JP7097228B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサに関する。

磁場を検出する磁気センサとして、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）効果やＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）効果を用いたスピンバルブ型ＭＲ磁気センサがある。
スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、非磁性層を強磁性層で挟んだ構造（強磁性層／非磁性層／強磁性層）を有し、一方の磁性層の磁化を反強磁性層で固定し（磁化固定層）、もう一方の強磁性層（磁化自由層）の磁化は外部磁場に対して自由に回転できる構造を有している（スピンバルブ構造）。スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、外部磁場Ｈが加わり、磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化との相対角が変化すると、非磁性層である中間層を流れる電流が変化するため、磁場を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。

スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは微小な磁場で大きな磁気抵抗（ＭＲ）変化を示すことが知られており、主にハードディスクの磁気ヘッド等に用いられている。また、スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、ホール効果を用いた磁気センサと比較して高感度であること、つまり微小磁場の検出が可能であることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
ＭＲセンサには他の方式があり、例えばＡＭＲ（異方性磁気抵抗）効果を利用したＡＭＲ磁気センサがある。ＡＭＲ磁気センサはＧＭＲ磁気センサやＴＭＲ磁気センサと比較して感度は小さいが、ノイズ特性が優れており、磁気検出能はＧＭＲ磁気センサやＴＭＲ磁気センサと比較しても同等レベルである（例えば、特許文献３参照）。

特開平９－１９９７６９号公報 特開２００５－２２１３８３号公報 特許第５０４４０７０号公報

上述したようなＧＭＲ効果やＴＭＲ効果を用いたスピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、ホール素子やＡＭＲ素子に比べて磁気感度が高いという特徴を持つ。しかし、生体から発生する磁場等、非常に微小な磁場を得るには感度が足りない。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出精度をより向上させることの可能な磁気センサを提供することを目的としている。

基板と、基板上に、磁化自由層と非磁性層と磁化固定層とが積層された素子部と、磁気収束部と、を備え、上面視で、磁化自由層の面積は磁化固定層の面積よりも大きく、磁化自由層と磁気収束部とは、上面視で少なくとも一部が重なる第１の重複領域を有し、上面視で第１の重複領域と磁化固定層の一部とが重なる第２の重複領域の面積が、第１の重複領域の面積から第２の重複領域の面積を減算した面積よりも小さいことを特徴としている。

本発明の一態様によれば、磁気センサの感度特性を向上させ、検出精度をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る磁気センサの一例を示す概略構成図である。 比較例としての磁気センサの一例を示す概略構成図である。 磁性体群の配置の一例を示す図である。 磁性体群の配置の一例を示す図である。 磁性体群の配置の一例を示す図である。 磁性体群の配置の一例を示す図である。 磁性体群の配置の一例を示す図である。 磁性体３０Ｌ′と磁性体２１′との重複幅と、感磁エリア２３′の増幅率の平均値との関係を示す特性図の一例である。 感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合と、感磁エリア２３′の増幅率の平均値との関係を示す特性図の一例である。 重複部分を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサのその他の例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサのその他の例を示す平面図である。 図１２Ａに示す磁気センサの断面図である。 素子部の膜構造を説明するための説明図である。 比較例としての磁気センサのその他の例を示す平面図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。

＜磁気センサ＞
本発明の一実施形態に係る磁気センサは、基板と、基板上に、磁化自由層と非磁性層と磁化固定層とが積層された素子部と、磁気収束部と、を備え、上面視で、磁化自由層の面積は磁化固定層の面積よりも大きく、磁化自由層と磁気収束部とは、上面視で少なくとも一部が重なる第１の重複領域を有するように構成される。
またプロセスの容易性の観点から、素子部は、基板上に磁化自由層と非磁性層と磁化固定層とがこの順に積層されることが望ましい。

（感磁軸）
本発明では、磁気センサが磁場を検知する方向を「感磁軸」と記載する。磁気センサの感磁軸の向きと測定対象である磁場の向きとが平行である時に、磁場を検知する感度が最もよい。磁気センサは、感磁軸の向きと磁場の向きとが垂直である時には、磁場を検知せず出力変動がないことが望ましいが、変化が起こってもよい。

（重複領域Ｐ）
本発明に係る磁気センサは、上面視で、磁化自由層の一部と磁気収束部の少なくとも一部とが重なる部分を有する。本発明では、これを「重複領域Ｐ」と定義する。
重複領域（第１の重複領域）Ｐは、上面視で磁化自由層の一部と磁気収束部の少なくとも一部とが重なることを表し、重複領域Ｐの断面を見た時、後述の図１（ｂ）に示すように磁気収束部３０（３０Ｌ、３０Ｒ）と磁化自由層２１とは接していない。
ここで、重複領域Ｐと、下記に定義する重複部分Ｑ及びＲを示す模式図を図１０に示す。重複領域Ｐは、図１０（ａ）に示すように、磁化自由層２１と磁気収束部３０とが重なる部分であり、重複部分Ｑと重複部分Ｒの和に相当する。

（重複部分Ｑ）
本発明に係る磁気センサは、上面視で、磁化固定層２３の一部と磁気収束部３０の少なくとも一部とが重なる部分を有していても、有していなくてもよい。本発明では、図１０（ｂ）に示すように、磁化自由層２１と磁気収束部３０とが重なる部分である重複領域Ｐのうち、磁化固定層２３と重なる部分（第２の重複領域）を「重複部分Ｑ」と定義する。
磁気感度増加の観点から、上面視での磁化固定層２３に占める重複部分Ｑの割合は、３／８以下である方が望ましく、２／８以下である方がさらに望ましく、１／８以下である方がさらに望ましく、Ｑ＝０である方がさらに望ましい。

（重複部分Ｒ）
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、重複領域Ｐのうち、重複部分Ｑを除く部分を「重複部分Ｒ」と定義する。
本発明に係る磁気センサは、磁気感度増加の観点から、重複部分Ｑの面積が重複部分Ｒの面積よりも小さい方が望ましい。
磁気収束部と磁化自由層とはどちらが上方にあってもよい。通常は、素子作製の簡便性の観点から、素子部を作製した後、保護層を成膜し、その上に磁気収束部を作製するため、磁気収束部は磁化自由層よりも上側に来る。磁気収束部を下側にする場合、磁気収束部を作製した後、基板上全面にＳｉＯ_２等の絶縁層を形成し、上面が同じ高さになるように研磨した後に素子部を形成することで、実現することができる。また、磁気収束部と磁化自由層との間には、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉＮで構成される絶縁層を設けることができる。ＳｉＯ_２やＳｉＮに限るものではなく他の物質で構成される絶縁膜であっても適用することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る磁気センサの各構成部について、例を挙げて説明する。
（１）磁化自由層
本発明の一実施形態に係る磁気センサにおける磁化自由層は、外部磁場によって容易に磁化される強磁性材料で主に構成される。磁化自由層は、一つの材料で構成される場合に限るものではなく多層膜であってもよい。強磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅ、及びＮｉＦｅＳｉＢ等のうちのいずれかを用いることができるが、この限りではない。磁化自由層は、磁気感度向上のため磁化自由層中にＲｕやＴａ等の非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。なお、磁化自由層の微細加工形状は問わない。
良好な磁気特性を得るためには、ＮｉＦｅ（第１の強磁性層）、Ｒｕ（第１の磁気結合層）、及びＣｏＦｅＢ（第２の強磁性層）が、この順に積層された積層膜が磁化自由層として望ましい。

（２）非磁性層
本発明の一実施形態に係る磁気センサにおける非磁性層は、絶縁性の非磁性材料で構成される。一般的に、ＴＭＲ素子の場合はＡｌ_２Ｏ_３又はＭｇＯ等の絶縁材料を用いることができるが、この限りではない。高磁気感度化のため、非磁性層にＭｇＯを利用することが好ましい。なお、非磁性層の微細加工形状は問わない。
また本発明の他の実施形態に係る磁気センサにおける非磁性層は、絶縁性でなくてもよい。非絶縁性の非磁性材料としては、ＣｕやＡｇ、Ａｕ等を用いることができるが、この限りではない。

（３）磁化固定層
本発明の一実施形態の磁気センサにおける磁化固定層は、外部磁場によって磁化方向が容易に変化しないように、強磁性材料を主に用いて構成される。磁化固定層は、一つの材料で構成される場合に限るものではなく、多層膜であってもよい。一例として、磁化固定層は、強磁性材料を反強磁性材料でピン止めした構造が用いられる。軟磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ及びＣｏＦｅ等のうちのいずれかを用いることができるが、この限りではない。磁気感度向上のため、磁化固定層中にＲｕ又はＴａ等の非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。また、反強磁性材料としてＩｒＭｎ又はＰｔＭｎ等を用いることができるが、本発明はこの構成に限定されない。なお、磁化固定層の微細加工形状は問わない。

良好な磁気特性を得るために、ＣｏＦｅＢ（第３の強磁性層）、Ｒｕ（第２の磁気結合層）、ＣｏＦｅ（第４の強磁性層）、及びＩｒＭｎ（第１の反強磁性層）が、この順に積層された積層膜が磁化固定層として望ましい。
外部から磁場が印加された時、磁化自由層面内では、磁化自由層の重心を通り、素子部の感磁軸と直交する線分上が最大になるような磁化分布が存在する。外部磁場に対して磁化の変化が大きい方がより感度の高い素子を得られることから、より高い感度の素子を作製するため、磁化固定層の少なくとも一部は、後述の図１に示すように、上面視で、磁化自由層の重心を通り、素子部の感磁軸と直交する線分上に配置されることが好ましい。

（４）素子部
本発明の一実施形態に係る磁気センサにおける素子部は、磁化自由層と、第一の方向に磁化が固定された磁化固定層と、磁化自由層と磁化固定層との間に配置された非磁性層と、を含み、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層の順に積層される。素子部は、基板上に、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層の順に積層されてもよく、逆に、磁化固定層、非磁性層及び磁化自由層の順に積層されてもよい。
微細加工プロセスの簡便さの観点から、上部からエッチングを行うため、磁化自由層と磁化固定層の上面視での面積は、基板側にある方が大きいことが望ましい。また、素子の磁気感度向上の観点から、磁化自由層の面積は大きい方が望ましい。以上２点を考慮した上で素子全体の面積効率を考えると、磁化自由層を磁化固定層よりも基板側に形成し、磁化自由層の一部の上に磁化固定層を形成することが望ましい。つまり、上面視で磁化固定層は磁化自由層内に含まれることが望ましい。すなわち、磁化自由層の面積は、磁化固定層の面積よりも大きくなる。

上記三つの層（磁化固定層、磁化自由層及び非磁性層）の上又は下、又は三つの層の間に他の層が挿入されていてもよい。
素子部の最上部には、酸化防止の観点から、非磁性のキャップ層を備えていることが好ましい。非磁性のキャップ層は、配線部との接続の観点から、Ａｕ又はＲｕ等の導電性材料であることが好ましい。
密着性の観点から、キャップ層と、磁化自由層（又は磁化固定層）との間にＴｉ又はＴａ等の金属層を備えていることが望ましい。素子部は公知の方法で形成することができ、一例としては、スパッタリング法により形成することができる。また、複数の素子部を形成する場合、基板上に形成された、少なくとも磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層がこの順又は逆の順に積層された積層膜を、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材を用いてドライエッチングやウェットエッチングすることにより形成することができる。

この時、素子部の途中でエッチングを停止させることにより、素子部の形状を制御してもよい。この場合、エッチング停止点より上側の層が、エッチング停止点の下側の層上に複数部分に分かれて形成されていてもよい。
また、エッチング停止点は任意に設定することができる。例えば、上側の層に磁化固定層（又は磁化自由層）と非磁性層の一部とが含まれ、下側の層に非磁性層の一部と磁化自由層（又は磁化固定層）とが含まれていてもよい。また、上側の層に磁化自由層、非磁性層、及び磁化固定層、が含まれ、下側の層はそれ以外の層（例えばＴａ又はＲｕ等）で構成されていてもよい。

積層膜の磁化容易軸を決定するために、磁化容易軸にしたい方向と平行に、成膜中に磁場を印加してもよい。
ここで、磁化容易軸とは、磁性体のもつ磁気異方性の特性により、磁化されやすい方向のことを意味する。磁気異方性は、磁性体の形状によって決まる形状磁気異方性、結晶方位によって決まる結晶磁気異方性、磁性原子の配列によって起こる誘導磁気異方性等により決定される。
また、積層膜を成膜後に、磁場中で熱処理を行うことで磁化容易軸を決定してもよい。
また、磁化自由層を上面視で細長い形状に加工することで、磁化容易軸を決定してもよい。

また、素子部に流入する磁束密度を均一にするため、上面視で、素子部の、感磁軸に直交する方向における長さは、磁気収束部の、感磁軸に直交する方向における長さよりも短いことが好ましい。
また、磁気センサのノイズ低減の観点から、素子部は並列または直列に接続されていることが望ましい。さらに、絶縁破壊耐性向上のため、素子部は直列に接続されていることがより望ましい。また、素子部全体を効率的に磁気増幅するため、磁気収束部の感磁軸に直交する辺に沿って素子部を配置することが望ましい。

また、磁化自由層は、第１の強磁性層と、第１の磁気結合層と、第２の強磁性層とがこの順に積層されてなり、磁化固定層は、第３の強磁性層と、第２の磁気結合層と、第４の強磁性層と、第１の反強磁性層と、がこの順に積層されてなり、第１及び第２の磁気結合層は導電性の非磁性材料で形成され、第１及び第２の磁気結合層の膜厚は、第１～第４の強磁性層のいずれか一つの膜厚よりも小さく、第２の強磁性層及び第３の強磁性層は少なくともＣｏ及びＦｅを含んでいてよい。
また、良好な磁気特性を得るため、第１の強磁性層の膜厚は、第２～第４の強磁性層の膜厚の総和よりも大きいことが好ましい。

（５）磁気収束部
本発明の一実施形態に係る磁気センサにおける磁気収束部は、膜厚方向が磁化困難軸方向となっている軟磁性材料により構成される。軟磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅＣｕＭｏ及びＣｏＺｒＮｂ等が挙げられるがこの限りではない。磁気収束部はスパッタリング法やめっきによって作製することができる。すなわち、磁気収束部は公知の方法で形成することが可能である。一例としては、配線等が形成された積層部の全面に、Ｃｕ又はＮｉＦｅ等の材料を用いてシード層を作り、フォトリソグラフィー法でマスク部材を形成し、さらにめっき膜を形成し、マスク部材や余分なシード層を除去することにより、磁気収束部を形成するか、蒸着法やスパッタリング法により磁気収束部を形成し、さらに、マスク部材を取り除くことで形成することができる。または、磁気収束部は、別途リボン状に形成された軟磁性体を切り出して形成し、素子部に近接するように貼りつけることでも形成できる。磁気収束部は、めっき等によって作製された第１の軟磁性体に、リボン状に形成された第２の軟磁性体を貼り付けて組み合わせてもよい。保磁力を抑制するために、膜面内の磁気特性に関して、素子部の感磁軸方向と平行な方向が、感磁軸に垂直な方向に比べて磁化困難軸的であることが望ましい。

また本発明の他の実施形態に係る磁気センサにおける磁気収束部は、素子部と電気的に絶縁されて構成される。磁気収束部と素子部とを電気的に絶縁するための構成としては、後述する保護層に用いられる酸化ケイ素、窒化ケイ素及び酸化アルミニウム等を磁気収束部と素子部の間に形成するが挙げられるが、この限りではない。
効率的に磁気増幅するため、上面視で、感磁軸に垂直な方向の磁気収束部の辺に、素子部ができるだけ近くなるように配置することが望ましい。磁気収束部は１つだけでも効果を発揮するが、より効果的な磁気増幅のため、上面視で、素子部を挟むように少なくとも２つの磁気収束部を配置することが望ましい。したがって、図１１に示すように、素子部２０が複数ある場合、素子部２０は、上面視で、感磁軸の方向と略直交する方向に並んで配置されていることが望ましい。なお、図１１に示す磁気センサは、図１に示す磁気センサにおいて、各部の寸法は若干異なるものの、素子部２０を複数有すること以外は同一であるので、同一部には同一符号を付与している。

また、磁気収束部で発生する磁気的なノイズが素子部に伝搬し、デバイス特性が悪化することを防ぐため、磁気収束部と素子部とは絶縁されていることが望ましい。
また、磁化固定層と磁気収束部とが重なると、素子部の凹凸を反映して磁気収束部の形状が変化する。そのため、磁化固定層と磁気収束部とは重ならないように配置することが望ましい。また、素子部を均一に磁気増幅するため、磁気収束部は矩形であることが望ましい。

また、効率的に磁気増幅するために、後述の図１（ｂ）に示すように、磁気収束部の膜厚Ｄ_３０は、素子部の膜厚Ｄ_２０よりも大きいことが好ましい。
また、簡便なプロセスで作製できるように、図１（ｂ）に示すように、磁気収束部は素子部に対し、側面視で素子部の上端部が、磁気収束部の下端部よりも低くなるように配置されていることが好ましい。
また、効率的に磁気増幅するために、後述の図３で説明するように、磁気収束部は、上面視で、感磁軸と略平行方向に沿った長さが、感磁軸と略垂直方向に沿った長さよりも２倍以上長いことが好ましい。

また、簡便なプロセスで効率的な磁気増幅を可能にするため、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように磁気収束部は、基板上に形成された第１の軟磁性体と、第１の軟磁性体とは別に形成された第２の軟磁性体と、を含んでいてもよい。例えば、第２の軟磁性体を、別途リボン状に形成された軟磁性体を切り出して形成し、これを第１の軟磁性体に張り付けてもよい。なお、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す磁気センサは、図１１に示す磁気センサにおいて、磁気収束部の構成が異なること以外は同一であるので、同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
また、簡便なプロセスで効率的な磁気増幅を可能にするため、磁気収束部の少なくとも一部は、めっきプロセス工程によって形成されるめっき膜を含んでいてもよい。

（６）保護層
本発明の一実施形態に係る磁気センサにおける保護層は、素子部、配線部、及び磁気収束部等との絶縁を保つために用いる。保護層の材料は素子部、配線部、及び磁気収束部等を絶縁可能なものであれば特に制限されず、一例として酸化ケイ素、窒化ケイ素及び酸化アルミニウム等が挙げられる。保護層は素子部の表面全体を覆うように形成され、保護層の、素子部と配線部との接合部分や、電極等の上部に相当する領域には、通電窓（すなわち、開口部）が存在する。本発明において通電窓の位置や形状は限定されない。

（７）配線部
本発明の一実施形態に係る磁気センサにおける配線部は、保護層（絶縁層）上に形成された通電窓を介して電極と素子部とを接続する。また、配線部は、複数の磁気センサを、直列接続又は並列接続する場合、素子部同士を電気的に接続するためにも用いる。密着性の観点から、キャップ層（又は素子部の最上層）と配線部との間にＴｉ又はＴａ等の層を備えていることが望ましい。
素子部同士を直列又は並列に接続して、複数の磁気センサを直列又は並列に接続する場合、磁気収束部を用いた効率的な磁気増幅を行うという観点から、上面視で素子部の感磁軸方向と略直交する方向に延びるように素子部同士を接続することが好ましい。

配線部の材料としては、素子部同士、また、電極間を電気的に接続することが可能な導電性の材料（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔａ及びＲｕ等）であれば特に制限されない。また、配線部は単一の材料で構成されていてもよく、また、複数の材料が混合又は積層されることにより構成されていてもよい。配線部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法でマスク部材を形成し、マスク部材を含む基板全面に、蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること（すなわち、リフトオフ法）により形成することができる。
また、素子部にバイアス磁場を加える目的で、素子部と接続しない配線部を別に設けてもよい。

（８）電極
本発明の一実施形態に係る磁気センサにおける電極は、外部の回路等との接続に用いる。密着性の観点から、基板または素子部上に電極を設ける場合には、基板と電極との間にＴｉ、Ｔａ等の層を備えていることが望ましい。基板上に素子部を残し、その上部に電極を作製してもよい。電極の材料としては、配線部同様、導電性の材料（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔａ及びＲｕ等）であれば特に制限されないが、素子特性の観点から、酸化されにくい材料（Ａｕ又はＲｕ等）である方が好ましい。

また、電極は単一の材料から構成されていてもよく、また、複数の材料が混合されたもの又は積層されたものから構成されていてもよい。電極は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法でマスク部材を形成し、さらに、マスク部材を含む積層部全面に、蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること（すなわち、リフトオフ法）により形成することができる。プロセス工数の観点から、配線部と同一プロセスで作製することが望ましい。
また、配線部及び電極を保護層が覆っている場合、電極部は、外部と電気的に接続するための通電窓を有する。

＜具体例＞
以下、本発明の一実施形態に係る磁気センサの具体例を、図面を用いて説明する。また、従来技術との比較を行い、優位性を示す。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

＜実施形態＞
（構成の一例）
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の構成の一例を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ′断面図である。なお、図１（ａ）には、各層の重なりが明確になるように、一部外部に露出していない磁気センサ１内部の境界線も破線で示している。
図１に示す磁気センサ１は、基板１０と、基板１０上に配置された素子部２０と、素子部２０を覆う保護層４０と、保護層４０に形成された通電窓としての開口部４０ａを通じて素子部２０と接続される配線部５０と、配線部５０及び保護層４０を覆う保護層４１と、を備える。さらに、磁気センサ１は、保護層４１上に、シード層３１を介して積層された磁気収束部３０を備える。上面視で、配線部５０と重なる保護層４１の一部には、通電窓４１ａが形成され、配線部５０が露出した部分が電極５１を形成している。

磁気収束部３０は一対の磁気収束部３０Ｌ及び３０Ｒを含む。磁気収束部３０Ｌ及び３０Ｒは、上面視で矩形状に形成され、素子部２０の感磁軸の方向と磁気収束部３０Ｌ及び３０Ｒそれぞれの対向する一対の辺とが平行となり、且つ、磁気収束部３０Ｌ及び３０Ｒそれぞれの他方の一対の辺同士が平行となり、これら磁気収束部３０Ｌと３０Ｒとの間に、素子部２０をその両側から挟むように配置される。図１（ａ）では、素子部２０の左側の磁気収束部を磁気収束部３０Ｌとし、右側の磁気収束部を磁気収束部３０Ｒとして記載している。また、素子部２０の感磁軸の方向を磁気センサ１の幅方向、すなわち図１において左から右に向かう方向としている。
素子部２０は磁化自由層２１と、非磁性層２２と、磁化固定層２３とがこの順で基板１０上に積層されて構成される。
さらに本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、図１に示すように、上面視で、磁化自由層２１の一部と、磁気収束部３０の少なくとも一部とが重複するように配置される。

（製造方法の一例）
本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１の製造方法を示す。以下に示す製造方法は一例であって、必ずしも以下の方法で作製する必要はない。
まず、基板１０上に、スパッタリング法等の公知の方法で、磁化自由層２１、非磁性層２２及び磁化固定層２３となる強磁性層と非磁性層と強磁性層との積層膜を交互に成膜する。次に、この積層膜上に、フォトリソグラフィー法等により、マスク部材を形成する。マスク部材は、積層膜上に所望の箇所で所望の形状で形成してよい。

次に、このマスク部材をマスクに、イオンミリング等の公知の方法で積層膜をエッチングする。これにより、基板１０上の積層膜を所望の形状に加工しマスク部材を除去する。この時、エッチングにより、積層膜の一部から構成される積層部を複数形成してもよい。
次に、この積層部の上に、フォトリソグラフィー法等によりマスク部材を形成する操作を再度行う。この時マスク部材の開口部は、上面視で、積層部内に収まるように形成する。
次に、積層部の上に形成されたマスク部材をマスクに、イオンミリング等の公知の方法で積層部をエッチングする。このとき、積層部に含まれる「強磁性層／非磁性層／強磁性層」構造の、非磁性層付近でエッチングを止め、マスク部材を除去する。その際、下側の強磁性層が一部エッチングされてもよい。これにより素子部２０が形成される。

次に素子部２０を含む基板１０全体を覆うように、ＣＶＤ法等公知の方法で保護層４０となる絶縁膜を成膜する。この絶縁膜上に、フォトリソグラフィー法等により、開口部４０ａ形成用のマスク部材を形成する。さらにＲＩＥ等の公知の方法で絶縁膜をエッチングし、開口部４０ａを形成し、マスク部材を除去する。これにより、開口部４０ａを備えた保護層４０が形成される。
次に、この開口部４０ａを備えた保護層４０の上に、フォトリソグラフィー法等により、配線部５０及び電極５１形成用のマスク部材を形成する。さらにスパッタリング法等公知の方法で金属薄膜を成膜し、マスク部材を除去することでマスク部材上の金属薄膜が剥離され、配線部５０及び電極５１が同時に形成される。

次に、ＣＶＤ法等公知の方法で全面に保護層４１となる絶縁膜を成膜し、さらに、保護層４１の上に、スパッタリング法等公知の方法でめっきシード層３１を形成する。さらに、このシード層３１上にフォトリソグラフィー法等により磁気収束部３０形成用の領域のみが開口されたマスク部材を形成する操作を行う。
次に、電解めっき等の公知の方法で磁気収束部３０となるめっき膜を形成し、マスク部材を除去する。さらにイオンミリング等公知の方法で、露出している表面全体を覆うシード層３１を除去することで、磁気収束部３０Ｌ及び３０Ｒを形成する。さらに、フォトリソグラフィー法等により電極５１となる領域のみが開口されたマスク部材を形成する操作を行う。そして、ＲＩＥ等公知の方法で保護層４１となる絶縁膜をエッチングして通電窓４１ａを形成し、マスク部材を除去する。この操作により、電極５１と外部端子とを接続することが可能になる。
以上の工程により、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。この実施例では、素子部２０と磁気収束部３０とが、上面視で重なる重複領域Ｐを有するように作製し、その磁気感度に関して検討した。

＜実施例１＞
［磁気センサの形成］
実施例１に係る磁気センサとして、図１１に示す磁気センサ１を次の成膜及び微細加工プロセスを経て作製した。図１１のＡ－Ａ′断面図は、図１（ｂ）に対応する。
まず、図１３に示すように、表面にＳｉＯ_２が１μｍ程度成膜された基板１０上に、磁化自由層２１の下地層となるＴａ、磁化自由層２１となるＮｉＦｅ、Ｒｕ及びＣｏＦｅＢがこの順に積層された多層膜、非磁性層２２となるＭｇＯ、磁化固定層２３となるＣｏＦｅＢ、Ｒｕ、ＣｏＦｅ及びＩｒＭｎがこの順に積層された多層膜、キャップ層となるＴａ及びＲｕがこの順で積層された多層膜を、この順で積層し積層膜を形成した。

次にこの積層膜上にフォトリソグラフィー法により、積層膜から、素子部２０となる積層部を複数形成するための第１のマスク部材を形成した。次に、ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて、積層膜のうち、第１のマスク部材で覆われていない部分を除去し、複数の積層部を形成した。その後、第１のマスク部材を除去した。
次に、フォトリソグラフィー法により、素子部２０を形成するための第２のマスク部材を、全ての積層部の上に２つずつ形成した。次に、ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて、第２のマスク部材で覆われていない積層部を非磁性層２２となる層まで除去した。これにより、複数の素子部２０を基板１０上に形成した。その後、第２のマスク部材を除去した。

次に、複数の素子部２０が形成された基板１０上に、ＳｉＯ_２で構成される保護層４０を成膜した。次に、開口部４０ａを作製するためフォトリソグラフィー法により、全ての素子部２０の磁化固定層２３の中央付近のみ露出し、それ以外の領域を覆う第３のマスク部材を保護層４０上に形成した。そして、この第３のマスク部材をマスクに、ＲＩＥエッチング装置を用いて保護層４０の露出部分をエッチングした。これにより、配線部５０との接続のための開口部４０ａを有する保護層４０を形成した。その後、第３のマスク部材を除去した。
次に、フォトリソグラフィー法により、各開口部４０ａを直列に接続するような配線部５０が形成される領域と、電極５１が形成される領域とが露出し、それ以外の領域を覆う第４のマスク部材を保護層４０上に形成した。次に、マグネトロンスパッタリング装置を用いて全面に金属膜を積層した。その後、リフトオフ法により第４のマスク部材を除去し、金属膜から配線部５０及び電極５１を形成した。

次に、磁場中熱処理装置を用いて、膜面内で感磁軸とする方向と垂直な方向に磁場をかけながら３２５℃で１時間熱処理（第１の熱処理）を行い、磁場をかけたままで１００℃以下まで冷却した。その後さらに、感磁軸とする方向に磁場をかけながら３２５℃で１時間熱処理（第２の熱処理）を行い、磁場をかけたままで１００℃以下まで冷却した。
次に、配線部５０及び電極５１を含む基板１０上全面にＳｉＯ_２で構成される保護層４１を積層後、マグネトロンスパッタリング装置を用いて、さらに保護層４１上全面にシード層３１となるＴａ／Ｃｕ層を積層した。さらに、フォトリソグラフィー法により、磁気収束部３０が形成される領域以外を覆う、第５のマスク部材をシード層３１となるＴａ／Ｃｕ層上に形成した。

次に、電解めっきにより、第５のマスク部材の開口部の、シード層３１上に磁気収束部３０を形成した。この時、磁気収束部３０Ｌ、３０Ｒの、素子部２０側の端部は、上面視で磁化自由層２１の両端をそれぞれ２０μｍずつ覆うように形成した。その後リフトオフ法により第５のマスク部材を除去し、エッチング装置を用いて余分なシード層３１を除去した。さらに、フォトリソグラフィー法等により電極５１となる領域のみが開口されたマスク部材を形成する操作を行い、第６のマスク部材を形成した。そして、この第６のマスク部材をマスクに、ＲＩＥエッチング装置を用いて保護層４１の露出部分をエッチングし、マスク部材を除去した。
以上の操作により、磁気センサ１を作製した。
作製した磁気センサ１に１Ｖの電圧をかけながら、感磁軸とする方向から外部磁場を「－０．６Ｏｅ以上０．６Ｏｅ以下」の範囲で変化させ、磁気抵抗変化の測定を行った。

＜比較例１＞
次に、比較例１について説明する。
図１４は、比較例１に係る磁気センサ２の構成の一例を示す平面図であり、素子部２０を三つ備えている例である。なお、図１４には、各層の重なりが明確になるように、一部外部に露出していない磁気センサ２内部の境界線も破線で示している。また、図１４における素子部２０を一つのみとした場合の磁気センサの平面図は、図２（ａ）となる。図１４のＡ－Ａ′断面図及び図２（ａ）のＡ－Ａ′断面図は、いずれも図２（ｂ）である。
図１４に示す比較例１に係る磁気センサ２は、図１１に示す実施例１における磁気センサ１において、磁気収束部３０の、素子部２０側の端部が、上面視で磁化自由層２１の両端からそれぞれ５μｍずつ離れた位置となるように形成したものである。これ以外は、実施例１における磁気センサ１と同様であり、同一部には同一構成を付与している。また、実施例１と同様の方法で磁気センサ２の形成と磁気抵抗変化の測定とを行った。

＜感度の比較＞
実施例１と比較例１とについて感度の比較を行った。
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の抵抗変化の原理は、すでに公知である、ＴＭＲ効果（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ）によるものである。ＴＭＲ効果による抵抗値の変化は、磁化自由層の磁化と磁化固定層の磁化の相対角の変化によるものであり、これらの界面において抵抗が変化する。ＴＭＲセンサ等の感度の定義は、公知であるように、磁化の相対角度が０°である時の抵抗値をＲｐ、１８０°である時の抵抗値をＲａｐ、抵抗変化範囲を２Ｈｋとしたとき、次式（１）で表すことができる。
（（（Ｒａｐ－Ｒｐ）／Ｒｐ）×１００）／２Ｈｋ［％／Ｏｅ］ ……（１）
前記の定義により感度を比較すると、実施例１では、感度が２２６％／Ｏｅとなり、比較例１では、感度が１１８％／Ｏｅとなった。実施例１と比較例１との違いは、図１１及び図１４からわかるように、磁気収束部３０の配置位置のみである。以上の結果より、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１、つまり、上面視で磁化自由層２１と磁気収束部３０Ｌ、３０Ｒとがそれぞれ重なっている方が、感度がより高いことがわかる。

＜実施例２＞
次に実施例２について説明する。
実施例２では、実施例１の磁気センサ１における各磁性体と同等の構成を有する磁性体群を想定し、有限要素法による磁場解析シミュレーションを行った。なお、後述の実施例３～実施例２５、比較例２～比較例１０も同様にして磁場解析シミュレーションを行った。
磁場解析シミュレーションでは、任意の形状、透磁率の磁性体をコンピュータ上に作製することができる。形状を定義された磁性体を、任意の大きさの小領域に区切り、磁場を印加すると、磁性体中の各小領域の磁化状態を計算することができる。磁性体の磁化の値の大小は、感度の増幅率と対応している。

そこで実施例２では、磁気収束部３０に対応する磁性体３０′と磁化自由層２１に対応する磁性体２１′とを定義し、磁性体３０′が在る時の磁性体２１′の磁化が、磁性体３０′が無い時の磁性体２１′の磁化に対して何倍になっているかを調査した。この値を「増幅率」と定義する。
ここで、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の抵抗変化が起こる部分は、上面視で、磁化自由層２１と磁化固定層２３とが重なっている部分である。本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の抵抗変化に相当するのは、磁化自由層２１と磁化固定層２３とが上面視で重なっている領域の磁化の変化である。そこで本シミュレーションでは、磁性体２１′の中央付近の領域を感磁エリア２３′とし、感磁エリア２３′の磁化の平均値を増幅率の計算に使用した。

なお、以下の実施例では計算を簡単にするため、感磁エリア２３′の長さを磁性体２１′の長さと一致させて増幅率を計算するが、感磁エリア２３′の感磁軸と垂直な方向の長さは磁性体２１′の長さと異なっていても良い。増幅率は、感磁エリア２３′の磁化の平均値に依存するため、感磁軸と垂直な方向の長さが変わっても磁化の平均値はほとんど変わらないためである。また、ここでは、上面視で、磁性体２１′と磁性体３０′とが重なる領域の面積を「面積Ｐ」とし、感磁エリア２３′と磁性体３０′とが重なる領域の面積を「面積Ｑ」とし、磁性体２１′と磁性体３０′とが重なる領域のうち、感磁エリア２３′と重ならない部分の面積を「面積Ｒ」としている。
面積Ｐ、Ｑ、及びＲの関係を図１０に示す。面積Ｐ、Ｑ及びＲは、上述の重複領域Ｐ、重複部分Ｑ及び重複部分Ｒに対応しており、Ｐ＝Ｑ＋Ｒの関係にある。
「面積Ｐ」が「０」よりも大きい場合が実施例、「面積Ｐ」が「０」の場合が比較例となる。

図３は実施例２に係る磁性体群ａ２の配置を示す模式図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ－Ａ′断面図である。なお、以後、磁性体群とは、磁化自由層２１に対応する磁性体２１′と、磁化固定層２３に対応する感磁エリア２３′と、磁気収束部３０Ｌに対応する磁性体３０Ｌ′と、磁気収束部３０Ｒに対応する磁性体３０Ｒ′とを表す。

まず、磁場解析シミュレーション上の、磁気センサ１における各磁性体と同等の構成を有する磁性体群について、磁化自由層２１と対応する磁性体２１′を、長さＬ_２１＝１４０μｍ、幅Ｗ_２１＝１００μｍ、厚さＤ_２１＝０．１μｍ、透磁率２０００として配置した。磁性体２１′の厚さＤ_２１の中心から、厚さ方向に１μｍ離れた平面上に、本発明に係る磁気収束部３０Ｌ及び３０Ｒと対応する磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′の底面がくるように配置した。磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′は、長さＬ_３０＝７５０μｍ、幅Ｗ_３０＝１０ｍｍ、厚さＤ_３０＝１０μｍ、透磁率２０００として、それぞれ磁性体２１′の幅方向の左側と右側とに配置した。このとき、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端が、磁性体２１′の幅方向左端よりも５μｍ右側となり、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端が、磁性体２１′の幅方向右端よりも５μｍ左側となるように配置した。また、感磁エリア２３′を、磁性体２１′と重心が同じ位置に、長さＬ_２３＝１４０μｍ、幅Ｗ_２３＝４０μｍの大きさで定義した。

このように定義すると実施例２では、面積Ｐは１４０×５×２＝１４００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′（３０Ｌ′、３０Ｒ′）とが重複部分を持たないので、面積Ｑは０μｍ^２、面積ＲはＲ＝Ｐ－Ｑより１４００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。
また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。
上記のように配置された磁性体２１′と磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′に対して、図３に示すように図３における左側から右側へ、つまり、磁性体２１′（素子部２０）の感磁軸方向に０．１ｎＴの磁場を印加し、その時の磁性体２１′の感磁エリア２３′の磁化を取得した。
また、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′は配置せず、磁性体２１′のみを配置して、同様の手順で感磁エリア２３′の磁化を取得して、感磁エリア２３′の増幅率の平均値を算出した。

以下、実施例３～実施例２５及び比較例２～比較例１０について説明する。
実施例３～実施例２５それぞれに係る磁性体群ａ３～ａ２５及び比較例２～比較例１０それぞれに係る磁性体群ｂ２～ｂ１０は、それぞれ実施例２において、磁場解析シミュレーション上の、磁気センサ１における各磁性体と同等の構成を有する。また、各磁性体群ａ３～ａ２５、ｂ２～ｂ１０は、実施例２において、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と、磁性体２１′との配置位置又は感磁エリア２３′の幅Ｗ_２３を異ならせたものである。それ以外は、実施例２と同様の方法で、感磁エリア２３′の増幅率の平均値を算出した。

ここで、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と、磁性体２１′とが、磁性体２１′の幅方向左右端それぞれにおいて、上面視で重なるように配置した場合の、磁性体３０Ｌ′と磁性体２１′との重なり幅を重複幅ＷＰとする。なお、磁性体３０Ｌ′と磁性体２１′との重なり幅と磁性体３０Ｒ′と磁性体２１′との重なり幅とは同一となるように配置する。つまり、磁性体２１′と磁性体３０Ｌ′との位置関係と、磁性体２１′と磁性体３０Ｒ′との位置関係とは同一となるように配置する。また、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と、磁性体２１′とが、磁性体２１′の幅方向左右端それぞれにおいて、上面視で重ならないように配置した場合には、磁性体３０Ｌ′と磁性体２１′との間隔はマイナス値の重複幅ＷＰで表すものとする。

＜実施例３＞
実施例３に係る磁性体群ａ３の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例３は実施例２において、重複幅ＷＰを１０μｍとしたものである。感磁エリア２３′の幅Ｗ_２３は４０μｍである。
実施例３では、面積Ｐは１４０×１０×２＝２８００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｑは０μｍ^２、面積ＲはＲ＝Ｐ－Ｑより２８００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例４＞
実施例４に係る磁性体群ａ４の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例４は実施例３において、重複幅ＷＰを１５μｍとしたものである。
実施例４では、面積Ｐは１４０×１５×２＝４２００μｍ^２となる。また、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは４２００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例５＞
実施例５に係る磁性体群ａ５の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例５は実施例３において、重複幅ＷＰを２０μｍとしたものである。
実施例５では、面積Ｐは１４０×２０×２＝５６００μｍ^２となる。また、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは５６００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例６＞
実施例６に係る磁性体群ａ６の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例６は実施例３において、重複幅ＷＰを２５μｍとしたものである。
実施例６では、面積Ｐは１４０×２５×２＝７０００μｍ^２となる。また、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは７０００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例７＞
図４は実施例７に係る磁性体群ａ７の配置を示す模式図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ′断面図である。
実施例７は実施例３において、重複幅ＷＰを３０μｍとしたものである。つまり、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端と、感磁エリア２３′の幅方向左端とが一致し、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端と、感磁エリア２３′の幅方向右端とが一致するように配置した。
実施例７では、面積Ｐは１４０×３０×２＝８４００μｍ^２となる。また、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは８４００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例８＞
図５は実施例８に係る磁性体群ａ８の配置を示す模式図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ－Ａ′断面図である。
実施例８は実施例３において、重複幅ＷＰを３５μｍとしたものである。
実施例８では、面積Ｐは１４０×３５×２＝９８００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側５μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×５×２＝１４００μｍ^２、面積Ｒは８４００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×４０＝５６００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は１／４である。

＜実施例９＞
実施例９に係る磁性体群ａ９の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例９は実施例８において、重複幅ＷＰを３７．５μｍとしたものである。
実施例９では、面積Ｐは１４０×３７．５×２＝１０５００μｍ^２となる。また、片側７．５μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×７．５×２＝２１００μｍ^２、面積Ｒは８４００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×４０＝５６００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は３／８である。

＜実施例１０＞
実施例１０に係る磁性体群ａ１０の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例１０は実施例８において、重複幅ＷＰを４０μｍとしたものである。
実施例１０では、面積Ｐは１４０×４０×２＝１１２００μｍ^２となる。また、片側１０μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×１０×２＝２８００μｍ^２、面積Ｒは８４００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×４０＝５６００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は１／２である。

＜比較例２＞
図６は比較例２に係る磁性体群ｂ２の配置を示す模式図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ′断面図である。
比較例２は実施例３において、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と、磁性体２１′とを、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端が、磁性体２１′の幅方向左端から１０μｍ左側となり、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端が、磁性体２１′の幅方向右端から１０μｍ右側となるように配置した。つまり、重複幅ＷＰを－１０μｍとしたものである。感磁エリア２３′の幅Ｗ_２３は４０μｍである。
比較例２では、磁性体２１′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積ＰはＰ＝Ｑ＋Ｒであるため、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜比較例３＞
比較例３に係る磁性体群ｂ３の配置を示す模式図は、図６に示す模式図と同一である。

比較例３は比較例２において、重複幅ＷＰを－５μｍとしたものである。
比較例３では、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜比較例４＞
図７は比較例４に係る磁性体群ｂ４の配置を示す模式図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ－Ａ′断面図である。
比較例４は比較例２において、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と、磁性体２１′とを、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端と、磁性体２１′の幅方向左端とが一致し、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端と、磁性体２１′の幅方向右端とが一致するように配置した。つまり、重複幅ＷＰを０μｍとしたものである。
比較例４では、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜実施例１１＞
実施例１１に係る磁性体群ａ１１の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例１１は、実施例２における感磁エリア２３′を、磁性体２１′と重心が同じ位置に、長さＬ_２３＝１４０μｍ、幅Ｗ_２３＝６０μｍの大きさで定義した。また、重複幅ＷＰを５μｍとした。
実施例１１では、面積Ｐは１４０×５×２＝１４００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは１４００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例１２＞
実施例１２に係る磁性体群ａ１２の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例１２は実施例１１において、重複幅ＷＰを１０μｍとした。
実施例１２では、面積Ｐは１４０×１０×２＝２８００μｍ^２となる。また、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは２８００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例１３＞
実施例１３に係る磁性体群ａ１３の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例１３は実施例１１において、重複幅ＷＰを１５μｍとした。
実施例１３では、面積Ｐは１４０×１５×２＝４２００μｍ^２となる。また、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは４２００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例１４＞
実施例１４に係る磁性体群ａ１４の配置を示す模式図は、図４に示す模式図と同一である。
実施例１４は実施例１１において、重複幅ＷＰを２０μｍとした。つまり、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端と、感磁エリア２３′の幅方向左端とが一致し、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端と、感磁エリア２３′の幅方向右端とが一致するように配置した。
実施例１４では、面積Ｐは１４０×２０×２＝５６００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは５６００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例１５＞
実施例１５に係る磁性体群ａ１５の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例１５は実施例１１において、重複幅ＷＰを２５μｍとした。
実施例１５では、面積Ｐは１４０×２５×２＝７０００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側５μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×５×２＝１４００μｍ^２となる。また、面積Ｒは５６００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×６０＝８４００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は１／６となる。

＜実施例１６＞
実施例１６に係る磁性体群ａ１６の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例１６は実施例１５において、重複幅ＷＰを３０μｍとした。
実施例１６では、面積Ｐは１４０×３０×２＝８４００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′は、片側１０μｍの重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×１０×２＝２８００μｍ^２、面積Ｒは５６００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×６０＝８４００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は１／３となる。

＜実施例１７＞
実施例１７に係る磁性体群ａ１７の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例１７は実施例１５において、重複幅ＷＰを３５μｍとした。
実施例１７では、面積Ｐは１４０×３５×２＝９８００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側１５μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×１５×２＝４２００μｍ^２、面積Ｒは５６００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×６０＝８４００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は１／２となる。

＜実施例１８＞
実施例１８に係る磁性体群ａ１８の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例１８は実施例１５において、重複幅ＷＰを３７．５μｍとした。
実施例１８では、面積Ｐは１４０×３７．５×２＝１０５００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側１７．５μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×１７．５×２＝４９００μｍ^２、面積Ｒは５６００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×６０＝８４００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は約３／５（５８．３％）となる。

＜実施例１９＞
実施例１９に係る磁性体群ａ１９の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例１９は実施例１５において、重複幅ＷＰを４０μｍとした。
実施例１９では、面積Ｐは１４０×４０×２＝１１２００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側２０μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×２０×２＝５６００μｍ^２、面積Ｒは５６００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒと同一となる。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×６０＝８４００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は約２／３となる。

＜比較例５＞
比較例５に係る磁性体群ｂ５の配置を示す模式図は、図６に示す模式図と同一である。
比較例５は、実施例１１において、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と、磁性体２１′とを、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端が、磁性体２１′の幅方向左端から１０μｍ左側となり、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端が、磁性体２１′の幅方向右端から１０μｍ右側となるように配置した。つまり、重複幅ＷＰを－１０μｍとしたものである。
比較例５では、磁性体２１′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積ＰはＰ＝Ｑ＋Ｒであるため、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜比較例６＞
比較例６に係る磁性体群ｂ６の配置を示す模式図は、図６に示す模式図と同一である。
比較例６は比較例５において、重複幅ＷＰを－５μｍとしたものである。
比較例６では、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜比較例７＞
比較例７に係る磁性体群ｂ７の配置を示す模式図は、図７に示す模式図と同一である。
比較例７は実施例１１において、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と、磁性体２１′とを、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端と、磁性体２１′の幅方向左端とが一致し、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端と、磁性体２１′の幅方向右端とが一致するように配置した。つまり、重複幅ＷＰを０μｍとしたものである。
比較例７では、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜実施例２０＞
実施例２０に係る磁性体群ａ２０の配置を示す模式図は、図３に示す模式図と同一である。
実施例２０は、実施例２における感磁エリア２３′を、磁性体２１′と重心が同じ位置に、長さＬ_２３＝１４０μｍ、幅Ｗ_２３＝８０μｍの大きさで定義した。また、重複幅ＷＰを５μｍとした。
実施例２０では、面積Ｐは１４０×５×２＝１４００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは１４００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例２１＞
実施例２１に係る磁性体群ａ２１の配置を示す模式図は、図４に示す模式図と同一である。
実施例２１は実施例２０において、重複幅ＷＰを１０μｍとした。
実施例２１では、面積Ｐは１４０×１０×２＝２８００μｍ^２となる。また、面積Ｑは０μｍ^２、面積Ｒは２８００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒよりも小さい。また、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は「０」である。

＜実施例２２＞
実施例２２に係る磁性体群ａ２２の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例２２は実施例２０において、重複幅ＷＰを１５μｍとした。
実施例２２では、面積Ｐは１４０×１５×２＝４２００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側５μｍの重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×５×２＝１４００μｍ^２、面積Ｒは２８００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒより小さい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×８０＝１１２００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は約１／８である。

＜実施例２３＞
実施例２３に係る磁性体群ａ２３の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例２３は実施例２０において、重複幅ＷＰを２０μｍとした。
実施例２３では、面積Ｐは１４０×２０×２＝５６００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側１０μｍの重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×１０×２＝２８００μｍ^２、面積Ｒは２８００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒと同一となる。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×８０＝１１２００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は約１／４である。

＜実施例２４＞
実施例２４に係る磁性体群ａ２４の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例２４は実施例２０において、重複幅ＷＰを２５μｍとした。
実施例２４では、面積Ｐは１４０×２５×２＝７０００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側１５μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×１５×２＝４２００μｍ^２、面積Ｒは２８００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒより大きい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×８０＝１１２００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は約３／８である。

＜実施例２５＞
実施例２５に係る磁性体群ａ２５の配置を示す模式図は、図５に示す模式図と同一である。
実施例２５は実施例２０において、重複幅ＷＰを３０μｍとした。
実施例２５では、面積Ｐは１４０×３０×２＝８４００μｍ^２となる。また、感磁エリア２３′と磁性体３０′とは、片側２０μｍずつ感磁エリア２３′の両側に重複幅を持つので、面積Ｑは、１４０×２０×２＝５６００μｍ^２、面積Ｒは２８００μｍ^２となる。
したがって、面積Ｑは面積Ｒより大きい。また、感磁エリア２３′の面積は、１４０×８０＝１１２００μｍ^２であるため、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合は１／２である。

＜比較例８＞
比較例８に係る磁性体群ｂ８の配置を示す模式図は、図６に示す模式図と同一である。
比較例８は、実施例２０において、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端が、磁性体２１′の幅方向左端から１０μｍ左側となり、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端が、磁性体２１′の幅方向右端から１０μｍ右側となるように配置した。つまり、重複幅ＷＰを－１０μｍとした。
比較例８では、磁性体２１′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積ＰはＰ＝Ｑ＋Ｒであるため、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜比較例９＞
比較例９に係る磁性体群ｂ９の配置を示す模式図は、図６に示す模式図と同一である。
比較例９は比較例８において、重複幅ＷＰを－５μｍとした。
比較例９では、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜比較例１０＞
比較例１０に係る磁性体群ｂ１０の配置を示す模式図は、図７に示す模式図と同一である。
比較例１０は比較例８において、上面視で磁性体３０Ｌ′の幅方向右端と、磁性体２１′の幅方向左端とが一致し、磁性体３０Ｒ′の幅方向左端と、磁性体２１′の幅方向右端とが一致するように配置した。つまり、重複幅ＷＰを０μｍとした。
比較例１０では、磁性体２１′と磁性体３０′とが重複部分を持たないので、面積Ｐは０μｍ^２となり、面積Ｐ、Ｑ及びＲは全て０μｍ^２となる。

＜増幅率の比較＞
実施例２～実施例２５及び比較例２～比較例１０の、感磁エリア２３′の幅（Ｗ_２３と表記）と、上面視での磁性体３０Ｌ′（又は磁性体３０Ｒ′）と磁性体２１′との重複幅（ＷＰと表記）と、Ｐ、Ｑ及びＲの面積と、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合（Ｑ／Ｓ_２３と表記）と、感磁エリア２３′における増幅率の平均値との関係を表１にまとめて示す。
なお、表１中においても、重複幅ＷＰは、磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′と磁性体２１′とが上面視で重ならず、上面視で磁性体２１′と磁性体３０′との間に間隔がある場合、重複幅ＷＰをマイナス値として表記している。

図８に、上面視での磁性体３０Ｌ′と磁性体２１′との重複幅ＷＰを横軸、感磁エリア２３′の増幅率の平均値を縦軸とした、これら間の関係を示す。
また、図９に、感磁エリア２３′に占める面積Ｑの割合Ｑ／Ｓ_２３を横軸、感磁エリア２３′の増幅率の平均値を縦軸とした、これら間の関係を示す。
なお、図８及び図９において、記号「◆、◇」は感磁エリア２３′の幅Ｗ_２３が４０μｍである場合、記号「●、○」は幅Ｗ_２３が６０μｍである場合、記号「▲、△」は幅Ｗ_２３が８０μｍである場合を表す。また、記号「◆、●、▲」は実施例２～実施例２５を表し、記号「◇、○、△」は、比較例２～比較例１０を表す。

ここで、実施例と比較例との違いは、磁性体３０′の配置位置のみであるから、表１、図８及び図９から、多くの実施例で、各比較例に対して増幅率が向上し、より優れた感度特性を得られることがわかる。
また、磁化自由層２１と磁気収束部３０の重複部分の幅が大きい時は、磁気センサ１全体のサイズが小さくなっている。すなわち、優れた感度特性を維持しつつ、小型化できるという点で、比較例よりも優れていると言える。
つまり、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、比較例に対してより小型で、優れた感度特性を得ることができる。

ここで、仮想空間上の磁性体２１′は磁化自由層２１に対応する。また、磁性体３０′は磁気収束部３０に対応する。感磁エリア２３′は磁化固定層２３に対応する。面積Ｐ、Ｑ、Ｒは、それぞれ、重複領域Ｐ、重複部分Ｑ及びＲに対応する。
つまり、実施例２～実施例２５、比較例２～比較例１０の結果から、磁気センサが重複領域Ｐを有するとき、比較例に比べてより優れていることが分かる。
さらに、重複領域Ｐを有する磁気センサにおいて、重複部分Ｑの面積が重複部分Ｒの面積よりも小さい時、または、上面視での磁化固定層に占める重複部分Ｑの割合が３／８以下である時、磁気センサは、比較的高い増幅率を得られることがわかる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の順序に関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１、２ 磁気センサ
１０ 基板
２０ 素子部
２１ 磁化自由層
２１′ 磁性体
２２ 非磁性層
２３ 磁化固定層
２３′ 感磁エリア
３０、３０Ｌ、３０Ｒ 磁気収束部
３０′、３０Ｌ′、３０Ｒ′ 磁性体
３１ シード層
４０ 保護層
４０ａ 開口部
４１ 保護層
４１ａ 通電窓
５０ 配線部
５１ 電極
ａ２～ａ２５ 実施例２～実施例２５の磁性体群
ｂ２～ｂ１０ 比較例２～比較例１０の磁性体群

Claims (19)

1. 基板と、
   前記基板上に、磁化自由層と非磁性層と磁化固定層とが積層された素子部と、
   磁気収束部と、
   を備え、
   上面視で、前記磁化自由層の面積は前記磁化固定層の面積よりも大きく、
   前記磁化自由層と前記磁気収束部とは、上面視で少なくとも一部が重なる第１の重複領域を有し、
   上面視で前記第１の重複領域と前記磁化固定層の一部とが重なる第２の重複領域の面積が、前記第１の重複領域の面積から前記第２の重複領域の面積を減算した面積よりも小さい磁気センサ。
2. 上面視で前記第１の重複領域と前記磁化固定層の一部とが重なる第２の重複領域の面積は、前記磁化固定層の面積の３／８以下である請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記素子部は所定の感磁軸を有し、
   上面視で、前記磁化固定層の少なくとも一部は、前記磁化自由層の重心を通り、前記感磁軸の方向と直交する線分上に配置されている請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ。
4. 基板と、
   前記基板上に、磁化自由層と非磁性層と磁化固定層とが積層された素子部と、
   磁気収束部と、
   を備え、
   上面視で、前記磁化自由層の面積は前記磁化固定層の面積よりも大きく、
   前記磁化自由層と前記磁気収束部とは、上面視で少なくとも一部が重なる第１の重複領域を有し、
   前記素子部は前記磁化固定層を複数有し、
   前記素子部を複数備え、
   前記複数の素子部は電気的に直列に接続されている磁気センサ。
5. 前記素子部は感磁軸を有し、
   上面視で、前記複数の素子部は、前記感磁軸の方向と略直交する方向に並んで配置されている請求項４に記載の磁気センサ。
6. 前記磁化固定層の少なくとも一部と前記磁気収束部の少なくとも一部とは、上面視で重ならない請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
7. 前記磁化固定層と前記磁気収束部とは上面視で重ならない請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
8. 前記素子部は、前記基板上に前記磁化自由層と前記非磁性層と前記磁化固定層とがこの順に積層される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
9. 前記磁気収束部と前記素子部とは電気的に絶縁されている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の磁気センサ。
10. 上面視で前記磁気収束部は矩形であり、
    前記素子部は感磁軸を有し、
    前記素子部は、前記磁気収束部の各辺のうち前記感磁軸の方向と略直交する辺に沿って配置されている請求項１から請求項９の何れか一項に記載の磁気センサ。
11. 前記磁気収束部を二つ備え、
    前記素子部は上面視で前記二つの磁気収束部に挟まれて配置されている請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の磁気センサ。
12. 前記素子部は感磁軸を有し、
    上面視で、前記素子部の前記感磁軸の方向に直交する方向の長さは、前記磁気収束部の前記感磁軸の方向に直交する方向の長さよりも短い請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の磁気センサ。
13. 前記磁気収束部の膜厚は、前記素子部の膜厚よりも大きい請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
14. 前記素子部及び前記磁気収束部は、側面視で前記素子部の上端部が、前記磁気収束部の下端部よりも低くなるように配置されている請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
15. 前記素子部は感磁軸を有し、
    上面視で、前記磁気収束部における前記感磁軸と略平行方向に沿った長さは、前記磁気収束部における前記感磁軸と略垂直方向に沿った長さよりも２倍以上長い請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
16. 前記磁気収束部は、前記基板上に形成された第１の軟磁性体と、
    前記第１の軟磁性体とは別に形成された第２の軟磁性体と、を含む請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
17. 前記磁気収束部の少なくとも一部は、めっき膜を含む請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
18. 前記磁化自由層は、第１の強磁性層と、第１の磁気結合層と、第２の強磁性層とがこの順に積層されてなり、
    前記磁化固定層は、第３の強磁性層と、第２の磁気結合層と、第４の強磁性層と、第１の反強磁性層と、がこの順に積層されてなり、
    前記第１及び第２の磁気結合層は導電性の非磁性材料で形成され、
    前記第１及び第２の磁気結合層の膜厚は、前記第１～第４の強磁性層のいずれか一つの膜厚よりも小さく、前記第２の強磁性層及び前記第３の強磁性層は少なくともＣｏ及びＦｅを含む請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
19. 前記第１の強磁性層の膜厚は、前記第２～第４の強磁性層の膜厚の総和よりも大きい請求項１８に記載の磁気センサ。

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