１に対向する膜部２に対して、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等を行なう。続いて、第１主面１１０ａ側からカバー部１２０で、膜部２が薄くなったセンサ１００を覆う。

（実施の形態１４）
図４５から図４７は、実施の形態１４に係る歪検知センサの製造工程の第１例から第３例を示す図である。図４５から図４７を参照して、実施の形態１４に係る歪検知センサ１５０Ｂについて説明する。

図４５に示すように、実施の形態１４に係る歪検知センサ１５０Ｂは、実施の形態１２に係る歪検知センサ１５０と比較した場合に、パッシベーション膜６７が薄くされている点が主として相違する。歪センサ１５０Ｂに備えられているセンサは、上述の実施の形態１１と同様の構成であるが、パッシベーション膜６７を薄くする工程が相違する。具体的には、実施の形態１１では、センサ１００を製造する際にパッシベーション膜６７をさらに薄くするが、実施の形態１４では、センサ１００を用いて歪検知センサ１５０Ｂを製造する工程でパッシベーション膜６７をさらに薄くする点が主として相違する。

図４５に示すように、歪検知センサ１５０Ｂの製造工程の第１例においては、センサ１００をベース部１１０に搭載し、第１主面１１０ａ側からカバー部１２０でセンサ１００を覆った後に、パッシベーション膜６７を薄くする。この際、カバー部１２０は、ヒンジ機構１２３によって開口部１２２を開閉可能に設けられた蓋部１２１を含む。パッシベーション膜６７を薄くする際には、蓋部１２１を開け、開口部１２２を介して、パッシベーション膜６７に対して、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等を行なう。

図４６に示すように、歪検知センサ１５０Ｂの製造工程の第２例においても、センサ１００をベース部１１０に搭載し、第１主面１１０ａ側からカバー部１２０でセンサ１００を覆った後に、パッシベーション膜６７を薄くする。第２例においては、カバー部１２０は、上方に向けて開口する開口部１２２が設けられた本体部１２５Ｂと、当該開口部１２２を閉塞するための蓋部１２１とを有する。この場合には、センサ１００が開口部１２２を介して露出し、かつ、当該センサ１００の周囲を囲むように本体部１２５Ｂをベース部１１０上に配置することが好ましい。

パッシベーション膜６７を薄くする際には、本体部１２５Ｂから蓋部１２１を取り外された状態で、開口部１２２を介して、パッシベーション膜６７に対して、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等を行なう。

図４７に示すように、歪検知センサ１５０Ｂの製造工程の第３例においては、センサ１００をベース部１１０に搭載した後に、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等によって、パッシベーション膜６７を薄くする。

（実施の形態１５）
図４８および図４９は、実施の形態１５に係る歪検知センサの製造工程の第１例および第２例を示す図である。図４８および図４９を参照して、実施の形態１５に係る歪検知センサ１５０Ｃについて説明する。

実施の形態１５に係る歪検知センサ１５０Ｃは、図４８に示すように、実施の形態１２に係る歪検知センサ１００と比較した場合に、ベース部１１０には貫通孔１１１が設けられておらず、カバー部１２０側に開口部１２２が設けられている点、および、パッシベーション膜６７が薄くされている点が主として相違する。開口部１２２は、センサ１００に対向するカバー部１２０の天井部に設けられており、膜部２に対応する位置に設けられている。

なお、歪検知センサ１５０Ｃに備えられているセンサは、上述の実施の形態１１と同様の構成であるが、実施の形態１５では、パッシベーション膜６７を薄くする工程が相違する。具体的には、実施の形態１１では、センサ１００を製造する際にパッシベーション膜６７をさらに薄くするが、実施の形態１５では、センサ１００を用いて歪検知センサ１５０Ｂを製造する工程でパッシベーション膜６７をさらに薄くする点が主として相違する。

図４８に示すように、歪検知センサ１５０Ｃの製造工程の第１例においては、センサ１００をベース部１１０に搭載し、第１主面１１０ａ側からカバー部１２０でセンサ１００を覆った後に、パッシベーション膜６７を薄くする。この際、カバー部１２０の天井部に設けられた開口部１２２を介して、パッシベーション膜６７に対して、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等を行なう。

図４９に示すように、歪検知センサ１５０Ｃの製造工程の第２例においては、センサ１００をベース部１１０に搭載した後に、反応性イオンエッチング等のドライエッチング、イオンミリング等によって、パッシベーション膜６７を薄くする。

図５０は、実施の形態１６に係る圧力センサを示す図である。図５０を参照して、実施の形態１６に係る圧力センサ２００について説明する。なお、図５０においては、ベース部２１０に応力が作用し、ベース部２１０が撓んだ状態を示している。

図５０に示すように、実施の形態１６に係る圧力センサ２００は、実施の形態１に係るセンサ１００と、ベース部２１０と、封止部２２０と、を備える。

ベース部２１０は、板状形状を有する。センサ１００は、ベース部２１０上に配置されている。センサ１００は、封止部２２０によってベース部２１０上に封止されている。

ベース部２１０に応力（圧力）が作用し、ベース部２１０が歪んだ場合には、ベース部２１０上に配置されたセンサ１００にも圧力が作用する。これにより、膜部２が変形し、膜部２上に配置された単位素子１０に応力が作用する。センサ１００からは、単位素子１０の変形に応じた電圧が出力される。このように、圧力センサ２００にあっては、上記出力を測定することで、ベース部２１０に印加された圧力を高感度で検知することができる。

（実施の形態１７）
図５１は、実施の形態１７に係るマイクロフォンを備えた携帯情報端末を示す図である。図５１を参照して、実施の形態１７に係るマイクロフォン３００について説明する。

図５１に示すように、実施の形態１に係るセンサ１００を備えたマイクロフォン３００は、携帯情報端末４００に組み込まれている。マイクロフォン３００に設けられたセンサ１００の膜部２は、携帯情報端末４００の表示部４１０が設けられた面に対して実質的に平行となっている。なお、センサ１００の配置は、適宜変更することができる。

上記マイクロフォン３００においては、センサ１００を備えることで、高感度に広い周波数帯域で音を検知することができる。

なお、マイクロフォン３００は、携帯情報端末４００以外にも、ＩＣレコーダーやピンマイクロフォンなどにも組み込まれてもよい。

上述した実施の形態１０から１２においては、歪み検知センサ１５０、圧力センサ２００、およびマイクロフォン３００が、実施の形態１に係るセンサ１００を備える場合を例示して説明したが、これに限定されず、上記実施の形態１から実施の形態９に係るセンサのいずれかを備えていればよい。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 基板、２ 膜部、３ 支持体、４ 空洞部、１０ 単位素子、２１，２２，２３，２４ 辺部、２５ 接続部、２５ａ 一端、２５ｂ 他端、２６ 張出部、３０ スリット部、３１ 第１スリット部、３２ 第２スリット部、３３，３４ 延在部、４０ 下部電極層、４１ ピニング層、４２ ピン層、４３ 磁気結合層、４４ リファレンス層、４５ トンネルバリア層、４６ フリー層、４７ 分離層、４８ バイアス層、４９ 上部電極層、５１，５２，５３ 金属配線、５４，５５ 接続配線、６１ 基板、６３ 下部電極膜、６４ 積層膜、６５ 上部電極膜、６６ 絶縁膜、６７ パッシベーション膜、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ センサ、１１０ ベース部、１１０ａ 第１主面、１１０ｂ 第２主面、１１１ 貫通孔、１２０ カバー部、１３０ 蓋部、１５０ 歪み検知センサ、２００ 圧力センサ、２１０ ベース部、２２０ 封止部、３００ マイクロフォン、４００ 携帯情報端末、４１０ 表示部。

Claims (19)

1. 外力により変形可能な膜部と、
   前記膜部を支持する支持体と、
   前記膜部上に設けられ、各々が複数の単位素子を含む複数の磁気抵抗素子部と、を備え、
   前記単位素子は、前記膜部の変形に応じて磁化方向が変化する第１磁性層と、磁化方向が固定された第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に配置された中間層とを有し、
   前記膜部は、当該膜部の外縁を構成する複数の辺部を含み、
   スリット部が前記複数の辺部の各々に沿う部分を含むように設けられることにより、前記膜部は、前記複数の辺部の各々が前記支持体に部分的に接続された複数の接続部を含み、
   前記複数の接続部の各々に、前記磁気抵抗素子部が配置されており、
   前記複数の接続部の各々に設けられた前記磁気抵抗素子部によってブリッジ回路が構成されており、
   前記第１磁性層は、磁化渦構造を有し、かつ、ディスク形状を有し、
   前記複数の単位素子は、前記第１磁性層の膜厚／前記第１磁性層のディスク径で表されるアスペクト比が大きい第１単位素子と、前記第１単位素子よりも前記アスペクト比が小さい第２単位素子と、を含み、
   前記接続部は、前記膜部が変形した際に応力の絶対値が大きくなる第１領域と、前記第１領域よりも前記絶対値が小さくなる第２領域とを含み、
   前記第１領域に前記第１単位素子が配置されており、
   前記第２領域に前記第２単位素子が配置されている、センサ。
2. 前記複数の接続部の各々は、前記膜部の前記外縁に沿う方向の一方側に一端、および前記膜部の前記外縁に沿う方向の他方側に他端を有し、
   前記スリット部は、前記複数の辺部の各々において、前記接続部の前記一端から前記一方側に向けて延びる第１スリット部と、前記接続部の前記他端から前記他方側に向けて延びる第２スリット部とを含み、
   前記膜部の周方向において隣り合う接続部のうち一方の接続部側に配置された前記第１スリット部と、他方の接続部側に配置された前記第２スリット部とが連結されている、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記スリット部は、前記膜部の外縁に沿った前記複数の接続部の各々の両外側に、前記複数の接続部の各々に対応する前記辺部に交差する方向に延びるように設けられた複数の一対の延在部を含み、
   前記複数の接続部の各々は、前記一対の延在部の間を延びるように設けられた張出部を含み、
   前記磁気抵抗素子部は、少なくとも前記張出部のうち前記膜部の前記外縁側に位置する部分に設けられている、請求項２に記載のセンサ。
4. 前記膜部は、複数の角部を有する多角形形状を有し、
   前記スリット部は、前記複数の角部に対応するように設けられた複数の一対の延在部を含み、
   前記一対の延在部の各々は、対応する所定の角部から、前記膜部の周方向の一方側において前記所定の角部の隣りに位置する角部に向けて延びるように設けられ、
   前記一対の延在部のうち一方の延在部は、前記辺部に沿って設けられ、
   前記一対の延在部のうち他方の延在部は、前記一方の延在部よりも前記膜部の内側で前記一方の延在部に平行となるように設けられ、
   前記複数の接続部の各々は、前記一対の延在部の間を延びるように設けられた張出部を含み、
   前記一対の延在部の長さは、前記辺部の長さの５０％以上である、請求項１に記載のセンサ。
5. 前記一方の延在部の長さは、前記他方の延在部の長さよりも長く、
   前記一方の延在部は、前記所定の角部の隣りに位置する前記角部に設けられた前記一対の延在部のうち前記他方の延在部に接続されている、請求項４に記載のセンサ。
6. 複数の前記磁気抵抗素子部は、複数の第１磁気抵抗素子部と複数の第２磁気抵抗素子部とを含み、
   複数の前記張出部の各々に、前記第１磁気抵抗素子部および前記第２磁気抵抗素子部が設けられ、
   前記第１磁気抵抗素子部は、前記張出部のうち前記膜部の前記外縁側に位置する部分に設けられており、
   前記第２磁気抵抗素子部は、前記張出部のうち前記一対の延在部の先端側に位置する部分に設けられており、
   前記複数の第１磁気抵抗素子部によって第１ブリッジ回路が構成され、
   前記複数の第２磁気抵抗素子部によって第２ブリッジ回路が構成され、
   前記第２ブリッジ回路は、前記第１ブリッジ回路が有する出力特性とは正負反対の出力特性を有する、請求項３から５のいずれか１項に記載のセンサ。
7. 前記第１磁気抵抗素子部に含まれる前記単位素子の個数は、前記第２磁気抵抗素子部に含まれる前記単位素子の個数よりも少ない、請求項６に記載のセンサ。
8. 前記第１磁気抵抗素子部および前記第２磁気抵抗素子部の各々は、異なるサイズを有する複数の前記単位素子を含み、
   前記第１磁気抵抗素子部に含まれる複数の前記単位素子の平均サイズは、前記第２磁気抵抗素子部に含まれる複数の前記単位素子の平均サイズよりも小さい、請求項６に記載のセンサ。
9. 前記第１磁性層には、面内方向のバイアス磁界が印加されており、
   前記第１磁性層に印加されている前記バイアス磁界の方向と前記第２磁性層の磁化方向との相対的な角度が９０度±５度であり、
   前記接続部のうち前記膜部の前記外縁側に位置する部分に圧縮力が作用するように前記膜部が変形した際に発現する前記第１磁性層の応力誘起磁気異方性の向きと、前記バイアス磁界の方向との相対的な角度が４５±５度度である、請求項１から８のいずれか１項に記載のセンサ。
10. 前記第１磁性層には、面内方向のバイアス磁界が印加されており、
    前記第１磁性層に印加されている前記バイアス磁界の方向と前記第２磁性層の磁化方向との相対的な角度が１３５度±５度であり、
    前記接続部のうち前記膜部の前記外縁側に位置する部分に圧縮力が作用するように前記膜部が変形した際に発現する前記第１磁性層の応力誘起磁気異方性の向きと、前記バイアス磁界の方向との相対的な角度が４５度±５度である、請求項１から８のいずれか１項に記載のセンサ。
11. 前記単位素子は、前記第１磁性層に面内方向のバイアス磁界を印加するバイアス層と、前記バイアス層と前記第１磁性層との間に配置された分離層とをさらに有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のセンサ。
12. 前記第１磁性層に印加される前記バイアス磁界の強度は、前記第１磁性層と前記第２磁性層の間で作用する中間層を介した層間交換結合磁界の強度よりも大きい、請求項１１に記載のセンサ。
13. 前記複数の単位素子は、前記第１磁性層の前記ディスク径が異なるものを含み、
    前記複数の単位素子は、前記接続部において前記膜部が変形した際に作用する応力の絶対値が大きい箇所に配置されるものほど、前記ディスク径が小さくなるように設けられている、請求項１から１２のいずれか１項に記載のセンサ。
14. 前記接続部における前記膜部の膜厚は、前記膜部の中央部の膜厚よりも厚い、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のセンサ。
15. 前記支持体は、第１部分と、前記第１部分上に配置され、前記膜部を支持する第２部分とを含み、
    前記第２部分は、前記第１部分と異なる材料で形成されており、
    前記膜部は、前記第２部分よりも厚さが薄くなる部分を含むように設けられている、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のセンサ。
16. 前記磁気抵抗素子部を覆う保護膜をさらに備え、
    前記保護膜は、前記膜部に対応する領域において膜厚が部分的に異なっている、請求項１から１３のいずれか１項に記載のセンサ。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載のセンサを備えた、歪検知センサ。
18. 請求項１から１６のいずれか１項に記載のセンサを備えた、圧力センサ。
19. 請求項１から１６のいずれか１項に記載のセンサを備えた、マイクロフォン。

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