JP2009300150A - 磁気センサ及び磁気センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 特に感度軸と直交する方向への磁気シールド効果を効果的に向上させることが可能な磁気センサ及び磁気センサモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】 磁気抵抗効果素子２、３を備えた磁気センサであって、前記磁気抵抗効果素子２，３は、磁気抵抗効果を発揮する素子部１２を備え、感度軸方向（Ｙ方向）である前記素子部１２の両側方には、軟磁性体１８が設けられており、前記感度軸方向に対し直交方向（Ｘ方向）の前記軟磁性体１８の両側端部１８ｂは、前記素子部１２よりも前記直交方向に延出した位置にあり、前記両側端部１８ｂの幅寸法は、前記両側端部を除く前記軟磁性体１８の幅寸法に比べて大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば地磁気センサとして使用される磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ及び磁気センサモジュールに関する。

磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれる地磁気を検知する地磁気センサとして使用できる。磁気抵抗効果素子は感度軸方向からの磁場に対して電気抵抗値が変動する。

下記の特許文献１に記載された発明では、複数の帯状の磁気抵抗効果膜を互いに平行に配置し、各磁気抵抗効果素子の端部間を永久磁石膜で接続して、つづら折り形状とした磁気センサが開示されている。

地磁気センサでは、２軸または３軸に分解して磁気を検知する必要があるため、それぞれの軸の磁場の強さを検知する磁気センサは、他の軸に対しては感度を持たないようにする必要がある。

しかしながら特許文献１には、上記した地磁気センサに対する従来の課題についての認識がなく当然にそれを解決する手段は示されていない。
特開２００５−１８３６１４号公報

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、特に感度軸方向に対して直交する方向への磁気シールド効果を効果的に向上させることが可能な磁気センサ及び磁気センサモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、所定の感度軸を有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
前記磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を発揮する素子部と、軟磁性体とを備え、
前記素子部と前記軟磁性体とが、前記感度軸の方向に前記軟磁性体、前記素子部、前記軟磁性体の順で並ぶように非接触で配置されており、
前記軟磁性体の両端部は、前記素子部よりも前記直交方向に延出した位置にあり、前記両端部の幅寸法は、前記両端部を除く前記軟磁性体の幅寸法に比べて大きいことを特徴とするものである。

これにより感度軸と直交する方向からの外乱磁場を、両側端部から軟磁性体の内部へ引き込みやすくなり、磁気シールド効果を効果的に向上させることが可能である。

本発明では、前記軟磁性体の前記両側端部には、前記素子部から離れる方向に向けて、前記幅寸法が徐々に大きくなるテーパ面が形成されていることが好ましい。これにより、より効果的に磁気シールド効果を向上させることができる。

また本発明では、前記軟磁性体の前記両側端部は、前記テーパ面で形成された幅遷移領域と、前記幅遷移領域の前記直交方向の外側に前記幅遷移領域の最大幅を保って形成された幅一定領域とで構成されることが好ましい。これにより、より効果的に磁気シールド効果を向上させることができる。

本発明では、前記素子部が複数、感度軸方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が電気的に接続されてミアンダ形状で形成されており、
各素子部間及びミアンダ形状の外側に前記軟磁性体が設けられることにより前記各素子部の感度軸方向の両側方に前記軟磁性体が配置されている構造であることが好適である。

また本発明では、前記軟磁性体を両側に備えた素子部から形成された磁気抵抗効果素子を感度軸直交方向に複数配置することで、それぞれの磁気抵抗効果素子自身が自身以外の磁気抵抗効果素子に影響を及ぼすことなく磁気センサを形成できる。

また本発明における磁気センサモジュールは、上記のいずれかに記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とするものである。例えば本発明の磁気センサモジュールは地磁気センサである。

本発明の磁気センサによれば、感度軸と直交する方向からの外乱磁場を、両側端部から軟磁性体の内部へ引き込みやすくなり、磁気シールド効果を効果的に向上させることが可能である。

図１は、本実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す図（（ａ）は部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、図２は、本実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分の拡大平面図と、本実施形態の軟磁性体に引き込まれる直交方向からの外乱磁場のイメージ図、図３は、比較例における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分の部分拡大平面図と、比較例の軟磁性体に引き込まれる直交方向からの外乱磁場のイメージ図、図４は、本実施形態の好ましい軟磁性体の側端部の形状を示す部分拡大平面図、図５は、別の実施形態における軟磁性体の側端部の形状を示す部分拡大平面図、図６は他の実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、図７は、図６に示すＢ−Ｂ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、図８は、磁気抵抗効果素子（素子部）を構成する固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、図９は、磁気抵抗効果素子（素子部）を構成する素子部を膜厚方向から切断した際の切断面を示す部分断面図、図１０は本実施形態の磁気センサの回路構成図、図１１は図７と同じ位置での断面を示し、図７と異なる形状の部分拡大断面図、図１２は、好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、図１３は本実施形態における地磁気センサ（磁気センサモジュール）の斜視図、である。

以下、Ｙ方向を感度軸方向、Ｙ方向に直交するＸ方向を直交方向という。
本実施形態における磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ１を用いた磁気センサモジュールは例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサとして使用される。

地磁気センサ１は、図１０に示すように、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とがブリッジ接続されてなるセンサ部６と、センサ部６と電気接続された入力端子７、グランド端子８、差動増幅器９及び外部出力端子１０等を備えた集積回路（ＩＣ）１１とで構成される。

磁気抵抗効果素子２，３は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、素子幅Ｗ１に比べて素子長さＬ１が長く形成された直交方向（Ｘ方向）に細長い形状の複数の素子部１２が感度軸方向（Ｙ方向）に所定の間隔を空けて並設され、各素子部１２の端部間が接続電極部１３により電気的に接続されてミアンダ形状となっている。ミアンダ形状に形成された両端にある素子部１２の一方には入力端子７、グランド端子８、出力取出し部１４（図１０参照）に接続される電極部１５が接続されている。接続電極部１３及び電極部１５は、Ａｌ、Ｔａ、Ａｕ等の非磁性導電材料である。接続電極部１３及び電極部１５はスパッタやメッキで形成される。

磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２は、全て図９に示す同じ積層構造で構成される。なお図９は、素子幅Ｗ１と平行な方向から膜厚方向に切断した切断面を示している。

素子部１２は、例えば下から反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、およびフリー磁性層３６の順に積層されて成膜され、フリー磁性層３６の表面が保護層３７で覆われている。素子部１２は例えばスパッタにて形成される。

反強磁性層３３は、Ｉｒ−Ｍｎ合金（イリジウム−マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層３４はＣｏ−Ｆｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性層３５はＣｕ（銅）などである。フリー磁性層３６は、Ｎｉ−Ｆｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層３７はＴａ（タンタル）などである。上記構成では非磁性層３５がＣｕ等の非磁性導電材料で形成された巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）であるが、Ａｌ₂Ｏ₃等の絶縁材料で形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）であってもよい。また図９に示す素子部１２の積層構成は一例であって他の積層構成であってもよい。例えば、下からフリー磁性層３６、非磁性層３５、固定磁性層３４、反強磁性層３３及び保護層３７の順に積層されてもよい。

素子部１２では、反強磁性層３３と固定磁性層３４との反強磁性結合により、固定磁性層３４の磁化方向が固定されている。図１及び図９に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、感度軸方向（Ｙ方向）に向いている。

一方、フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）は、外部磁場により変動する。
図８に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と同一方向から外部磁場Ｙ１が作用してフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が外部磁場Ｙ１方向に向くと、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが平行に近づき電気抵抗値が低下する。

一方、図８に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と反対方向から外部磁場Ｙ２が作用してフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が外部磁場Ｙ２方向に向くと、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが反平行に近づき電気抵抗値が増大する。

なお磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２は異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）であってもよい。ただし磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２をＧＭＲやＴＭＲとしたほうが、外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）を大きくでき、また抵抗変化率（ＭＲ比）の直線性を得ることができ、高精度な外部磁場検知を行うことが可能である。

図１（ｂ）に示すように素子部１２は基板１６上に形成される。素子部１２上はＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等の絶縁層１７に覆われる。また素子部１２間も絶縁層１７で埋められる。絶縁層１７は例えばスパッタにて形成される。

図１（ｂ）のように絶縁層１７の上面は、例えばＣＭＰ技術を用いて平坦面に形成されている。ただし、絶縁層１７の上面は、素子部１２と基板１６間の段差に倣って、凹凸面で形成されていてもよい。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２の間、及び最も外側に位置する素子部１２の外側に軟磁性体１８が設けられている。軟磁性体１８は例えばスパッタやメッキにて薄膜形成される。軟磁性体１８は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢやＣｏＺｒＮｂ等で形成される。図１（ａ）（ｂ）では軟磁性体１８の幅寸法Ｗ２は素子部１２の素子幅Ｗ１より大きくなっているが特に限定されるものではない。

また、軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ２は素子部１２の素子長さＬ１よりも長く、図１（ａ）に示すように、軟磁性体１８は、素子部１２の直交方向（Ｘ方向）の両側から直交方向（Ｘ方向）に延出する延出部１８ａを備える。

図１（ｂ）に示すように、軟磁性体１８は、素子部１２間にある絶縁層１７上に形成される。また図示しないが軟磁性体１８上及び軟磁性体１８間は絶縁性の保護層にて覆われている。

図１に示す磁気センサ１は、感度軸方向（Ｙ方向）と平行な方向からの地磁気を検知するためのものである。素子部１２と軟磁性体１８は、感度軸方向に軟磁性体１８、素子部１２、軟磁性体１８の順で並ぶように非接触で配置されている。

固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は感度軸方向である図示Ｙ方向に向けられている。

磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２の素子幅Ｗ１は、地磁気センサとして使用する場合は形状異方性を利用するため、２〜６μｍの範囲内であることが好適である（図１（ｂ）参照）。また素子部１２の素子長さＬ１は、６０〜１００μｍの範囲内であることが好適であることが好適である（図１（ａ）参照）。また、素子部１２の膜厚Ｔ１は、２００〜３００Åの範囲内であることが好適である（図１（ｂ）参照）。また軟磁性体１８の幅寸法Ｗ２は、この実施形態では、地磁気センサとして使用する場合、１〜６μｍの範囲内であることが好適である（図１（ｂ）参照）。また軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ２は、８０〜２００μｍの範囲内であることが好適である（図１（ａ）参照）。また、軟磁性体１８の膜厚Ｔ２は、０．２〜１μｍの範囲内であることが好適である（図１（ｂ）参照）。素子部１２のアスペクト比（素子長さＬ１／素子幅Ｗ１）は、地磁気センサとして使用する場合は１０以上であることが好適である。また軟磁性体１８のアスペクト比（長さ寸法Ｌ２／幅寸法Ｗ２）は、素子部１２のアスペクト比以上であると好適である。また軟磁性体１８の延出部１８ａの長さ寸法Ｔ８は、２０μｍ以上であることが好適である（図１（ａ）参照）。

また各軟磁性体１８間の間隔（Ｙ方向への距離）Ｔ３は、軟磁性体の幅寸法Ｗ２以上で２〜８μｍであることが好適である（図１（ｂ）参照）。また、素子部１２と隣接した位置にある軟磁性体１８とのＹ方向への間隔Ｔ４は、０〜３μｍであることが好適である（図１（ｂ）参照）。また、軟磁性体１８と素子部１２間の高さ方向（Ｚ方向）への間隔Ｔ５は、０．１〜１μｍであることが好適である（図１（ｂ）参照）。

本実施形態では、感度軸方向（Ｙ方向）の素子部１２の両側方には、素子部１２と非接触の軟磁性体１８が設けられている。軟磁性体１８は、素子部１２と同様に、直交方向（Ｘ方向）に細長い形状である。

図１の実施形態では、軟磁性体１８が素子部１２の上方に設けられている。
上記したように軟磁性体１８には、素子部１２よりも直交方向（Ｘ方向）の両側に延出する延出部１８ａが形成され、図１（ａ）、図２及び図４に示すように、各延出部１８ａの各側端部１８ｂの（最大）幅寸法Ｗ３は、側端部１８ｂを除く軟磁性体１８の幅寸法Ｗ２よりも大きく形成されている。

図１（ａ）、図２、図４に示すように、側端部１８ｂは素子部１２から離れる方向に向けて、側端部１８ｂの幅寸法が徐々に大きくなるテーパ面１８ｃ，１８ｃで形成された幅遷移領域１８ｄと、幅遷移領域１８ｄの直交方向（Ｘ方向）の外側に幅遷移領域の最大幅（＝Ｗ３）を保って形成された幅一定領域１８ｅとで構成される。

図２に示すように、直交方向（Ｘ方向）から外乱磁場が作用したとき、外乱磁場を幅広で形成された側端部１８ｂから軟磁性体１８の内部へ引き込みやすくなり（軟磁性体１８へ吸収される外乱磁場の磁束量を多くでき）、よって素子部１２に作用する直交方向（Ｘ方向）からの外乱磁場を効果的に減少させることができるので、磁気シールド効果を効果的に向上させることができる。

図３は比較例である。比較例の軟磁性体１８には、本実施形態のように幅広の側端部１８ｂが形成されておらず、軟磁性体１８は一定の幅寸法Ｗ２で形成される。図３に示す比較例では、本実施形態に比べて、軟磁性体１８に吸収される外乱磁場の磁束量が少なく、素子部１２に作用する直交方向（Ｘ方向）からの外乱磁場を、実施形態ほど効果的に減少させることができない。よって、本実施形態に比べて比較例の軟磁性体１８の構成では、磁気シールド効果に劣る。

図２に示すように、側端部１８ｂの幅一定領域１８ｅの感度軸方向（Ｙ方向）における外面１８ｆが素子部１２と直交方向（Ｘ方向）にて対向するように側端部１８ｂが感度軸方向（Ｙ方向）に張り出して形成されていることが好ましい。素子部１２間の感度軸方向（Ｙ方向）における間隔Ｔ９（図１（ｂ）、図２参照）を狭く形成し、且つ軟磁性体１８と素子部１２間の感度軸方向（Ｙ方向）における間隔Ｔ４を保って形成することで、素子部１２の側方に形成される軟磁性体１８の幅寸法Ｗ２も小さくなるが、上記した構成とすることで、側端部１８ｂをできる限り幅広の形態で形成でき、磁気シールド効果を向上させることが可能になる。

また本実施形態では、図４に示すように側端部１８ｂにはテーパ面１８ｃで形成された幅遷移領域１８ｄが設けられているが、これにより、例えばテーパ面１８ｃでなく感度軸方向（Ｙ方向）に向く垂直面で形成した場合に比べて、磁気シールド効果をより効果的に向上させることが可能である。

すなわち垂直面で形成すると、側端部１８ｂから吸収した直交方向（Ｘ方向）からの外乱磁場が垂直面の部分から外部へ漏れ出しやすくなる。一方、本実施形態のようにテーパ面１８ｃで形成すると、側端部１８ｂから吸収した直交方向（Ｘ方向）からの外乱磁場がテーパ面１８ｃの傾斜に倣って幅寸法がＷ２で形成された幅細の軟磁性体１８の内部へ向けて集束しやすく、外乱磁場が外部へ漏れにくくなる。よって、本実施形態のように、幅遷移領域１８ｄを設けることで、磁気シールド効果をより効果的に向上させることが可能である。幅遷移領域１８ｄの形状は、延出部１８ａの延長線とテーパ面１８ｃとのなす角θが、２０〜７０度の範囲内であり（図４参照）、素子部１２の端部から、延出部１８ａとテーパ面１８ｃとの接続点までの距離Ｌ５が素子幅Ｗ１の３倍以上、素子部１２の端部から、テーパ面１８ｃと外面１８ｆとの接続点までの距離Ｌ６までの距離が素子幅Ｗ１の５倍以上あることが好ましい（図２参照）。

また本実施形態では、図４に示すように、軟磁性体１８の側端部１８ｂには幅遷移領域１８ｄの直交方向（Ｘ方向）の外側に幅遷移領域１８ｄの最大幅（＝Ｗ３）を保って形成された幅一定領域１８ｅが設けられているが、これにより、一方の側端部１８ｂから吸収した直交方向（Ｘ方向）からの外乱磁場が他方の側端部１８ｂから外部へ放出されるときに、外乱磁場が拡散して外部へ放出されるのを抑制できる。

また、延出部１８ａとテーパ面１８ｃとの接続点、テーパ面１８ｃと外面１８ｆとの接続点は角形状ではなく、Ｒ形状で形成されることが望ましい。これにより、輪郭部のパターン角度が急激に変化することによる磁束の漏れを抑制することが出来る。

図５の側端部１８ｂは本実施形態の一形態であるが図５の側端部１８ｂは幅遷移領域１８ｄでのみ形成され図４に示す幅一定領域１８ｅが形成されていない。このような形態の場合、軟磁性体１８の内部を通って側端部１８ｂから外部へ放出される直交方向（Ｘ方向）からの外乱磁場が図５のように拡散されやすい。

このとき、特に図１（ａ）に示すように各磁気抵抗効果素子２，３が、直交方向（Ｘ方向）に並設されていると、一方の磁気抵抗効果素子２側から他方の磁気抵抗効果素子３側に向けて拡散した外乱磁場がベクトルとしては直交成分＋感度軸成分の形で作用するため、図４の実施形態の軟磁性体１８を使用する場合に比べて、磁気シールド効果が低下しノイズが乗りやすくなる。よって磁場の拡散を抑制するために、図４に示すように、一定幅で形成された幅一定領域１８ｅを設けることが、磁気シールド効果をより効果的に向上させることができ好適である。

図４のような軟磁性体１８の側端部１８ｂの形状とすることで、図１０に示す磁気センサを形成する際、同センサ内にすくなくとも磁気抵抗効果素子２，３が必要だが、図１のように感度軸直交方向に複数個磁気抵抗効果素子２，３を配置してもそれぞれの磁気抵抗効果素子の軟磁性体による他磁気抵抗効果素子への影響を小さく出来、磁気抵抗効果素子の配置の自由度を向上させることができ好ましい。

また、図１のような磁気抵抗効果素子２，３が直近に配置される場合だけではなく固定抵抗素子４，５を含む場合でも、同様の効果を得ることが出来る。

幅一定領域１８ｅの直交方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｔ１１は、Ｔ１１／（Ｔ１０＋Ｔ１１）×１００（％）としたとき、２０〜８０％の範囲内であることが好ましい（図２参照）。また幅一定領域１８ｅ，１８ｅ間の感度軸方向（Ｙ方向）における間隔Ｔ１２は、１〜素子幅Ｗ１までの範囲内であることが好ましい（図２参照）。

図１に示す実施形態では、軟磁性体１８が素子部１２の上方に形成されているが、限定されない。すなわち軟磁性体１８が素子部１２の下方に形成されても真横に形成されてもよい。

図１（ａ）に示すように、感度軸方向の両側に設けられた軟磁性体１８の両側には、さらに点線で示された軟磁性体２５が設けられていてもよい。これにより、より磁気シールド効果を高めることができる。なお軟磁性体２５に対しても本実施形態の適用が可能である。すなわち軟磁性体２５の直交方向（Ｘ方向）の両側端部２５ｂ，２５ｂを、軟磁性体１８の両側端部１８ｂ，１８ｂと同様に幅広で形成する。なお図１（ａ）では、磁気抵抗効果素子３側にのみ軟磁性体２５が図示されているが、軟磁性体２５は、磁気抵抗効果素子２，３の双方に設けられることが好適である。

図６に示す他の実施形態では、磁気抵抗効果素子２，３は、素子部１２と、中間永久磁石層２１と、外側永久磁石層２３とを備えて構成される。中間永久磁石層２１及び外側永久磁石層２３はＣｏＰｔやＣｏＰｔＣｒ等であり例えばスパッタ成膜されたものである。

図６に示すように、直交方向（Ｘ方向）に複数の素子部１２が直交方向（Ｘ方向）に間隔を空けて並設され、各素子部１２の間に空けられた間隔内に中間永久磁石層２１が介在している。これにより各素子部１２が中間永久磁石層２１を介して連結された直交方向（Ｘ方向）に帯状に延びる素子連結体２２が構成される。素子連結体２２は、感度軸方向（Ｙ方向）に間隔を空けて複数本並設され、各素子連結体２２の端部に外側永久磁石層２３が形成されている。

図６に示すように、素子連結体２２の直交方向（Ｘ方向）の両側に設けられた外側永久磁石層２３間が、Ａｌ、Ａｕ、あるいはＣｕ等の良導体で形成された電極層１９により接続されている。電極層１９は、感度軸方向（Ｙ方向）に直線状（帯状）で形成される。

図６に示す構成にて磁気抵抗効果素子２，３をミアンダ形状にすることが可能である。
図６に示すように、素子連結体２２の間の領域、及び素子連結体２２の感度軸方向（Ｙ方向）の両側に位置する素子連結体２２の外側に、夫々、素子連結体２２の直交方向（Ｘ方向）に延びる軟磁性体１８が配置されている。そして、図６に示すように、軟磁性体１８の下側に電極層１９が位置している。

また図７に示すように、中間永久磁石層２１上には中間永久磁石層２１よりも抵抗値が小さい低抵抗層２０が重ねて形成されていることが好ましい。低抵抗層２０はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の非磁性導電材料で形成されることが好適である。低抵抗層２０は、中間永久磁石層２１上にスパッタやメッキ等で形成される。素子抵抗を大きくするために複数の素子部１２を連結してミアンダ形状としているが、中間永久磁石層２１の抵抗は磁気抵抗変化に寄与しない寄生抵抗であるため、本実施形態のように中間永久磁石層２１上に低抵抗層２０を重ねて形成することで、寄生抵抗を低減できる。外側永久磁石層２３も寄生抵抗になるが、図６で示すように外側永久磁石層２３上には電極層１９が重ねられているので、寄生抵抗を効果的に低減できる。

図６に示す実施形態でも図１（ａ）で示す実施形態と同様に軟磁性体１８の両側端部１８ｂを幅広で形成することで磁気シールド効果を効果的に向上させることができる。

図６では電極部１９は軟磁性体１８と交差しているが、電極部１９と軟磁性体１８間は絶縁層が形成されている。また、交差せず、電極部１９が軟磁性体１８の外側を迂回する形でもよい。電極層１９は軟磁性体１８と電気的に絶縁されていれば、軟磁性体１８の下部、上部どちらに形成されてもよい。

また、図７では素子部１２を完全に除去し、中間永久磁石層２１、低抵抗層２０を形成しているが、図１１のように、保護層３７及びフリー磁性層３６を完全に除去し、非磁性層３５を介して中間永久磁石層２１とで接続することで、端面での接触から、面接触となることで寄生抵抗成分を減らし、固定磁性層３４を切断することによる固定磁性層の磁区の乱れをなくなることにより、固定磁性層の磁化方向が一様となるため、フリー磁性層との磁化角度差による磁気抵抗変化を効果的に発生させることが出来る。また固定磁性層３４及び反強磁性層３３まで分断して各素子部１２間に中間永久磁石層２１を設けた構成では、中間永久磁石層２１と素子部１２との電気的コンタクトは各部の側面接触となるため寄生抵抗のひとつであるコンタクト抵抗が大きくなりやすいが、図１１のように中間永久磁石層２１と素子部１２との電気的コンタクトが平面接触とすることで寄生抵抗を低減させることが出来、好ましい。

また図１２に示すように、永久磁石層２１間に挟まれた部分の素子部１２のアスペクト比（素子長さＬ３／素子幅Ｗ１）が大きくなると、永久磁石層２１からのバイアス磁界が素子部１２の全体に適切に供給されなくなる。このため感度軸方向に対して直交方向（Ｘ方向）から磁界を作用させ、磁界強度を徐々に強くしていったときの抵抗変化領域にヒステリシスが生じやすくなる。よって直交方向からの磁界（外乱磁場）に対する抵抗変化領域が広がることで、外乱磁場耐性が低下しやすくなる。また感度磁場に対してもヒステリシスは生じやすくなり、感度磁場に対する磁場応答性が低下する。したがって、素子部１２の全体に適切にバイアス磁界を供給するため素子部１２のアスペクト比は小さいことが好ましい。具体的には素子部１２のアスペクト比は３以下が好適であり、１より小さいことがより好ましい。これにより素子部１２に適切にバイアス磁界を供給するための永久磁性層膜厚も薄くすることができる。

本実施形態における磁気センサ１は例えば、図１３に示す地磁気センサ（磁気センサモジュール）として使用される。Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、Ｚ軸磁場検知部５２では、いずれも図１０に示すブリッジ回路のセンサ部が設けられている。Ｘ軸磁場検知部５０では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＸ方向を向いており、また、Ｙ軸磁場検知部５１では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＹ方向を向いており、さらに、Ｚ軸磁場検知部５２では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＺ方向を向いている。

Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、Ｚ軸磁場検知部５２、及び集積回路（ＡＳＩＣ）５４はいずれも基台５３上に設けられる。Ｘ軸磁場検知部５０、及びＹ軸磁場検知部５１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はいずれもＸ−Ｙ平面であるが、Ｚ軸磁場検知部５２の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はＸ−Ｚ平面であり、Ｚ軸磁場検知部５２の磁気抵抗効果素子２，３の形成面は、Ｘ軸磁場検知部５０、及びＹ軸磁場検知部５１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面に対して直交した関係にある。

本実施形態では感度軸方向と直交する方向に対して磁気シールド効果があり、また感度軸方向に対しては適切な感度を備える。したがって、Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、及びＺ軸磁場検知部５２のうち２以上の検知部を基台５３上に設けても、各検知部において、感度軸方向と直交方向からの磁場を適切に磁気シールドできるとともに、各検知部の感度軸方向からの地磁気を適切に検知できる。

図１３の構成以外に、図１３に示す地磁気センサと加速度センサ等を組み合わせたモジュールとすることもできる。

（実施例）
図１に示す磁気抵抗効果素子２を形成した。素子部１２の素子幅Ｗ１を３μｍ（図１（ｂ）参照）、軟磁性体１８の幅寸法Ｗ２を４μｍ（図１（ｂ）参照）、軟磁性体１８の延出部１８ａの長さ寸法Ｔ８を３０μｍ（図１（ａ）参照）、幅遷移領域１８ｄの直交方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｔ１０を５μｍ（図２参照）、幅一定領域１８ｅの直交方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｔ１１を５μｍ（図２参照）、幅一定領域１８ｅ，１８ｅ間の感度軸方向（Ｙ方向）における間隔Ｔ１２を３μｍ（図２参照）、軟磁性体１８間の感度軸方向（Ｙ方向）における間隔Ｔ３を７μｍとした。

実験では、感度軸方向に直交する方向（Ｘ方向）に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態で、磁気抵抗効果素子２，３の抵抗変化率（ＭＲ比）を調べた。その実験結果が図１４に示されている。

図１４に示すように、直交方向の磁場に対してほぼ磁気感度を持たない（−０．００６％／Ｏｅ）ことがわかった。

次に、直交方向（Ｘ方向）に０Ｏｅ、＋５Ｏｅ、あるいは−５Ｏｅの磁場をかけつつ感度軸方向に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態の夫々について、磁気抵抗効果素子２，３の抵抗変化率（ＭＲ比）を調べた。その実験結果が図１５に示されている。

図１５に示すように、外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）の挙動がほぼ一致しており、これにより直交方向（Ｘ方向）から作用する外部磁場を適切にシールドされていることがわかった。図１５の実験結果より実施例でのＳＮ比は８．５ｄＢであった。

（比較例）
上記の実施例の軟磁性体１８に形成した幅遷移領域１８ｄ及び幅一定領域１８ｅを形成せず、一定幅の軟磁性体（図３参照）とした。なお軟磁性体の素子部に対する延出部１８ａの長さ寸法を実施例と同様に３０μｍとした。その他の寸法も全て実施例と同じにした。

実験では、感度軸方向に直交する方向（Ｘ方向）に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態で、磁気抵抗効果素子２，３の抵抗変化率（ＭＲ比）を調べた。その実験結果が図１６に示されている。

図１６に示すように、実施例（図１４）よりも直交方向の磁場に対して磁気感度を持つ（−０．０３７％／Ｏｅ）ことがわかった。

次に、直交方向（Ｘ方向）に０Ｏｅ、＋５Ｏｅ、あるいは−５Ｏｅの磁場をかけつつ感度軸方向に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態の夫々について、磁気抵抗効果素子２，３の抵抗変化率（ＭＲ比）を調べた。その実験結果が図１７に示されている。

図１７に示すように、外部磁場に対する抵抗変化率（ＭＲ比）の挙動が実施例（図１５）のように一致せず、挙動にばらつきが見られ、これにより直交方向（Ｘ方向）から作用する外部磁場を適切にシールドできていないことがわかった。図１７の実験結果より比較例でのＳＮ比は２．７ｄＢであった。

本実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す図（（ａ）は部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、 本実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分の拡大平面図と、本実施形態の軟磁性体に引き込まれる直交方向からの外乱磁場のイメージ図、 比較例における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分の部分拡大平面図と、比較例の軟磁性体に引き込まれる直交方向からの外乱磁場のイメージ図、 本実施形態の好ましい軟磁性体の側端部の形状を示す部分拡大平面図、 別の実施形態における軟磁性体の側端部の形状を示す部分拡大平面図、 他の実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す平面図、 図６に示すＢ−Ｂ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、 磁気抵抗効果素子（素子部）を構成する固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、 磁気抵抗効果素子（素子部）を構成する素子部を膜厚方向から切断した際の切断面を示す部分断面図、 本実施形態の磁気センサの回路構成図、 図７と同じ位置での断面を示し、図７と異なる形状の部分拡大断面図、 好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、 本実施形態における地磁気センサ（磁気センサモジュール）の斜視図、 図１、図２、図４に示す軟磁性体を備える実施例の磁気抵抗効果素子を用いて、直交方向に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態で、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率（ＭＲ比）の測定結果を示すグラフ、 実施例の磁気抵抗効果素子を用い、直交方向（Ｘ方向）に０Ｏｅ、＋５Ｏｅ、あるいは−５Ｏｅの磁場をかけつつ感度軸方向に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態の夫々について、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率（ＭＲ比）の測定結果を示すグラフ、 図３に示す軟磁性体を備える比較例の磁気抵抗効果素子を用いて、直交方向に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態で、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率（ＭＲ比）の測定結果を示すグラフ、 比較例の磁気抵抗効果素子を用い、直交方向（Ｘ方向）に０Ｏｅ、＋５Ｏｅ、あるいは−５Ｏｅの磁場をかけつつ感度軸方向に±５Ｏｅの範囲内の磁場をかけた状態の夫々について、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率（ＭＲ比）の測定結果を示すグラフ、

符号の説明

１ 磁気センサ
２、３ 磁気抵抗効果素子
４、５ 固定抵抗素子
６ ブリッジ回路
７ 入力端子
８ グランド端子
９ 差動増幅器
１０ 外部出力端子
１１ 集積回路
１２ 素子部
１３ 接続電極部
１４ 出力取出し部
１５ 電極部
１６ 基板
１７ 絶縁層
１８ 軟磁性体
１８ａ 延出部
１８ｂ 側端部
１８ｃ テーパ面
１８ｄ 幅遷移領域
１８ｅ 幅一定領域
１９ 電極
２０ 低抵抗層
２１ 中間永久磁石層
２２ 素子連結体
２３ 外側永久磁石層
３３ 反強磁性層
３４ 固定磁性層
３６ フリー磁性層
５０ Ｘ軸磁場検知部
５１ Ｙ軸磁場検知部
５２ Ｚ軸磁場検知部

Claims (6)

1. 所定の感度軸を有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
   前記磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を発揮する素子部と、軟磁性体とを備え、
   前記素子部と前記軟磁性体とが、前記感度軸の方向に前記軟磁性体、前記素子部、前記軟磁性体の順で並ぶように非接触で配置されており、
   前記軟磁性体の両端部は、前記素子部よりも前記直交方向に延出した位置にあり、前記両端部の幅寸法は、前記両端部を除く前記軟磁性体の幅寸法に比べて大きいことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記軟磁性体の前記両端部には、前記素子部から離れる方向に向けて、前記幅寸法が徐々に大きくなるテーパ面が形成されている請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記軟磁性体の前記両端部は、前記テーパ面で形成された幅遷移領域と、前記幅遷移領域の前記直交方向の外側に前記幅遷移領域の最大幅を保って形成された幅一定領域とで構成される請求項２記載の磁気センサ。
4. 前記素子部が複数、感度軸方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が電気的に接続されてミアンダ形状で形成されており、
   各素子部間に前記軟磁性体が設けられることにより前記各素子部の感度軸方向の両側方に前記軟磁性体が配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
5. 前記ミアンダ形状に形成された素子部および前記軟磁性体が、前記感度軸と直交する方向に複数配置され、前記複数の素子部がブリッジ回路の一部を構成している請求項４記載の磁気センサ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とする磁気センサモジュール。

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