JPWO2008093699A1 - 磁気検出装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特に、正負逆符号の層間結合磁界Ｈｉｎを有する第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲ差を小さくできるとともに、各磁気抵抗効果素子に直列接続される固定抵抗素子を同じ製造プロセスで形成できる磁気検出装置及びその製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】 第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７は非磁性導電層６１、６４の膜厚を除いて同じ膜構成で形成されている。前記第１磁気検出素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで非磁性導電層６１、６４は異なる膜厚で形成され、前記第１磁気抵抗効果素子２３は正値の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１を有し第２磁気抵抗効果素子２７は負値の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を有する。また第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８とは同じ膜構成で形成される。【選択図】図７

Description

本発明は、特に、正負逆符号の層間結合磁界Ｈｉｎを有する第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲ差を小さくできるとともに、各磁気抵抗効果素子に直列接続される固定抵抗素子を同じ製造プロセスで形成することが可能な磁気検出装置及びその製造方法に関する。

磁気抵抗効果を利用した巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）は、磁気センサ（磁気検出装置）に使用される。

例えば、下記の特許文献１の図１２に示すように、４個の抵抗素子でブリッジ回路を構成し、このうち２個の抵抗素子を磁気抵抗効果素子で形成し、残り２個の抵抗素子を外部磁界に対して電気抵抗値が変化しない固定抵抗素子で形成する。

ある一方向への外部磁界を（＋）方向の外部磁界、前記（＋）方向とは逆方向の外部磁界を（−）方向の外部磁界としたとき、前記磁気センサを、（＋）方向の外部磁界と、（−）方向の外部磁界の双方を検知できる双極対応型で構成することが可能である。かかる場合、一方の磁気抵抗効果素子（以下、第１磁気抵抗効果素子と言う）の固定磁性層とフリー磁性層間に作用する第１層間結合磁界Ｈｉｎ１を正値となるように構成し、他方の磁気抵抗効果素子（以下、第２磁気抵抗効果素子と言う）の固定磁性層とフリー磁性層間に作用する第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を負値となるように構成することで、前記第１磁気抵抗効果素子を（＋）方向の外部磁界に対して抵抗変化させることができ、第２磁気抵抗効果素子を（−）方向の外部磁界に対して抵抗変化させることができる。

このように、正負逆符号の層間結合磁界Ｈｉｎを有する２つの磁気抵抗効果素子を磁気センサに組み込むことで、双極対応型の磁気センサを構成できる。
特開２００６−２５３５６２号公報 特開２００６−２６６７７７号公報 特開２００６−２０８２５５号公報

前記第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子の層間結合磁界Ｈｉｎを正負逆符号となるように構成するには、例えば第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子を構成する反強磁性層の膜厚を変えたり、あるいは、第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子の材質を異ならせたり、または、積層構成そのものを異ならせることで達成できる。

しかし上記の変更によって、第１磁気抵抗効果素子のＴＣＲ（温度係数：Temperature Coefficient of Resistance）と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲの差が大きくなる。

その結果、第１磁気抵抗効果素子に直列接続される固定抵抗素子（第１固定抵抗素子という）と、第２磁気抵抗効果素子に直列接続される固定抵抗素子（第２固定抵抗素子という）を、夫々、直列接続される磁気抵抗効果素子のＴＣＲに合わせるために、異なる材質や異なる膜構成で、異なるプロセスにて製造することが必要であった。

よって、従来では、第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子を、同一のプロセスでなく、それぞれ、固定抵抗素子毎に異なるプロセスで製造しなければならず製造プロセスが煩雑化した。

また第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の夫々に直列接続される固定抵抗素子とのＴＣＲが異なると中点電位が温度により変化し、最悪の場合、スイッチングすらできなくなるといった問題があった。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、正負逆符号の層間結合磁界Ｈｉｎを有する第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲ差を小さくできるとともに、各磁気抵抗効果素子に直列接続される固定抵抗素子を同じ製造プロセスで形成できる磁気検出装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の磁気検出装置は、
外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子と、
外部磁界に対して電気抵抗が変化しない前記第１磁気抵抗効果素子に直列接続される第１固定抵抗素子及び前記第２磁気抵抗効果素子に直列接続される第２固定抵抗素子を有し、
前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変化するＧＭＲ素子であり、
前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間に位置する非磁性導電層の膜厚を除き、互いに同じ膜構成で形成され、
前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚と前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は異なり、前記第１磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第１層間結合磁界Ｈｉｎ１は正値で、前記第２磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第２層間結合磁界Ｈｉｎ２は負値であり、
前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子は、互いに、同じ膜構成で形成されていることを特徴とするものである。

ここで本発明でいう「同じ膜構成」とは、互いに同じ材料構成で、互いに対応する同じ材料層の膜厚が同じであることを意味する。

第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子は、非磁性導電層の膜厚を除き、互いに同じ膜構成で形成されている。これにより、前記第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲをほぼ同じに設定できる。

非磁性導電層の膜厚を変動させてもＴＣＲへの影響は非常に小さい。また、非磁性導電層の膜厚を変動させることで層間結合磁界Ｈｉｎの大きさを適切に変えることができる。本発明では、第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚と、第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を異なる値に設定するが、これにより、第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子とでＴＣＲの差を小さく保ちつつ、第１磁気抵抗効果素子の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１と第２磁気抵抗効果素子の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を正負逆符号に設定できる。

本発明では、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、同じ膜構成で形成している。これにより前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子のＴＣＲは同じになるが、上記のように本発明では、各固定抵抗素子に直列接続される各磁気抵抗効果素子どうしのＴＣＲが、ほぼ同じであるため、前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子を同じ膜構成で形成しても、前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子のＴＣＲを、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲとほぼ同じとなるように調整することが可能である。

そして本発明では、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、互いに、同じ膜構成で形成するので、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子を同じ製造プロセスで形成することが可能である。

本発明では、前記非磁性導電層はＣｕで形成されることが好ましい。これにより、第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲ差をより適切に小さくでき、また、適切に第１磁気抵抗効果素子の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１と第２磁気抵抗効果素子の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を正負逆符号に設定できる。

また本発明では、前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は２４Å以上２６．５Å以下で形成され、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は、１９．５Å以上２１Å以下で形成されることが好適である。これにより、前記第１磁気抵抗効果素子、及び、第２磁気抵抗効果素子の各ＴＣＲの差をより効果的に小さくできる。また、前記第１磁気抵抗効果素子の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１及び第２磁気抵抗効果素子の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を、Ｃｕ厚変化に対して変動の小さい安定領域で設定できる。

本発明では、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子は、互いに、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と同じ材料構成で、且つ、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と異なり、前記フリー磁性層に相当する磁性層と非磁性導電層が逆積層される構成であることが好ましい。これにより、前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子は、外部磁界によって電気抵抗変化しない。また、前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子のＴＣＲを、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲに近付けることができる。また、無磁場状態での第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の電気抵抗値を、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子の電気抵抗値に合わせこみやすい。

また本発明では、前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子を構成する非磁性導電層以外の各層の膜厚は、前記第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子の各層の膜厚を同じ大きさで形成されることが好ましい。これにより、前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子のＴＣＲが、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲとほぼ同じとなるように、簡単に調整できる。

また本発明では、前記非磁性導電層はＣｕで形成され、前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は２４Å以上２６．５Å以下で形成され、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は、１９．５Å以上２１Å以下で形成され、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子の非磁性導電層は、１９．５Å以上２６．５Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。

本発明は、外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子と、
外部磁界に対して電気抵抗が変化しない前記第１磁気抵抗効果素子に直列接続される第１固定抵抗素子及び前記第２磁気抵抗効果素子に直列接続される第２固定抵抗素子を有する磁気検出装置の製造方法において、
前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変化するＧＭＲ素子であり、
前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子を、夫々異なる製造工程で形成する際に、前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間に位置する非磁性導電層の膜厚を除き、互いに同じ膜構成で形成し、さらに、前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚と前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を異ならせて、前記第１磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第１層間結合磁界Ｈｉｎ１を正値に、前記第２磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を負値に調整する工程、
前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、同時に、互いに同じ膜構成で形成する工程、
を有することを特徴とするものである。

本発明では、上記のように第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を変えることで、前記第１磁気抵抗効果素子の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１と第２磁気抵抗効果素子の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を正負逆符号に設定している。本発明では、第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子を、非磁性導電層の膜厚を除き、互いに同じ膜構成で形成しているので、前記第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲをほぼ同じにできる。

そして本発明では、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、同時に、互いに同じ膜構成で形成している。これにより前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子のＴＣＲは同じとなるが、上記のように本発明では、各固定抵抗素子に直列接続される各磁気抵抗効果素子どうしのＴＣＲをほぼ同じにできるため、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、同じ膜構成で形成しても、前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子のＴＣＲを、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲとほぼ同じとなるように調整することが可能である。

本発明では、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、同じ製造プロセスで形成できるため、従来に比べて磁気検出装置の製造プロセスを容易化できる。

本発明では、前記非磁性導電層をＣｕで形成することが好ましい。このとき、前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を、２４Å以上２６．５Å以下で形成し、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を、１９．５Å以上２１Å以下で形成することが好ましい。これにより、前記第１磁気抵抗効果素子、及び、第２磁気抵抗効果素子の各ＴＣＲの差をより効果的に小さくできる。また、前記第１磁気抵抗効果素子の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１及び第２磁気抵抗効果素子の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を、Ｃｕ厚変化に対して変動の小さい安定領域で設定できる。

また本発明では、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と同じ材料構成で形成し、このとき、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と異なって、前記フリー磁性層に相当する磁性層と非磁性導電層を逆積層することが好ましい。これによって、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の形成時に、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子の形成時と同じ材質を使用できるので、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の製造を容易化できる。

また本発明では、前記非磁性導電層をＣｕで形成し、このとき前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は２４Å以上２６．５Å以下で形成し、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を、１９．５Å以上２１Å以下で形成し、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子の非磁性導電層を、１９．５Å以上２６．５Å以下の膜厚で形成することが好適である。

本発明では、正負逆符号の層間結合磁界Ｈｉｎを有する第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲ差を小さくできるとともに、各磁気抵抗効果素子に直列接続される固定抵抗素子を同じ製造プロセスで形成することが可能である。

図１，図２は本実施形態の磁気検出装置２０の回路構成図、図３は第１磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を説明するためのグラフ、図４は第２磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を説明するためのグラフ、図５は本実施形態の磁気検出装置２０に設けられた各抵抗素子の平面形状を示す磁気検出装置２０の部分拡大斜視図、図６は図５に示すＡ−Ａ線から厚さ方向に前記磁気検出装置を切断し矢印方向から見た前記磁気検出装置の部分断面図、図７は、第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の構造を示す部分断面図、図８は、図７とは異なる第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の構造を示す部分断面図、図９〜図１２は、本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例であり、前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の内部構成を側面側から見た部分模式図や部分平面図、である。

図１に示す本実施形態の磁気検出装置（磁気センサ）２０は、抵抗素子部２１と集積回路（ＩＣ）２２とを有して構成される。

前記抵抗素子部２１には、第１磁気抵抗効果素子２３と第１固定抵抗素子２４とが第１出力取り出し部（接続部）２５を介して直列接続された第１直列回路２６、及び、第２磁気抵抗効果素子２７と第２固定抵抗素子２８とが第２出力取り出し部（接続部）２９を介して直列接続された第２直列回路３０が設けられている。

また、前記集積回路２２内には、第３固定抵抗素子３１と第４固定抵抗素子３２が第３出力取り出し部３３を介して直列接続された第３直列回路３４が設けられる。

前記第３直列回路３４は、共通回路として前記第１直列回路２６及び前記第２直列回路３０と夫々ブリッジ回路を構成している。以下では前記第１直列回路２６と前記第３直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路を第１ブリッジ回路ＢＣ１と、前記第２直列回路３０と前記第３直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路を第２ブリッジ回路ＢＣ２と称する。

図１に示すように、前記第１ブリッジ回路ＢＣ１では、前記第１磁気抵抗効果素子２３と、前記第４固定抵抗素子３２とが並列接続されるとともに、前記第１固定抵抗素子２４と前記第３固定抵抗素子３１とが並列接続されている。また前記第２ブリッジ回路ＢＣ２では、前記第２磁気抵抗効果素子２７と、前記第３固定抵抗素子３１とが並列接続されるとともに、前記第２固定抵抗素子２８と前記第４固定抵抗素子３２とが並列接続されている。

図１に示すように前記集積回路２２には入力端子（電源）３９、アース端子４２及び２つの外部出力端子４０，４１が設けられている。前記入力端子３９、アース端子４２及び外部出力端子４０，４１は夫々図示しない機器側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。

前記入力端子３９に接続されたライン５０及び前記アース端子４２に接続されたライン５１は、前記第１直列回路２６、第２直列回路３０及び第３直列回路３４の両側端部に設けられた電極の夫々に接続されている。

図１に示すように集積回路２２内には、１つの差動増幅器３５が設けられ、前記差動増幅器３５の＋入力部、−入力部のどちらかに、前記第３直列回路３４の第３出力取り出し部３３が接続されている。

前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５及び第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９は夫々第１スイッチ回路（第１接続切換部）３６の入力部に接続され、前記第１スイッチ回路３６の出力部は前記差動増幅器３５の−入力部、＋入力部のどちらか（前記第３出力取り出し部３３が接続されていない側の入力部）に接続されている。

図１に示すように、前記差動増幅器３５の出力部はシュミットトリガー型のコンパレータ３８に接続され、さらに前記コンパレータ３８の出力部は第２のスイッチ回路（第２接続切換部）４３の入力部に接続され、さらに前記第２スイッチ回路４３の出力部側は２つのラッチ回路４６，４７及びＦＥＴ回路５４、５５を経て第１外部出力端子４０及び第２外部出力端子４１に夫々接続される。なおＦＥＴ回路５４，５５は論理回路を構成している。

さらに図１に示すように、前記集積回路２２内には第３のスイッチ回路４８が設けられている。前記第３のスイッチ回路４８の出力部は、前記アース端子４２に接続されたライン５１に接続され、前記第３のスイッチ回路４８の入力部には、第１直列回路２６及び第２直列回路３０の一端部が接続されている。

さらに図１に示すように、前記集積回路２２内には、インターバルスイッチ回路５２及びクロック回路５３が設けられている。前記インターバルスイッチ回路５２のスイッチがオフされると集積回路２２内への通電が停止するようになっている。前記インターバルスイッチ回路５２のスイッチのオン・オフは、前記クロック回路５３からのクロック信号に連動しており、前記インターバルスイッチ回路５２は通電状態を間欠的に行う節電機能を有している。

前記クロック回路５３からのクロック信号は、第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、及び第３スイッチ回路４８にも出力される。前記第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、及び第３スイッチ回路４８では前記クロック信号を受けると、そのクロック信号を分割し、非常に短い周期でスイッチ動作を行うように制御されている。例えば１パルスのクロック信号が数十ｍｓｅｃであるとき、数十μｍｓｅｃ毎にスイッチ動作を行う。

前記第１磁気抵抗効果素子２３は（＋Ｈ）方向の外部磁界の強度変化に基づいて巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を発揮するＧＭＲ素子であり、一方、前記第２磁気抵抗効果素子２７は、前記（＋）方向は反対方向である（−Ｈ）方向の外部磁界の磁界強度変化に基づいて巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を発揮するＧＭＲ素子である。

ここで、（＋Ｈ）方向の外部磁界はある一方向を示し、本実施形態では、図示Ｘ１方向に向く方向であり、（−Ｈ）方向の外部磁界は、図示Ｘ２方向に向く方向である（例えば図５を参照されたい）。

本実施形態の磁気検出装置２０の断面形状について図６を用いて説明する。図６に示すように、前記磁気検出装置２０は、基板７０上に、集積回路２２を構成する差動増幅器やコンパレータ等の能動素子７１〜７３や第３固定抵抗素子３１、第４固定抵抗素子３２、及び配線層７７等が形成されている。前記配線層７７は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）で形成される。

図６に示すように、前記基板７０上及び集積回路２２上は、レジスト層等から成る絶縁層７８で覆われている。前記絶縁層７８には、前記配線層７７上の一部に穴部７８ｂが形成され、前記穴部７８ｂから前記配線層７８の上面が露出している。

前記絶縁層７８の表面７８ａは平坦化面で形成され、平坦化された前記絶縁層７８の表面７８ａに、第１磁気抵抗効果素子２３、第１固定抵抗素子２４、第２磁気抵抗効果素子２７及び第２固定抵抗素子２８が図５に示すミアンダー形状で形成されている。ミアンダー形状で形成することで、素子長さを確保し、各素子の素子抵抗を増大させることができる。

図５に示すように、各素子の両側端部には、電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂが形成され、前記第１磁気抵抗効果素子２３の電極２３ｂと前記第１固定抵抗素子２４の電極２４ｂ間が第１出力取り出し部２５によって接続され、前記第１出力取り出し部２５が図６に示すように前記配線層７７上に電気的に接続されている。同様に、第２磁気抵抗効果素子２７の電極２７ｂと第２固定抵抗素子２８の電極２８ｂ間が第２出力取り出し部２９により接続され、図示しない配線層に電気的に接続されている。

図６に示すように、前記素子上、電極上及び出力取り出し部上は、例えばアルミナやはシリカで形成された絶縁層８０で覆われている。そして前記磁気検出装置２０はモールド樹脂８１によりパッケージ化される。

前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の層構造及びヒＲ−Ｈ曲線について以下で詳しく説明する。

図７は、同一の基板７０上に、第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を一列に並べて形成したと仮定したときの、各抵抗素子の断面形状を示す断面図である。各抵抗素子の断面形状は図５に示すＡ−Ａ線と平行な方向から膜厚方向に切断した際に現れる断面形状に一致している。

図７に示すように、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子７は共に、下から下地層６０、反強磁性層６２、固定磁性層６３、非磁性導電層６１、６４（第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層の符号を６１、第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層の符号を６４とした）、フリー磁性層６５及び保護層６６の順で積層されている。

前記下地層６０は、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成される。前記反強磁性層６２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性層６２は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。前記固定磁性層６３及びフリー磁性層６５はＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料で形成される。また前記非磁性導電層６１、６４は非磁性金属材料で形成される。前記非磁性導電層６１、６４はＣｕで形成されることが好ましい。また前記保護層６６はＴａ等で形成される。前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５は積層フェリ構造（磁性層／非磁性中間層／磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ２つの磁性層の磁化方向が反平行である構造）であってもよい。また前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５，６７は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。また積層順が下から下地層６０、フリー磁性層６５、非磁性導電層６１、６４、固定磁性層６３、反強磁性層６２及び保護層６６の順であってもよい。

前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７では、前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記固定磁性層６３の磁化方向は一方向に固定される。図７では、前記固定磁性層６３の磁化６３ａを矢印方向で示している。第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の前記固定磁性層６３の磁化６３ａは共に図示Ｘ２方向である。

一方、前記フリー磁性層６５の無磁場状態（外部磁界が作用していない状態）での磁化方向は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで異なっている。図７に示すように前記第１磁気抵抗効果素子２３では前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａが図示Ｘ２方向であり、固定磁性層６３の磁化方向６３ａと同じ方向であるが、前記第２磁気抵抗効果素子２７では前記フリー磁性層６５の磁化６５ｂが図示Ｘ１方向であり、前記固定磁性層６３の磁化６３ａと反平行である。

（＋Ｈ）方向の外部磁界が作用すると、第２磁気抵抗効果素子２７のフリー磁性層６５の磁化方向６５ｂは変動しないが、第１磁気抵抗効果素子２３のフリー磁性層６５の磁化方向６５ａは変動して前記第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値は変化する。図３は第１磁気抵抗効果素子２３のＲ−Ｈ曲線である。図３に示すように、外部磁界を無磁場状態（ゼロ）から徐々に（＋Ｈ）方向に増加していくと、フリー磁性層６５の磁化方向６５ａと固定磁性層６３の磁化方向６３ａとの平行状態が崩れて反平行状態に近づくため前記第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ１上を辿って徐々に大きくなり、（＋Ｈ）方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて小さくしていくと、前記第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ２上を辿って徐々に小さくなる。

このように、第１磁気抵抗効果素子２３のＲ−Ｈ曲線には、（＋Ｈ）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線ＨＲ１と曲線ＨＲ２で囲まれたループ部Ｌ１が形成される。前記第１磁気抵抗効果素子２３の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、前記ループ部Ｌ１の広がり幅の中心値がループ部Ｌ１の「中点」である。そして前記ループ部Ｌ１の中点から外部磁界Ｈ＝０（Ｏｅ）のラインまでの磁界の強さでフリー磁性層６５と固定磁性層６３間に作用する第１層間結合磁界Ｈｉｎ１の大きさが決定される。図３に示すように第１磁気抵抗効果素子２３の前記第１層間結合磁界Ｈｉｎ１は、（＋Ｈ）の外部磁界方向へシフトしている。

一方、（−Ｈ）方向の外部磁界が作用すると、前記第１磁気抵抗効果素子２３のフリー磁性層６５の磁化方向６５ａは変動しないが、第２磁気抵抗効果素子２７のフリー磁性層６５の磁化方向６５ｂは変動して前記第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値が変動する。

図４は第２磁気抵抗効果素子２７のＲ−Ｈ曲線である。図４に示すように、外部磁界を無磁場状態（ゼロ）から徐々に（−Ｈ）方向に増加していくと、フリー磁性層６７の磁化方向６５ｂと固定磁性層６３の磁化方向６３ａとの反平行状態が崩れて平行状態に近づくため、前記第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ３上を辿って徐々に小さくなり、一方、（−Ｈ）方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて変化させると、前記第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ４上を辿って徐々に大きくなる。

このように、第２磁気抵抗効果素子２７には（−Ｈ）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線ＨＲ３と曲線ＨＲ４で囲まれたループ部Ｌ２が形成される。前記第２磁気抵抗効果素子２７の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、前記ループ部Ｌ２の広がり幅の中心値がループ部Ｌ２の「中点」である。そして前記ループ部Ｌ２の中点から外部磁界Ｈ＝０（Ｏｅ）のラインまでの磁界の強さでフリー磁性層６５と固定磁性層６３間で作用する第２層間結合磁界Ｈｉｎ２の大きさが決定される。図４に示すように第２磁気抵抗効果素子２７では、前記第２層間結合磁界Ｈｉｎ２が（−Ｈ）の外部磁界方向へシフトしている。

（＋Ｈ）方向の外部磁界の大きさを正値、（−Ｈ）方向の外部磁界の大きさを負値とすれば、第１層間結合磁界Ｈｉｎ１は正値であり、第２層間結合磁界Ｈｉｎ２は負値であり、このように第１層間結合磁界Ｈｉｎ１と第２層間結合磁界Ｈｉｎ２は、正負逆符号に設定されている。

本実施形態では、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７は、非磁性導電層６１、６４の膜厚を除いて、同じ膜構成で形成される。ここで「同じ膜構成」とは、互いに同じ材料構成であり、互いに対応する同じ材料層の膜厚が同じであることを意味する。

よって、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７は、互いに同じ材料構成である。例えば下地層６０は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで共にＴａで形成される。反強磁性層６２は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで共にＩｒＭｎで形成される。固定磁性層６３は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで共にＣｏＦｅで形成される。非磁性導電層６１、６４は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで共にＣｕで形成される。フリー磁性層６５は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで共にＮｉＦｅで形成される。保護層６６は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで共にＴａで形成される。

しかも本実施形態では、前記非磁性導電層６１，６４を除いた下地層６０、反強磁性層６２、固定磁性層６３、フリー磁性層６５及び保護層６６の膜厚が、夫々、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで同じ値に設定されている。

反強磁性層６２、固定磁性層６３、フリー磁性層６５の膜厚を、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで異なる値に設定すると、ＴＣＲが第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで大きく変動してしまう。したがって、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７を同じ材料構成で形成するとともに、前記非磁性導電層６１，６４を除く互いに対応する同じ材料層どうしを同じ膜厚で形成することで、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲをほぼ同じ値に設定することが可能である。

図７に示すように本実施形態では、第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１の膜厚と、第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４とは異なる値に設定している。

図１３に示すグラフは、以下の構成を有する磁気抵抗効果素子のＣｕ厚を変動させたとのＣｕ厚と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

実験に使用した基本構成は、下から順に、
シード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／反強磁性層６２；ＩｒＭｎ（６０）／固定磁性層６３；ＣｏＦｅ（２０）／非磁性導電層；Ｃｕ（Ｘ）／フリー磁性層６５；ＮｉＦｅ（４０）／保護層６６；Ｔａ（３０）であった。なお括弧書きは膜厚を示し単位はÅである。

実験では、非磁性導電層を構成するＣｕの膜厚を変化させて層間結合磁界Ｈｉｎの変化を測定した。

図１３に示すように、Ｃｕ厚が変化することで、層間結合磁界Ｈｉｎが変動することがわかった。図１３に示すように、Ｃｕ厚を例えば２０Åで形成した場合、層間結合磁界Ｈｉｎは負値となるが、Ｃｕ厚を例えば２６Åで形成した場合、層間結合磁界Ｈｉｎは正値となることがわかった。

よって第１磁気抵抗効果素子２３を構成する非磁性導電層６１の膜厚と、第２磁気抵抗効果素子２７を構成する非磁性導電層６４の膜厚を異ならしめることで、前記第１磁気抵抗効果素子２３の層間結合磁界Ｈｉｎ１を正値に、第２磁気抵抗効果素子２７の層間結合磁界Ｈｉｎ２を負値に調整することが出来る。

図１３に示す実験結果から、前記非磁性導電層６１，６４をＣｕで形成した場合、前記第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１の膜厚を２４Å〜２６．５Åの範囲内で形成することで、正値の層間結合磁界Ｈｉｎ１を得ることが出来るとともに、Ｃｕ厚変化に対して層間結合磁界Ｈｉｎ１の変動を小さく抑えることができ、安定領域で正値の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１を得ることが可能である。なお前記非磁性金属層６１の膜厚を２５Å〜２６．５Åの範囲内とすることがより好ましい。

また、図１３に示す実験結果から、前記非磁性導電層６１，６４をＣｕで形成した場合、前記第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４の膜厚を１９．５Å〜２１Åの範囲内で形成することで、負値の層間結合磁界Ｈｉｎ２を得ることが出来るとともに、Ｃｕ厚変化に対して層間結合磁界Ｈｉｎ２の変動を小さく抑えることができ、安定領域で負値の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を得ることが可能である。

続いて、Ｃｕ厚とＴＣＲとの関係を図１４に示す。図１４の実験では、上記の図１３の実験で使用した磁気抵抗効果素子を用いてＴＣＲを測定した。

図１４に示すように、Ｃｕ厚が変動してもほとんどＴＣＲは変化せず、ほぼ一定であることがわかった。

一方、第１磁気抵抗効果素子２３に直列接続される第１固定抵抗素子２４、及び、第２磁気抵抗効果素子２７に直列接続される第２固定抵抗素子２８は、同じ膜構成で形成される。

図７に示す実施形態では、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８は、互いに、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成であるが、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と異なり、前記フリー磁性層６５に相当する磁性層６７と非磁性導電層６８とが逆積層されている。

図７に示すように、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８は、下から下地層６０、反強磁性層６２、固定磁性層６３、磁性層６７、非磁性導電層６８及び保護層６６の順に積層される。

前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８では、前記反強磁性層６２上に固定磁性層６３及び磁性層６７が連続して積層されるので、固定磁性層６３及び磁性層６７の磁化は共に、反強磁性層６２との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）及び、固定磁性層６３と磁性層６７で生じる強磁性結合により固定されており、磁気抵抗効果素子２３，２７においてフリー磁性層６５と同じ材料で形成された磁性層６７は、前記磁気抵抗効果素子２３，２７のフリー磁性層６５のように外部磁界に対して磁化変動しない。

よって前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の電気抵抗値は外部磁界によって変動しない。

また、下地層６０、反強磁性層６２、固定磁性層６３、磁性層６７、非磁性導電層６８及び保護層６６の膜厚が、夫々、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８において同じ膜厚で形成される。

よって第１固定抵抗素子２４のＴＣＲと第２固定抵抗素子２８のＴＣＲは同じ値となる。なお、５０ｐｐｍ／℃以下のＴＣＲ誤差は同一とみなす。

図７では、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７を構成する各層（非磁性導電層を除く）と、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を構成する各層（非磁性導電層を除く）とは、同じ膜厚となっているが、同じ膜厚でなくてもよい。

ここで重要なのは、第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８の互いの膜構成であって、磁気抵抗効果素子２３，２７の膜構成との関係ではない。よって第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８の反強磁性層６２の膜厚は同じであるが、磁気抵抗効果素子２３，２７の反強磁性層６２の膜厚と異なってもよい。

ただし、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７を構成する各層（非磁性導電層を除く）と、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を構成する各層を同じ膜厚とすると、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲを、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８のＴＣＲに合わせ込みやすく好適である。

また、磁気抵抗効果素子２３，２７と違って、第１固定抵抗素子２４の非磁性導電層６８と、第２固定抵抗素子２８の非磁性導電層６８の膜厚は同じである。ここで、もともと、第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１の膜厚と、第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４の膜厚は異なっているので、第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１の膜厚、第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４の膜厚、及び、前記第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８の非磁性導電層６８の膜厚を全て同じ膜厚で形成することはできない。しかしながら、図１４に示すように、ＴＣＲは非磁性導電層の膜厚変化にほとんど影響を受けない。よって、前記第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８の非磁性導電層６８の膜厚が、第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１の膜厚、あるいは、第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４の膜厚、又は、第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１及び第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４の膜厚と異なっても、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７を構成する各層（非磁性導電層を除く）と、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を構成する各層（非磁性導電層を除く）を同じ膜厚とすることで、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８のＴＣＲを、第１磁気抵抗効果素子２３のＴＣＲ及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲとほぼ同じとなるように適切に調整できる。

図１３に示すように非磁性導電層をＣｕで形成した場合、上記したように第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１の好ましい膜厚範囲を２４Å〜２６．５Å、前記第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４の好ましい膜厚範囲を１９．５Å〜２１Åと設定した。また非磁性導電層６８を１９．５Å〜２６．５Åの範囲内で形成した場合、図１４に示すように、ＴＣＲをほぼ１２００ｐｐｍ／℃に規制できる。よって、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の非磁性導電層６８をＣｕで形成したとき、第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１の膜厚を２４Å〜２６．５Å、前記第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４の膜厚を１９．５Å〜２１Å、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の非磁性導電層６８の膜厚を１９．５Å〜２６．５Åで形成すると、第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の夫々のＴＣＲをほぼ同じ値に適切に調整できる。

図７では、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８は、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成で形成されるが、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８のＴＣＲが、第１磁気抵抗効果素子２３のＴＣＲ及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲとほぼ同じに調整できれば、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の膜構成は図７のものに限定されない。

例えば、図８に示すように、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を、共に、同じ材料の単層構造で形成してもよい。このとき、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の膜厚は、共に同じ大きさで、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲとほぼ同じＴＣＲとなるように、調整される。

上記のように第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８を同じ単層構造で形成することで、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を簡単に形成でき好適である。第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８を例えばＣｒの単層構造で形成できる。

図７に示す実施形態では、第１磁気抵抗効果素子２３の素子幅Ｔ１、第２磁気抵抗効果素子２７の素子幅Ｔ２、第１固定抵抗素子２４の素子幅Ｔ３、第２固定抵抗素子２８の素子幅Ｔ４はすべて同じ値に設定されているが、少なくとも、第１磁気抵抗効果素子２３の素子幅Ｔ１と、第２磁気抵抗効果素子２７の素子幅Ｔ２を同じ値に設定し、第１固定抵抗素子２４の素子幅Ｔ３と第２固定抵抗素子２８の素子幅Ｔ４を同じ値に設定する。

さらに、図５に示す形態では、第１磁気抵抗効果素子２３の素子長さ、第２磁気抵抗効果素子２７の素子長さ、第１固定抵抗素子２４の素子長さ、及び第２固定抵抗素子２８の素子長さはすべて同じ値に設定されている。ここで、素子長さとは、図５に示すように素子幅の中央に沿った長さ寸法で規定される。

このように第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とを対比したときに、前記第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７は、同じ平面形状で形成されている。また、第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８とを対比したときに、前記第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８は同じ平面形状で形成されている。

ただし、図７に示すように第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とでは非磁性導電層６１，６４の膜厚が異なることから、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７を、同じ平面形状で形成すると、前記第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７が、無磁場状態において、異なる電気抵抗値となる。よって、素子長さを、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで少し異ならしめて、前記第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７を、無磁場状態において同じ電気抵抗値となるように調整することが好適である。このとき第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の電気抵抗値を、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の電気抵抗値と同じになるように調整する。これにより無磁場状態において、各出力取り出し部から中点電位を得ることができる。

また中点電位を得るには、直列接続される第１磁気抵抗効果素子２３と第１固定抵抗素子２４どうしを同じ電気抵抗値に設定し、直列接続される第２磁気抵抗効果素子２７と第２固定抵抗素子２８どうしを同じ電気抵抗値に設定すればよい。よって、例えば、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７を、同じ平面形状で形成し、前記第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７が、無磁場状態において、異なる電気抵抗値に設定されても、直列接続される夫々の磁気抵抗効果素子の無磁場状態での電気抵抗値に合うように、第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８の素子長さを異ならしめて、第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８の電気抵抗値を夫々調整することも可能である。第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８を異なる素子長さで形成しても、本実施形態では第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８を同じ膜構成で形成するので、第１固定抵抗素子２４と第２固定抵抗素子２８を同じ製造プロセスで形成することが出来る。
また中点電位のずれは、集積回路２２側で補正することも可能である。

以上のように本実施形態では、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７を、非磁性導電層６１，６４の膜厚を除いて互いに同じ膜構成で形成している。非磁性導電層６１，６４の膜厚変動によるＴＣＲへの影響は小さいため、上記の膜構成によって、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲをほぼ同じ値に調整できるとともに、非磁性導電層６１，６４の膜厚を第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで夫々異なる値に設定することで、前記第１磁気抵抗効果素子２３の第１層間結合磁界Ｈｉｎ１を正値に、第２磁気抵抗効果素子２７の第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を負値に適切に設定できる。

従来では、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子のＴＣＲが異なる値となっていたため、固定抵抗素子を、直列接続される夫々の磁気抵抗効果素子のＴＣＲに合わせるために別々に製造していた。

しかし本実施形態では、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲをほぼ同じ値に調整できるから、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を同じ膜構成で形成しても、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８のＴＣＲを、第１磁気抵抗効果素子２３のＴＣＲ及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲとほぼ同じ値になるように調整することが可能である。よって、本実施形態では、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を同じ製造プロセスで形成することが可能となり、前記磁気検出装置２０の製造を容易化できる。

図１に示すように、第３固定抵抗素子３１及び第４固定抵抗素子３２は、集積回路２２内に含まれているが、前記第３固定抵抗素子３１及び第４固定抵抗素子３２を抵抗素子部２１に形成してもよい。かかる場合、第１固定抵抗素子２４、第２固定抵抗素子２８、第３固定抵抗素子３１及び第４固定抵抗素子３２を全て同じ製造プロセスで形成することが可能である。

次に、外部磁界の検出原理について説明する。
本実施形態の磁気検出装置２０に（＋）方向の外部磁界が作用すると、第１磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値が変動し、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５での電位が中点電位から変動する。

今、図１に示す状態では、前記第３直列回路３４の第３出力取り出し部３３の中点電位を基準電位とし、前記第１直列回路２６と第３直列回路３４とで構成される第１ブリッジ回路ＢＣ１の第１出力取り出し部２５と第３出力取り出し部３３との差動電位を、前記差動増幅器３５にて生成し、コンパレータ３８に向けて出力する。前記コンパレータ３８では、前記差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された磁界検出信号がラッチ回路４６及びＦＥＴ回路５４を経て第１外部出力端子４０から出力される。

一方、（＋Ｈ）方向の外部磁界が作用している場合に図２に示すように第１スイッチ回路３６及び第２スイッチ回路４３が切り換わっても、第２磁気抵抗効果素子２７は抵抗変化していないから、外部磁界が作用していない場合と同様に、前記第２外部出力端子４１での出力値の変動はない。

このように、第１外部出力端子４０からは、（＋Ｈ）方向の外部磁界が作用した場合、磁界検出信号を得ることが出来る。

次に、本実施形態の磁気検出装置２０に（−Ｈ）方向の外部磁界が及ぼされると、第２磁気抵抗効果素子２７の電気抵抗値が変動し、前記第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９での電位が中点電位から変動する。

今、図２に示す状態では、前記第３直列回路３４の第３出力取り出し部３３の中点電位を基準電位とし、前記第２直列回路３０と第３直列回路３４とで構成される第２ブリッジ回路ＢＣ２の第２出力取り出し部２９と第３出力取り出し部３３間の差動電位を前記差動増幅器３５で生成し、それをコンパレータ３８に向けて出力する。前記コンパレータ３８では、前記差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された磁界検出信号が、ラッチ回路４６及びＦＥＴ回路５４を経て第２外部出力端子４１から出力される。

一方、（−Ｈ）方向の外部磁界が作用している場合に図１の状態に切り換わっても、第１磁気抵抗効果素子２３は抵抗変化していないから、外部磁界が作用していない場合と同様に、前記第１外部出力端子４０での出力値の変動はない。

このように、第２外部出力端子４１からは、（−Ｈ）方向の外部磁界が作用した場合、磁界検出信号を得ることが出来る。

本実施形態による双極検出対応型の磁気検出装置２０の用途を説明する。本実施形態の磁気検出装置２０は、例えばターンオーバータイプの折畳み式携帯電話の開閉検知に使用できる。

図９のように折畳み携帯電話１００を開くと、磁気検出装置２０に及ぼされる外部磁界の強度変化によって、携帯電話１００が開いたことが検知される。前記折畳み式携帯電話１００は、表示画面を備える第１部材１０２と操作面を備える第２部材１０３とを有して構成される。図９のとき、磁石１０１の配置は図１１に示す平面図で示すとおりであり、前記携帯電話１００の第１部材１０２を、回転軸を中心として１８０度回転させ、図９の状態において、前記第１部材１０２の内面であった画面表示面１０２ａを、図１０、図１２に示すように、外面に向ける。このとき図１２に示すように磁石１０１の向きは、図１１の配置状態から反転する。例えば、第１部材１０２をターンオーバーさせることでカメラ機能を起動させる場合には、磁気検出装置２０は、図９のように携帯電話１００を開いたり閉じたりしたことを検知する開閉検知機能のほかに、磁石１０１の向きが反転したことを検知できないといけないが、本実施形態の磁気検出装置２０では、図１，図２に示す回路構成によって、（＋Ｈ）方向の外部磁界の検知信号か、（−Ｈ）方向の外部磁界の検知信号かを２つの外部出力端子４０，４１を持たせることで検知可能としている。

また本実施形態の磁気検出装置２０は、折畳み式携帯電話の開閉検知以外にゲーム機等の携帯式電子機器の開閉検知等に使用されてもよい。本形態は、上記開閉検知以外にも、双極検出対応の磁気検出装置２０が必要な用途で使用できる。

次に、本実施形態の磁気検出装置２０の製造方法を説明する。図１５ないし図１７はいずれも製造中の磁気検出装置２０の部分斜視図である。

図１５に示す工程では、基板７０よりも大きい大基板１１０上の各区画（図１５の点線で示す）ごとに、第１磁気抵抗効果素子２３をフォトリソグラフィやスパッタ成膜による薄膜プロセスを用いて形成する。前記第１磁気抵抗効果素子２３を図７に示す膜構成で形成する。なお図１５には、図６に示す集積回路２２や絶縁層７８が図示されていないが、実際には、集積回路２２や絶縁層７８が大基板１１０上に形成され、その上に前記第１磁気抵抗効果素子２３を形成する。

前記第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１をＣｕで形成するとともに、前記非磁性導電層６１を２４Å以上２６．５Å以下の膜厚範囲内で形成することが好適である。

続いて、図１６に示す工程では、大基板１１０上の各区画（図１６の点線で示す）ごとに、第２磁気抵抗効果素子２７をフォトリソグラフィやスパッタ成膜による薄膜プロセスを用いて形成する。前記第２磁気抵抗効果素子２７を図７に示す膜構成で形成する。すなわち、前記第２磁気抵抗効果素子２７を、前記第１磁気抵抗効果素子２３と同じ材料構成で形成し、しかも、非磁性導電層６４を除き、前記第２磁気抵抗効果素子２７の下地層６０、反強磁性層６２、固定磁性層６３、フリー磁性層６５及び保護層６６を、前記第１磁気抵抗効果素子２３の各層と同じ膜厚で形成する。

前記第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４を、前記第１磁気抵抗効果素子２３の非磁性導電層６１と異なる膜厚で形成する。本実施形態では、前記第２磁気抵抗効果素子２７の非磁性導電層６４をＣｕで形成するとともに、前記非磁性導電層６４を１９．５Å以上で２１Å以下の膜厚範囲内で形成することが好適である。

続いて、図１７に示す工程では、大基板１１０上の各区画（図１７の点線で示す）ごとに、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８をフォトリソグラフィやスパッタ成膜による薄膜プロセスを用いて形成する。本実施形態では、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を同じ製造プロセスにて同時に形成する。前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を図７に示すように、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と同様に同じ材料構成で、且つ、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と異なり、フリー磁性層に相当する磁性層６７と非磁性導電層６８を逆積層する。これにより、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８は、外部磁界によって電気抵抗変化しない。また、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成とすることで、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を製造するに際し、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７で使用した同じターゲットを用いることができ製造工程を容易化できるとともに製造コストも抑制できる。

本実施形態では、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を、同時に、同じ膜構成で形成するが、このとき、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８のＴＣＲが、第１磁気抵抗効果素子２３のＴＣＲ及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲとほぼ同じになるように前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の膜厚を調整する。

図７と同じ膜構成で、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を形成する場合には、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を構成する下地層６０、反強磁性層６２、固定磁性層６３、フリー磁性層６５に相当する磁性層６７及び保護層６６を、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の各層と同じ膜厚で形成する。さらに第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の非磁性導電層６８に関しては、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８をＣｕで形成するとともに、共に同じ膜厚で且つ、１９．５Å以上２６．５Å以下の膜厚範囲内で形成することが、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８のＴＣＲを、第１磁気抵抗効果素子２３のＴＣＲ及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲとほぼ同じになるように調整でき好適である。

続いて、前記大基板１１０を点線から切断することで、同時に、複数個の磁気検出装置２０を製造できる。

本実施形態では、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を同じ製造プロセスで形成できるので、磁気検出装置２０の製造を従来に比べて容易化できる。

また、各抵抗素子を同一の基板上に形成できるので、磁気検出装置２０の小型化を図ることが可能である。

本実施形態の磁気検出装置の（＋）方向の外部磁界検出回路状態を示す回路構成図、 本実施形態の磁気検出装置の（−）方向の外部磁界検出回路状態を示す回路構成図、 第１磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を説明するためのグラフ、 第２磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を説明するためのグラフ、 本実施形態の磁気検出装置の抵抗素子部の抵抗素子形状を示す磁気検出装置の部分拡大斜視図、 図５に示すＡ−Ａ線から厚さ方向に前記磁気検出装置を切断し矢印方向から見た前記磁気検出装置の部分断面図、 第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の層構造を示す部分断面図、 第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子のうち、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子が図７とは異なる層構造を示す部分断面図、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の部分模式図であり、前記電話を開いた状態を示す）、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の部分模式図であり、第１部材をターンオーバーさせた状態を示す）、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の図９の部分平面図）、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の図１０の部分平面図）、 非磁性導電層（Ｃｕ）の膜厚と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 非磁性導電層（Ｃｕ）の膜厚とＴＣＲとの関係を示すグラフ、 本実施形態の磁気検出装置の製造方法を示す一工程図（製造工程中の磁気検出装置の斜視図）、 図１５の次に行われる一工程図（製造工程中の磁気検出装置の斜視図）、 図１６の次に行われる一工程図（製造工程中の磁気検出装置の斜視図）、 従来の磁気検出装置の回路構成図、

符号の説明

２０ 磁気検出装置
２１ 抵抗素子部
２２ 集積回路（ＩＣ）
２３ 第１磁気抵抗効果素子
２４ 第１固定抵抗素子
２５ 第１出力取り出し部
２６ 第１直列回路
２７ 第２磁気抵抗効果素子
２８ 第２固定抵抗素子
２９ 第２出力取り出し部
３０ 第２直列回路
３１ 第３固定抵抗素子
３２ 第４固定抵抗素子
３３ 第３出力取り出し部
３４ 第３直列回路
３５ 差動増幅器
３６ 第１スイッチ回路
３８ コンパレータ
３９ 入力端子
４０ 第１外部出力端子
４１ 第２外部出力端子
４２ アース端子
４３ 第２スイッチ回路
４６、４７ ラッチ回路
４８ 第３スイッチ回路
５３ クロック回路
６１、６４、６８ 非磁性導電層
６２ 反強磁性層
６３ 固定磁性層
６５ フリー磁性層
６６ 保護層
７８、８０ 絶縁層
８１ モールド樹脂
１００ 折畳み式携帯電話
１０１ 磁石
１０２ 第１部材
１０３ 第２部材
Ｈｉｎ１ 第１層間結合磁界
Ｈｉｎ２ 第２層間結合磁界

Claims (11)

1. 外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子と、
   外部磁界に対して電気抵抗が変化しない前記第１磁気抵抗効果素子に直列接続される第１固定抵抗素子及び前記第２磁気抵抗効果素子に直列接続される第２固定抵抗素子を有し、
   前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変化するＧＭＲ素子であり、
   前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間に位置する非磁性導電層の膜厚を除き、互いに同じ膜構成で形成され、
   前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚と前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は異なり、前記第１磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第１層間結合磁界Ｈｉｎ１は正値で、前記第２磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第２層間結合磁界Ｈｉｎ２は負値であり、
   前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子は、互いに、同じ膜構成で形成されていることを特徴とする磁気検出装置。
2. 前記非磁性導電層はＣｕで形成される請求項１記載の磁気検出装置。
3. 前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は２４Å以上２６．５Å以下で形成され、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は、１９．５Å以上２１Å以下で形成される請求項２記載の磁気検出装置。
4. 前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子は、互いに、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と同じ材料構成で、且つ、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と異なり、前記フリー磁性層に相当する磁性層と非磁性導電層が逆積層される請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出装置。
5. 前記第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子を構成する非磁性導電層以外の各層の膜厚は、前記第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子の各層の膜厚を同じ大きさで形成される請求項４記載の磁気検出装置。
6. 前記非磁性導電層はＣｕで形成され、前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は２４Å以上２６．５Å以下で形成され、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は、１９．５Å以上２１Å以下で形成され、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子の非磁性導電層は、１９．５Å以上２６．５Å以下の膜厚で形成される請求項４又は５に記載の磁気検出装置。
7. 外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子と、
   外部磁界に対して電気抵抗が変化しない前記第１磁気抵抗効果素子に直列接続される第１固定抵抗素子及び前記第２磁気抵抗効果素子に直列接続される第２固定抵抗素子を有する磁気検出装置の製造方法において、
   前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変化するＧＭＲ素子であり、
   前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子を、夫々異なる製造工程で形成する際に、前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間に位置する非磁性導電層の膜厚を除き、互いに同じ膜構成で形成し、さらに、前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚と前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を異ならせて、前記第１磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第１層間結合磁界Ｈｉｎ１を正値に、前記第２磁気抵抗効果素子のフリー磁性層と固定磁性層間に作用する第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を負値に調整する工程、
   前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、同時に、互いに同じ膜構成で形成する工程、
   を有することを特徴とする磁気検出装置の製造方法。
8. 前記非磁性導電層をＣｕで形成する請求項７記載の磁気検出装置の製造方法。
9. 前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を２４Å以上２６．５Å以下で形成し、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を、１９．５Å以上２１Å以下で形成る請求項８記載の磁気検出装置の製造方法。
10. 前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子を、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と同じ材料構成で形成し、このとき、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子と異なって、前記フリー磁性層に相当する磁性層と非磁性導電層を逆積層する請求項７ないし９のいずれかに記載の磁気検出装置の製造方法。
11. 前記非磁性導電層をＣｕで形成し、このとき前記第１磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚は２４Å以上２６．５Å以下で形成し、前記第２磁気抵抗効果素子の非磁性導電層の膜厚を、１９．５Å以上２１Å以下で形成し、前記第１固定抵抗素子及び前記第２固定抵抗素子の非磁性導電層を、１９．５Å以上２６．５Å以下の膜厚で形成する請求項１０記載の磁気検出装置の製造方法。

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