JP2011027633A - Magnetic sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Naoki Ota
尚城 太田
Koichi Terunuma
幸一 照沼
Satoshi Miura
聡 三浦
Masanori Sakai
正則 酒井
Hiroshi Yamazaki
寛史 山崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor of compact configuration, excellent in detection performance of a magnetic field, and easy to manufacture. <P>SOLUTION: A first and second MR elements are provided, which respectively contain a magnetization fixed layer 63, an intervention layer 62, and a magnetization free layer 61, in order, to represent magnetic variation, being opposite to each other, under signal magnetic field. The magnetization fixed layer 63 of the first and second MR elements has synthetic structure that contains a pinned layer 631, a coupling layer 632, and a pinned layer 633 coupled to the pinned layer 631 by antiferromagnetic manner, in the order starting from the intervention layer 62. Relating to the magnetization fixed layer 63 of the first MR element, the total magnetic moment of the pinned layer 361 is equal to or larger than the total magnetic moment of the pinned layer 633. On the other hand, relating to the magnetization fixed layer 63 of the second MR element, the total magnetic moment of the pinned layer 633 is larger than that of the pinned layer 631. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁場の変化を高感度に検出可能な磁気センサおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetic sensor capable of detecting a change in a magnetic field with high sensitivity and a method for manufacturing the same.

一般に、制御機器の回路に流れる微小な制御電流を正確に検知するにあたっては、その回路内に抵抗を直列接続し、この抵抗の電圧降下を測定する方法を用いる。しかし、この場合には、制御系とは異なる負荷が加わることとなり制御系に対して何らかの悪影響を与える可能性が生じてしまう。このため、制御電流によって発生する電流磁界の勾配を検出することによって間接的に測定する方法が用いられている。具体的には、例えば、トロイダルコアに被測定線を巻き、制御電流をその測定線に供給することによりトロイダルコアの中心部分に生じる磁束をホール素子によって検出するする方法である。   In general, in order to accurately detect a minute control current flowing in a circuit of a control device, a method is used in which a resistor is connected in series in the circuit and a voltage drop of the resistor is measured. However, in this case, a load different from that of the control system is applied, which may cause some adverse effects on the control system. For this reason, a method of measuring indirectly by detecting the gradient of the current magnetic field generated by the control current is used. Specifically, for example, a measurement line is wound around a toroidal core, and a control current is supplied to the measurement line, whereby a magnetic flux generated in the central portion of the toroidal core is detected by a Hall element.

ところが、上記の方法を実現する電流センサでは、小型化が困難であることや直線性あるいは高周波応答性の面で不十分であるなどの問題点が指摘されるようになった。このため、巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect）を発現する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を制御電流による誘導磁場中に配置し、その勾配を検出するようにした磁気センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、これに関連するものとして、ＧＭＲ素子を備えた磁気センサを利用し、金属基板の表面等の探傷を行うようにした技術も開示されている。このようなＧＭＲ素子を用いた磁気センサであれば、比較的検出感度や応答性が向上するうえ、温度変化に対しても安定した検出特性が得られる。特に、誘導磁場を検出を、４つのＧＭＲ素子を含むホイートストンブリッジ回路を用いて行うことにより、ＧＭＲ素子を１つのみ用いて行う場合と比べ、感度および精度をいっそう向上させることができる。   However, it has been pointed out that the current sensor that realizes the above method has problems such as difficulty in miniaturization and insufficient linearity or high frequency response. For this reason, a magnetic sensor in which a giant magnetoresistive effect element (hereinafter referred to as a GMR element) that exhibits a giant magnetoresistive effect is arranged in an induced magnetic field by a control current and the gradient thereof is detected. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, as a related technology, a technique has been disclosed in which a flaw detection is performed on the surface of a metal substrate using a magnetic sensor including a GMR element. With such a magnetic sensor using a GMR element, detection sensitivity and response are relatively improved, and stable detection characteristics can be obtained against temperature changes. In particular, by detecting an induced magnetic field using a Wheatstone bridge circuit including four GMR elements, sensitivity and accuracy can be further improved as compared with a case where only one GMR element is used.

但し、そのホイートストンブリッジ回路は、４つのうちの２つのＧＭＲ素子（第１および第２のＧＭＲ素子）が、残りの２つのＧＭＲ素子（第３および第４のＧＭＲ素子）と正反対の振る舞いをするように構成する必要がある。すなわち、例えば第１および第２のＧＭＲ素子におけるピンド層の磁化と、第３および第４のＧＭＲ素子におけるピンド層の磁化とが正反対の向きに固定されていなければならない。また、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つのＧＭＲ素子は、可能な限り互いに均質な磁気特性を有することが望ましい。こうした事情から、本出願人は、同一ウェハ上に複数のＧＭＲ素子を一括形成し、それら複数のＧＭＲ素子を個別にウェハごと切り出したのち、それらのなかから選択された４つのＧＭＲ素子を一の基板に適切な向きとなるように配置した磁気センサを既に提案している（例えば特許文献２参照）。あるいは、第１の方向の磁場中において２つのＧＭＲ素子を堆積させたのち、第１の方向と逆方向の磁場中において残りの２つのＧＭＲ素子を堆積させるようにした磁気センサの製造方法も提案されている（例えば特許文献３参照）。さらに、例えば特許文献４には、所定方向の外部磁場を印加した状態で個別に加熱処理（例えばレーザパルスや電子ビーム等を照射する処理）を行い、一の基板上に配置された４つのＧＭＲ素子におけるピンド層の磁化が各々適切な向きとなるようにする方法が提案されている。   However, in the Wheatstone bridge circuit, two of the four GMR elements (first and second GMR elements) behave oppositely to the remaining two GMR elements (third and fourth GMR elements). It is necessary to configure as follows. That is, for example, the magnetization of the pinned layer in the first and second GMR elements and the magnetization of the pinned layer in the third and fourth GMR elements must be fixed in opposite directions. It is desirable that the four GMR elements constituting the Wheatstone bridge circuit have magnetic characteristics that are as homogeneous as possible. Under these circumstances, the present applicant forms a plurality of GMR elements on the same wafer, cuts out each of the plurality of GMR elements individually, and then selects four GMR elements selected from them as one. There has already been proposed a magnetic sensor arranged in an appropriate orientation on a substrate (see, for example, Patent Document 2). Alternatively, a magnetic sensor manufacturing method is also proposed in which two GMR elements are deposited in a magnetic field in the first direction, and then the remaining two GMR elements are deposited in a magnetic field opposite to the first direction. (For example, refer to Patent Document 3). Further, for example, Patent Document 4 discloses that four GMRs disposed on one substrate are individually subjected to heat treatment (for example, treatment of irradiating a laser pulse, an electron beam, or the like) with an external magnetic field applied in a predetermined direction. A method has been proposed in which the magnetizations of the pinned layers in the element are each in an appropriate direction.

米国特許第５６２１３７７号明細書US Pat. No. 5,621,377 特開２００８−１１１８０１号公報JP 2008-111181 A 特表２００３−５０２６７４号公報Japanese translation of PCT publication No. 2003-502675 特表２００３−５０２８７６号公報Japanese translation of PCT publication No. 2003-502876

しかしながら、上述の特許文献２，３に記載された磁気センサ等では、製造過程がやや煩雑であり、生産性の面で不利である。また、上記特許文献３では、先に形成したＧＭＲ素子におけるピンド層の磁化の向きが、後に形成するＧＭＲ素子の形成時に印加される逆方向の磁場の影響を受けてしまい、所定の向きから外れてしまうおそれもある。また、特許文献４の場合には、レーザ照射装置や電子ビーム照射装置などの特殊設備が必要となるうえ、やはり生産性の面で不利である。   However, in the magnetic sensors described in Patent Documents 2 and 3 described above, the manufacturing process is somewhat complicated, which is disadvantageous in terms of productivity. In Patent Document 3, the magnetization direction of the pinned layer in the previously formed GMR element is affected by the reverse magnetic field applied when forming the GMR element to be formed later, and deviates from the predetermined direction. There is also a risk. In the case of Patent Document 4, special equipment such as a laser irradiation device and an electron beam irradiation device is required, which is also disadvantageous in terms of productivity.

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、コンパクトな構成でありながら磁場の検出性能に優れ、かつ容易に製造可能な磁気センサを提供することにある。本発明の第２の目的は、そのような磁気センサを簡便に製造可能な磁気センサの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and a first object thereof is to provide a magnetic sensor which is excellent in magnetic field detection performance and can be easily manufactured while having a compact configuration. A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic sensor that can easily manufacture such a magnetic sensor.

本発明の第１の磁気センサは、一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ含むと共に、信号磁場によって互いに反対向きの抵抗変化を示す第１および第２の磁気抵抗効果素子を備える。第１および第２の磁気抵抗効果素子の双方における磁化固着層または磁化自由層は、介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、この結合層を介して第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有する。第１の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、第１の強磁性層の総磁気モーメントが第２の強磁性層の総磁気モーメントと一致もしくは第２の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものである。一方、第２の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、第２の強磁性層の総磁気モーメントが第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものである。ここでいう「総磁気モーメント」とは、その強磁性層を構成する材料の「単位体積あたりの磁気モーメント」と、その強磁性層の体積との積である。また「抵抗変化」とは、「抵抗値の増減」を意味する。すなわち、「互いに反対向きの抵抗変化を示す」とは、信号磁場が印加された際、例えば第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が増加する場合には第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値は必ず減少する関係にあることを意味する。例えば、第１の磁気抵抗効果素子における磁化固着層の磁化と、第２の磁気抵抗効果素子における磁化固着層の磁化とが、互いに逆向きとなっている。   The first magnetic sensor of the present invention includes a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a certain direction, a nonmagnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field, respectively. In addition, first and second magnetoresistive elements that exhibit resistance changes in opposite directions by the signal magnetic field are provided. The magnetization pinned layer or the magnetization free layer in both the first and second magnetoresistive effect elements includes the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the first strong layer via the coupling layer in this order from the intervening layer side. It has a synthetic structure including a magnetic layer and a second ferromagnetic layer that is antiferromagnetically coupled. The synthetic structure in the first magnetoresistive effect element is such that the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer coincides with the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer or is larger than the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer. It is. On the other hand, the synthetic structure in the second magnetoresistive element is such that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer. The “total magnetic moment” here is the product of the “magnetic moment per unit volume” of the material constituting the ferromagnetic layer and the volume of the ferromagnetic layer. “Resistance change” means “increase / decrease in resistance value”. That is, “showing resistance changes in opposite directions” means that the resistance value of the second magnetoresistive element is increased when the signal magnetic field is applied, for example, when the resistance value of the first magnetoresistive element is increased. Means that there is always a decreasing relationship. For example, the magnetization of the magnetization pinned layer in the first magnetoresistance effect element and the magnetization of the magnetization pinned layer in the second magnetoresistance effect element are opposite to each other.

本発明の第２の磁気センサは、一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ含むと共に、信号磁場によって互いに反対向きの抵抗変化を示す第１および第２の磁気抵抗効果素子を備える。第１および第２の磁気抵抗効果素子のうちの一方における磁化固着層または磁化自由層は、介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、この結合層を介して第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有する。このシンセティック構造は、第２の強磁性層の総磁気モーメントが第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものである。第１および第２の磁気抵抗効果素子のうちの他方における磁化固着層または磁化自由層は、単一もしくは複数の強磁性材料層からなる。   The second magnetic sensor of the present invention includes a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a fixed direction, a nonmagnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field in order. In addition, first and second magnetoresistive elements that exhibit resistance changes in opposite directions by the signal magnetic field are provided. The magnetization fixed layer or the magnetization free layer in one of the first and second magnetoresistive effect elements is arranged in order from the intervening layer side through the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the coupling layer. And a second ferromagnetic layer that is antiferromagnetically coupled. In this synthetic structure, the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer. The magnetization fixed layer or the magnetization free layer in the other of the first and second magnetoresistive elements is composed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers.

本発明の第３の磁気センサは、一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ有する第１から第４の磁気抵抗効果素子と、差分検出器とを備える。ここで、第１から第４の磁気抵抗効果素子の全てにおける磁化固着層または磁化自由層が、介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、この結合層を介して第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有する。第１および第３の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、第１の強磁性層の総磁気モーメントが第２の強磁性層の総磁気モーメントと一致もしくは第２の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものであり、第２および第４の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、第２の強磁性層の総磁気モーメントが第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものである。第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、第１の磁気抵抗効果素子の他端と第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、第２の磁気抵抗効果素子の他端と第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されている。第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、信号磁場に応じて互いに同じ向きに変化し、第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、信号磁場に応じて第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化する。差分検出器により、第１の接続点と第２の接続点との間に電圧が印加されたときの第３の接続点と第４の接続点の間の電位差が検出される。   The third magnetic sensor of the present invention includes a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a certain direction, a nonmagnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field, respectively. First to fourth magnetoresistive elements and a difference detector are provided. Here, the magnetization fixed layer or the magnetization free layer in all of the first to fourth magnetoresistive effect elements are arranged in order from the intervening layer side through the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the coupling layer. It has a synthetic structure including one ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer that is antiferromagnetically coupled. The synthetic structures of the first and third magnetoresistive elements are such that the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer matches the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer or the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer. The synthetic structures of the second and fourth magnetoresistive elements are such that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is greater than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer. One ends of the first and second magnetoresistive elements are connected at the first connection point, and one ends of the third and fourth magnetoresistive elements are connected at the second connection point, and the first magnetism The other end of the resistive element and the other end of the fourth magnetoresistive element are connected at a third connection point, and the other end of the second magnetoresistive element and the other end of the third magnetoresistive element Are connected at the fourth connection point to form a bridge circuit. The resistance values of the first and third magnetoresistive elements change in the same direction according to the signal magnetic field, and the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements both change to the signal magnetic field. Accordingly, the first and third magnetoresistance effect elements change in the opposite direction. The difference detector detects a potential difference between the third connection point and the fourth connection point when a voltage is applied between the first connection point and the second connection point.

本発明の第４の磁気センサは、一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ有する第１から第４の磁気抵抗効果素子と、差分検出器とを備える。ここで、第２および第４の磁気抵抗効果素子における磁化固着層または磁化自由層が、介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、この結合層を介して第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有する。このシンセティック構造は、第２の強磁性層の総磁気モーメントが第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものである。第１および第３の磁気抵抗効果素子における磁化固着層または磁化自由層が、単一もしくは複数の強磁性材料層からなる。第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、第１の磁気抵抗効果素子の他端と第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、第２の磁気抵抗効果素子の他端と第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されている。第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、信号磁場に応じて互いに同じ向きに変化し、第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、信号磁場に応じて第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化する。差分検出器により、第１の接続点と第２の接続点との間に電圧が印加されたときの第３の接続点と第４の接続点の間の電位差が検出される。   The fourth magnetic sensor of the present invention has a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a fixed direction, a nonmagnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field, respectively. First to fourth magnetoresistance effect elements and a difference detector are provided. Here, the magnetization fixed layer or the magnetization free layer in the second and fourth magnetoresistive effect elements are arranged in order from the intervening layer side through the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the coupling layer. It has a synthetic structure including a ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer that is antiferromagnetically coupled. In this synthetic structure, the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer. The magnetization fixed layer or the magnetization free layer in the first and third magnetoresistive effect elements is composed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers. One ends of the first and second magnetoresistive elements are connected at the first connection point, and one ends of the third and fourth magnetoresistive elements are connected at the second connection point, and the first magnetism The other end of the resistive element and the other end of the fourth magnetoresistive element are connected at a third connection point, and the other end of the second magnetoresistive element and the other end of the third magnetoresistive element Are connected at the fourth connection point to form a bridge circuit. The resistance values of the first and third magnetoresistive elements change in the same direction according to the signal magnetic field, and the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements both change to the signal magnetic field. Accordingly, the first and third magnetoresistance effect elements change in the opposite direction. The difference detector detects a potential difference between the third connection point and the fourth connection point when a voltage is applied between the first connection point and the second connection point.

本発明の第１の磁気センサの製造方法は、基板上に、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第１の磁化自由層と、非磁性の第１の介在層と、一方向に固定された磁化を有する第１の磁化固着層とを含む第１の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、基板上における第１の磁気抵抗効果素子と離間した位置に、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第２の磁化自由層と、非磁性の第２の介在層と、一方向に固定された磁化を有する第２の磁化固着層とを含む第２の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、第１および第２の磁気抵抗効果素子に対して一定方向の磁場を印加しつつ加熱することにより、第１および第２の磁化固着層における磁化の向きの設定を行う工程とを含むものである。ここで、第１および第２の磁化固着層、または第１および第２の磁化自由層を、第１および第２の介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、この結合層を介して第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを積層してなるシンセティック構造とし、第１の磁化固着層または第１の磁化自由層におけるシンセティック構造を、第１の強磁性層の総磁気モーメントが第２の強磁性層の総磁気モーメントと一致もしくは第２の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きくなるように形成し、第２の磁化固着層または第２の磁化自由層におけるシンセティック構造を、第２の強磁性層の総磁気モーメントが第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きくなるように形成する。   The first magnetic sensor manufacturing method of the present invention includes a first magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field, a nonmagnetic first intervening layer, and a substrate fixed in one direction. Selectively forming a first magnetoresistive effect element including a first magnetization pinned layer having a magnetized magnetization and a position on the substrate spaced apart from the first magnetoresistive effect element in accordance with a signal magnetic field Second magnetoresistive element including a second magnetization free layer whose magnetization direction changes, a nonmagnetic second intervening layer, and a second magnetization pinned layer having magnetization fixed in one direction And setting the magnetization directions in the first and second pinned layers by heating the first and second magnetoresistive elements while applying a magnetic field in a certain direction. The process of performing. Here, the first and second magnetization fixed layers, or the first and second magnetization free layers are arranged in order from the first and second intervening layer sides, the first ferromagnetic layer, the coupling layer, A synthetic structure is formed by laminating a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled via a coupling layer, and the synthetic structure in the first magnetization fixed layer or the first magnetization free layer is The second magnetic pinned layer is formed such that the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer coincides with the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer or is larger than the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer. Alternatively, the synthetic structure in the second magnetization free layer is formed so that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer.

本発明の第２の磁気センサの製造方法は、基板上に、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第１の磁化自由層と、非磁性の第１の介在層と、一方向に固定された磁化を有する第１の磁化固着層とを含む第１の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、基板上における第１の磁気抵抗効果素子と離間した位置に、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第２の磁化自由層と、非磁性の第２の介在層と、一方向に固定された磁化を有する第２の磁化固着層とを含む第２の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、これら第１および第２の磁気抵抗効果素子に対して一定方向の磁場を印加しつつ加熱することにより、第１および第２の磁化固着層における磁化の向きの設定を行う工程とを含む。第１および第２の磁化固着層のうちの一方、または第１および第２の磁化自由層のうちの一方を、第１および第２の介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、この結合層を介して第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを積層してなるシンセティック構造とし、そのシンセティック構造を、第２の強磁性層の総磁気モーメントが第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きくなるように形成し、第１および第２の磁化固着層のうちの他方、または第１および第２の磁化自由層のうちの他方を、単一もしくは複数の強磁性材料層によって形成する。   According to the second magnetic sensor manufacturing method of the present invention, a first magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field, a nonmagnetic first intervening layer, and a substrate are fixed in one direction. Selectively forming a first magnetoresistive effect element including a first magnetization pinned layer having a magnetized magnetization and a position on the substrate spaced apart from the first magnetoresistive effect element in accordance with a signal magnetic field Second magnetoresistive element including a second magnetization free layer whose magnetization direction changes, a nonmagnetic second intervening layer, and a second magnetization pinned layer having magnetization fixed in one direction And selectively heating the first and second magnetoresistive elements while applying a magnetic field in a certain direction to thereby change the direction of magnetization in the first and second pinned layers. Setting. One of the first and second magnetization fixed layers, or one of the first and second magnetization free layers, in order from the first and second intervening layer sides, and the first ferromagnetic layer; A synthetic structure is formed by laminating a coupling layer and a second ferromagnetic layer that is antiferromagnetically coupled to the first ferromagnetic layer via the coupling layer, and the synthetic structure is formed on the second ferromagnetic layer. The total magnetic moment is formed to be larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer, and the other of the first and second magnetization pinned layers or the first and second magnetization free layers is formed. The other is formed by a single or a plurality of ferromagnetic material layers.

本発明の第１および第３の磁気センサ、ならびに第１の磁気センサの製造方法では、第１および第２の磁気抵抗効果素子の双方における磁化固着層または磁化自由層をシンセティック構造とし、第１の磁気抵抗効果素子のシンセティック構造を、第１の強磁性層の総磁気モーメントが第２の強磁性層の総磁気モーメントと同一もしくは第２の強磁性層の総磁気モーメントよりも相対的に大きくなるように構成し、第２の磁気抵抗効果素子のシンセティック構造を、第２の強磁性層の総磁気モーメントが相対的に大きくなるように構成している。このため、外部磁場に対して第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子とが互いに異なる（反対の）挙動を示すこととなる。例えば、磁化固着層が上記のシンセティック構造を含む場合には、製造過程において一定方向の印加磁場を付与しながら熱アニール処理を行うことにより、第１の磁気抵抗効果素子の第１の強磁性層が印加磁場に沿って固着される一方、第２の磁気抵抗効果素子の第１の強磁性層が印加磁場と逆向きに固着される。あるいは、磁化自由層が上記のシンセティック構造を含む場合には、磁場の検出を行う際にある方向の信号磁場が付与されると、第１の磁気抵抗効果素子における第１の強磁性層が信号磁場に沿った磁化を有する一方、第２の磁気抵抗効果素子の第１の強磁性層が信号磁場と逆向きの磁化を有することとなる。   In the first and third magnetic sensors and the method of manufacturing the first magnetic sensor of the present invention, the magnetization fixed layer or the magnetization free layer in both the first and second magnetoresistive effect elements has a synthetic structure. The total magnetic moment of the first ferromagnetic layer is the same as the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer or relatively larger than the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer. The synthetic structure of the second magnetoresistive effect element is configured so that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is relatively large. For this reason, the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element exhibit different (opposite) behavior with respect to the external magnetic field. For example, when the magnetization pinned layer includes the above synthetic structure, the first ferromagnetic layer of the first magnetoresistive effect element is obtained by performing a thermal annealing process while applying a magnetic field applied in a certain direction during the manufacturing process. Is fixed along the applied magnetic field, while the first ferromagnetic layer of the second magnetoresistive element is fixed in the direction opposite to the applied magnetic field. Alternatively, when the magnetization free layer includes the above-described synthetic structure, when a signal magnetic field in a certain direction is applied when the magnetic field is detected, the first ferromagnetic layer in the first magnetoresistive effect element performs signal processing. While having magnetization along the magnetic field, the first ferromagnetic layer of the second magnetoresistive element has magnetization opposite to the signal magnetic field.

本発明の第２および第４の磁気センサ、ならびに第２の磁気センサの製造方法では、第１および第２の磁気抵抗効果素子のうち、一方における磁化固着層または磁化自由層をシンセティック構造とし、他方における磁化固着層または磁化自由層を単一もしくは複数の強磁性材料層によって構成している。上記シンセティック構造では、第２の強磁性層の総磁気モーメントが第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きくなるように構成される。このため、上記本発明の第１の磁気センサと同様に、外部磁場に対して第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子とが互いに異なる（反対の）挙動を示すこととなる。例えば、第１の磁気抵抗効果素子における磁化固着層が上記のシンセティック構造を含む場合には、製造過程において一定方向の印加磁場を付与しながら熱アニール処理を行うことにより、第１の磁気抵抗効果素子の第１の強磁性層が印加磁場と逆向きに磁化される一方、第２の磁気抵抗効果素子の単一強磁性層が印加磁場に沿って磁化される。あるいは、第１の磁気抵抗効果素子における磁化自由層が上記のシンセティック構造を含む場合には、磁場の検出を行う際にある方向の信号磁場が付与されると、第１の磁気抵抗効果素子における第１の強磁性層が信号磁場と逆向きの磁化を有する一方、第２の磁気抵抗効果素子の単一強磁性層が信号磁場に沿った磁化を有することとなる。   In the second and fourth magnetic sensors and the method of manufacturing the second magnetic sensor of the present invention, the magnetization fixed layer or the magnetization free layer in one of the first and second magnetoresistance effect elements has a synthetic structure, On the other hand, the magnetization fixed layer or the magnetization free layer is constituted by a single or a plurality of ferromagnetic material layers. The synthetic structure is configured such that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer. Therefore, like the first magnetic sensor of the present invention, the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element exhibit different (opposite) behavior with respect to the external magnetic field. . For example, when the magnetization pinned layer in the first magnetoresistive element includes the above synthetic structure, the first magnetoresistive effect is obtained by performing thermal annealing while applying a magnetic field applied in a certain direction in the manufacturing process. The first ferromagnetic layer of the element is magnetized in the opposite direction to the applied magnetic field, while the single ferromagnetic layer of the second magnetoresistive element is magnetized along the applied magnetic field. Alternatively, when the magnetization free layer in the first magnetoresistive effect element includes the above synthetic structure, when a signal magnetic field in a certain direction is applied when detecting the magnetic field, the first magnetoresistive effect element in the first magnetoresistive effect element The first ferromagnetic layer has magnetization opposite to the signal magnetic field, while the single ferromagnetic layer of the second magnetoresistive element has magnetization along the signal magnetic field.

本発明の第１の磁気センサでは、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各磁化自由層がシンセティック構造を有する場合、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各磁化固着層が、互いに同じ方向の磁化を有するようにするとよい。より高精度な磁場検出を行うのに有利となるからである。また、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各磁化固着層がシンセティック構造を有する場合には、第１および第２の磁気抵抗効果素子における磁化自由層が、互いに同じ方向の磁化容易軸を有するようにしてもよい。また、第１の磁気抵抗効果素子における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの差分の絶対値は、第２の磁気抵抗効果素子における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの差分の絶対値と異なっているとよい。製造過程において、第１の強磁性層と第２の強磁性層との十分な交換結合磁場を形成するのに有利となるからである。   In the first magnetic sensor of the present invention, when each magnetization free layer in the first and second magnetoresistance effect elements has a synthetic structure, each magnetization pinned layer in the first and second magnetoresistance effect elements is It is preferable to have the magnetization in the same direction. This is because it is advantageous to perform magnetic field detection with higher accuracy. In addition, when each magnetization fixed layer in the first and second magnetoresistance effect elements has a synthetic structure, the magnetization free layers in the first and second magnetoresistance effect elements have easy axes of magnetization in the same direction. You may make it have. In addition, the absolute value of the difference between the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer and the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer in the first magnetoresistive element is the first value in the second magnetoresistive element. The absolute value of the difference between the total magnetic moment of the ferromagnetic layer and the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer may be different. This is because it is advantageous to form a sufficient exchange coupling magnetic field between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer in the manufacturing process.

本発明の第１および第２の磁気センサによれば、シンセティック構造における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの大小関係を調整することにより、外部磁場に対して第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子とが互いに異なる（反対の）挙動を示すようにしたので、第１および第２の磁気抵抗効果素子を例えばハーフブリッジ接続、あるいはフルブリッジ接続すれば、容易に製造可能、かつ、コンパクトな構成を確保しつつ、良好な磁場検出が可能なものとなる。また、本発明の第１および第２の磁気センサの製造方法によれば、上記本発明の第１および第２の磁気センサを簡便かつ高精度に製造することができる。   According to the first and second magnetic sensors of the present invention, by adjusting the magnitude relationship between the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer and the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer in the synthetic structure, Since the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element have different (opposite) behavior with respect to the magnetic field, the first and second magnetoresistive elements are, for example, half-bridge connected. Alternatively, if a full bridge connection is used, the magnetic field can be detected easily while ensuring a compact configuration. Moreover, according to the manufacturing method of the 1st and 2nd magnetic sensor of this invention, the said 1st and 2nd magnetic sensor of the said invention can be manufactured simply and with high precision.

本発明の第３および第４の磁気センサによれば、フルブリッジ接続された第１〜第４の磁気抵抗効果素子において、シンセティック構造における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの大小関係を調整することにより、外部磁場に対して第１および第３の磁気抵抗効果素子と第２および第４の磁気抵抗効果素子とが互いに異なる（反対の）挙動を示すようにしたので、容易に製造可能、かつ、コンパクトな構成を確保しつつ、良好な磁場検出が可能なものとなる。   According to the third and fourth magnetic sensors of the present invention, in the first to fourth magnetoresistive effect elements connected in a full bridge, the total magnetic moment and the second strength of the first ferromagnetic layer in the synthetic structure By adjusting the magnitude relationship with the total magnetic moment of the magnetic layer, the first and third magnetoresistive elements and the second and fourth magnetoresistive elements differ from each other (opposite) with respect to the external magnetic field. Since the behavior is shown, it can be easily manufactured, and good magnetic field detection is possible while ensuring a compact configuration.

本発明の第１の実施の形態としての磁気センサの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole magnetic sensor composition as a 1st embodiment of the present invention. 図１に示した磁気センサの要部構成を拡大して表す斜視図である。It is a perspective view which expands and represents the principal part structure of the magnetic sensor shown in FIG. 図２に示した第１〜第４のＭＲ素子に含まれる積層体の積層構造を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a stacked structure of a stacked body included in first to fourth MR elements illustrated in FIG. 2. 図１に示した磁気センサにおける磁場検出回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the magnetic field detection circuit in the magnetic sensor shown in FIG. 図１に示した磁気センサの製造方法を説明する一工程を表す断面図である。It is sectional drawing showing 1 process explaining the manufacturing method of the magnetic sensor shown in FIG. 図５に続く一工程を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 5. 図６に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process subsequent to FIG. 6. 図７に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 8 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 7. 図８に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process subsequent to FIG. 8. 図９に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 10 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 9. 図１０に続く一工程を表す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing showing the 1 process following FIG. 図１１に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 12 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 11. 図１２に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 13 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process subsequent to FIG. 12. 図１３に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 14 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process subsequent to FIG. 13. 図１４に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 15 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process subsequent to FIG. 14. 図１５に続く一工程を表す平面図および断面図である。FIG. 16 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a process subsequent to FIG. 15. 第２の実施の形態としての積層体の積層構造を表す断面図である。It is sectional drawing showing the laminated structure of the laminated body as 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

［第１の実施の形態］
最初に、図１などを参照して、本発明における第１の実施の形態としての磁気センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態の磁気センサの全体構成を表す上面図である。また、図２は、この磁気センサの要部構成を拡大して表す斜視図である。 [First Embodiment]
First, with reference to FIG. 1 etc., the structure of the magnetic sensor as 1st Embodiment in this invention is demonstrated. FIG. 1 is a top view showing the overall configuration of the magnetic sensor of the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a main part configuration of the magnetic sensor.

本実施の形態の磁気センサは、基板１００の上に、第１〜第４の磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子１〜４、パッド５１〜５４、導線Ｌ１〜Ｌ６、差分検出器ＡＭＰ（後出）などが設けられたものである。この磁気センサは、例えば＋Ｙ方向へ印加される信号磁場Ｈｍの大きさを検出するものである。より具体的には、例えばＸ軸方向へ延在する導体（図示せず）の近傍に配置され、その導体を流れる電流によって誘導される誘導磁場を信号磁場Ｈｍとして検出し、その電流を間接的に測定する電流センサとして用いられる。例えば、パッド５１は電源Ｖｃｃ（後出）と接続され、パッド５２は接地され、パッド５３，５４は、差分検出器ＡＭＰの入力側端子とそれぞれ接続されている。   The magnetic sensor of the present embodiment includes first to fourth magnetoresistive effect (MR) elements 1 to 4, pads 51 to 54, conducting wires L 1 to L 6, and a difference detector on a substrate 100. AMP (described later) is provided. This magnetic sensor detects the magnitude of the signal magnetic field Hm applied in the + Y direction, for example. More specifically, for example, an induction magnetic field that is arranged near a conductor (not shown) extending in the X-axis direction and is induced by a current flowing through the conductor is detected as a signal magnetic field Hm, and the current is indirectly detected. It is used as a current sensor for measuring. For example, the pad 51 is connected to the power supply Vcc (described later), the pad 52 is grounded, and the pads 53 and 54 are connected to the input side terminals of the difference detector AMP, respectively.

基板１００は、磁気センサ全体を支持する矩形状のものであり、例えば、ガラス、硅素（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）またはＡｌＴｉＣ（Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ）などのセラミックスによって構成されている。なお、基板１００を覆うように、例えば酸化硅素（ＳｉＯ2 ）やＡｌ2 Ｏ3 などのセラミックスを含有する絶縁層（図示せず）を設けるようにしてもよい。 The substrate 100 has a rectangular shape that supports the entire magnetic sensor, and is made of, for example, ceramics such as glass, silicon (Si), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or AlTiC (Al 2 O 3 —TiC). ing. Note that an insulating layer (not shown) containing ceramics such as silicon oxide (SiO 2 ) or Al 2 O 3 may be provided so as to cover the substrate 100.

第１〜第４のＭＲ素子１〜４は、それぞれ、スピンバルブ構造を有する積層体１１，２１，３１，４１を複数（図１，２では、８つの場合を例示する）含んでいる。図１，２では、第１〜第４のＭＲ素子１〜４が、積層体１１，２１，３１，４１を８つずつ含む場合について例示しているが、これに限定されるものではない。信号磁場Ｈｍが印加されると、第１および第３のＭＲ素子１，３の各抵抗値は、信号磁場Ｈｍに応じて互いに同じ向きに変化し、第２および第４のＭＲ素子２，４の各抵抗値は、いずれも、信号磁場Ｈｍに応じて第１および第３のＭＲ素子１，３とは反対向きに変化する。なお、第１〜第４のＭＲ素子１〜４は、積層体１１，２１，３１，４１の構成を除き、他は実質的に同様の構成を有している。このため、以下では、積層体１１，２１，３１，４１の説明を除き、主に図２を参照して、第１〜第４のＭＲ素子１〜４を代表して第１のＭＲ素子１について説明を行う。   Each of the first to fourth MR elements 1 to 4 includes a plurality of stacked bodies 11, 21, 31 and 41 having a spin valve structure (eight examples are illustrated in FIGS. 1 and 2). 1 and 2 exemplify the case where the first to fourth MR elements 1 to 4 include eight stacked bodies 11, 21, 31, and 41, but the present invention is not limited to this. When the signal magnetic field Hm is applied, the resistance values of the first and third MR elements 1 and 3 change in the same direction according to the signal magnetic field Hm, and the second and fourth MR elements 2 and 4 Each of these resistance values changes in the opposite direction to the first and third MR elements 1 and 3 in accordance with the signal magnetic field Hm. The first to fourth MR elements 1 to 4 have substantially the same configuration except for the configuration of the stacked bodies 11, 21, 31, and 41. Therefore, in the following description, the first MR element 1 is representatively represented by the first to fourth MR elements 1 to 4 except for the explanation of the stacked bodies 11, 21, 31 and 41, mainly referring to FIG. 2. Will be described.

図２に示したように、例えば第１のＭＲ素子１では、各積層体１１（１１Ａ〜１１Ｈ）が、厚み方向（積層方向）において上部電極１２（１２Ａ〜１２Ｈ）と下部電極１３（１３Ａ〜１３Ｈ）との間に挟まれるように配置され、各上部電極１２の一端と各下部電極１３の一端とを繋いでいる。一端が積層体１１と接続された上部電極１２の他端は、隣の積層体１１と一端が接続された下部電極１３の他端と、柱状の接続部１４（１４Ａ〜１４Ｈ）によって接続されている。すなわち、全ての積層体１１Ａ〜１１Ｈが、上部電極１２Ａ〜１２Ｈ、下部電極１３Ａ〜１３Ｈ、および接続部１４Ａ〜１４Ｈによって直列に接続されている。第１のＭＲ素子１の一端に位置する上部電極１２Ａは、積層体１１Ａと接続されると共に導線Ｌ１（図１参照）とも接続されている。また、第１のＭＲ素子１の他端に位置する下部電極１３Ｈは、積層体１１Ｈと接続されると共に導線Ｌ２（図１参照）とも接続されている。このような構成により、導線Ｌ１から電流が供給されると、その電流は積層体１１Ａ〜１１Ｈを順次経由して導線Ｌ２へ流れることとなる。その際、各積層体１１では、上部電極１２から下部電極１３へ向かう方向（−Ｚ方向）へ電流が流れる。上部電極１２、下部電極１３および接続部１４は、いずれも、例えば銅（Ｃｕ）などの非磁性の高導電性材料によって構成されている。   As shown in FIG. 2, for example, in the first MR element 1, each stacked body 11 (11 </ b> A to 11 </ b> H) includes an upper electrode 12 (12 </ b> A to 12 </ b> H) and a lower electrode 13 (13 </ b> A to 13 </ b> A ”in the thickness direction (stacking direction). 13H), and one end of each upper electrode 12 and one end of each lower electrode 13 are connected to each other. The other end of the upper electrode 12 whose one end is connected to the multilayer body 11 is connected to the other end of the lower electrode 13 whose one end is connected to the adjacent multilayer body 11 by a columnar connection portion 14 (14A to 14H). Yes. That is, all the stacked bodies 11A to 11H are connected in series by the upper electrodes 12A to 12H, the lower electrodes 13A to 13H, and the connection portions 14A to 14H. The upper electrode 12A located at one end of the first MR element 1 is connected to the laminated body 11A and is also connected to the conducting wire L1 (see FIG. 1). Further, the lower electrode 13H located at the other end of the first MR element 1 is connected to the laminated body 11H and also connected to the conductor L2 (see FIG. 1). With such a configuration, when a current is supplied from the conducting wire L1, the current flows to the conducting wire L2 sequentially through the stacked bodies 11A to 11H. At that time, in each stacked body 11, a current flows in a direction (−Z direction) from the upper electrode 12 toward the lower electrode 13. The upper electrode 12, the lower electrode 13, and the connection portion 14 are all made of a nonmagnetic highly conductive material such as copper (Cu).

図１に示したように、第２〜第４のＭＲ素子２〜４は、第１のＭＲ素子１における上部電極１２、下部電極１３および接続部１４の各々に対応して、それぞれ上部電極２２，３２，４２、下部電極２３，３３，４３および接続部２４，３４，４４を備えている。第２のＭＲ素子２においては、その一端に位置する上部電極２２が導線Ｌ１と接続され、その他端に位置する下部電極２３は導線Ｌ３と接続されている。また、第３のＭＲ素子３においては、その一端に位置する上部電極３２が導線Ｌ３と接続され、その他端に位置する下部電極３３が導線Ｌ４と接続されている。さらに、第４のＭＲ素子４においては、その一端に位置する上部電極４２が導線Ｌ２と接続され、その他端に位置する下部電極４３が導線Ｌ４と接続されている。また、導線Ｌ２は、導線Ｌ５を介してパッド５３と接続されており、導線Ｌ３は、導線Ｌ６を介してパッド５４と接続されている。   As shown in FIG. 1, the second to fourth MR elements 2 to 4 correspond to the upper electrode 12, the lower electrode 13, and the connection portion 14 in the first MR element 1, respectively. , 32, 42, lower electrodes 23, 33, 43 and connecting portions 24, 34, 44 are provided. In the second MR element 2, the upper electrode 22 located at one end thereof is connected to the conducting wire L1, and the lower electrode 23 located at the other end is connected to the conducting wire L3. In the third MR element 3, the upper electrode 32 located at one end thereof is connected to the conducting wire L3, and the lower electrode 33 located at the other end is connected to the conducting wire L4. Furthermore, in the fourth MR element 4, the upper electrode 42 located at one end thereof is connected to the conducting wire L2, and the lower electrode 43 located at the other end is connected to the conducting wire L4. Conductive wire L2 is connected to pad 53 via conductive wire L5, and conductive wire L3 is connected to pad 54 via conductive wire L6.

導線Ｌ１〜Ｌ６は、例えば銅（Ｃｕ）などの非磁性の高導電性材料によって構成されている。導線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６は、例えば上部電極１２，２２，３２，４２と同じ階層に位置し、導線Ｌ２は、例えば下部電極１３，２３，３３，４３と同じ階層に位置する。なお、例えば導線Ｌ２および導線Ｌ５は、互いに異なる階層に位置するが、それらは厚み方向において銅などからなる柱状部材（図示せず）によって繋がれている。   The conducting wires L1 to L6 are made of a nonmagnetic highly conductive material such as copper (Cu), for example. The conducting wires L1, L3 to L6 are located, for example, on the same level as the upper electrodes 12, 22, 32, 42, and the conducting wire L2 is located, for example, on the same level as the lower electrodes 13, 23, 33, 43. Note that, for example, the conductive wire L2 and the conductive wire L5 are located at different levels, but they are connected by a columnar member (not shown) made of copper or the like in the thickness direction.

次に、図３（Ａ），３（Ｂ）を参照して、積層体１１，２１，３１，４１の構成を説明する。図３（Ａ）に、積層体１１，３１の概略断面構成を表し、図３（Ｂ）に、積層体２１，４１の概略断面構成を表す。積層体１１，２１，３１，４１は、いずれも、上部電極１２，２２，３２，４２の側から、磁化自由層６１と、介在層６２と、磁化固着層６３と、反強磁性層６４とを順に有するものである。なお、磁化自由層６１の、上部電極１２，２２，３２，４２側の面を覆うように保護膜を設けるようにしてもよい。また、反強磁性層６４と基板１００との間に、シード層を設けるようにしてもよい。   Next, with reference to FIGS. 3A and 3B, the configuration of the stacked bodies 11, 21, 31, and 41 will be described. FIG. 3A illustrates a schematic cross-sectional configuration of the stacked bodies 11 and 31, and FIG. 3B illustrates a schematic cross-sectional configuration of the stacked bodies 21 and 41. Each of the stacked bodies 11, 21, 31, and 41 includes, from the upper electrodes 12, 22, 32, and 42, a magnetization free layer 61, an intervening layer 62, a magnetization pinned layer 63, and an antiferromagnetic layer 64. In order. Note that a protective film may be provided so as to cover the surface of the magnetization free layer 61 on the upper electrode 12, 22, 32, 42 side. Further, a seed layer may be provided between the antiferromagnetic layer 64 and the substrate 100.

磁化自由層６１は、信号磁場などの外部磁場に応じて磁化方向Ｊ６１が変化する軟質強磁性層であり、例えばＸ軸方向の磁化容易軸を有するものである。磁化自由層６１は、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）あるいはコバルト鉄硼素（ＣｏＦｅＢ）、などによって構成される。   The magnetization free layer 61 is a soft ferromagnetic layer whose magnetization direction J61 changes according to an external magnetic field such as a signal magnetic field, and has, for example, an easy magnetization axis in the X-axis direction. The magnetization free layer 61 is made of, for example, cobalt iron alloy (CoFe), nickel iron alloy (NiFe), cobalt iron boron (CoFeB), or the like.

介在層６２は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。ＭｇＯからなるトンネルバリア層は、例えば、ＭｇＯからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム（Ｍｇ）の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、ＭｇＯのほか、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ）の各酸化物もしくは窒化物を用いて介在層６２を構成することも可能である。   The intervening layer 62 is a nonmagnetic tunnel barrier layer made of, for example, magnesium oxide (MgO), and is thin enough to pass a tunnel current based on quantum mechanics. The tunnel barrier layer made of MgO is obtained, for example, by sputtering using a target made of MgO, oxidation treatment of a magnesium (Mg) thin film, or reactive sputtering treatment of sputtering magnesium in an oxygen atmosphere. . In addition to MgO, the intervening layer 62 can also be formed using oxides or nitrides of aluminum (Al), tantalum (Ta), and hafnium (Hf).

反強磁性層６４は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されている。反強磁性層６４は、例えば＋Ｙ方向のスピン磁気モーメントと、−Ｙ方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、隣接するピンド層６３３の磁化Ｊ６３３の向きを、＋Ｙ方向または−Ｙ方向へ固定するように作用している。   The antiferromagnetic layer 64 is made of an antiferromagnetic material such as platinum manganese alloy (PtMn) or iridium manganese alloy (IrMn). The antiferromagnetic layer 64 is in a state in which, for example, the spin magnetic moment in the + Y direction and the spin magnetic moment in the −Y direction completely cancel each other, and the direction of the magnetization J633 of the adjacent pinned layer 633 is changed to the + Y direction or − It acts to fix in the Y direction.

磁化固着層６３は、介在層６２の側から順にピンド層６３１と、結合層６３２と、ピンド層６３３とを含むシンセティック構造をなしている。ピンド層６３３は、結合層６３２を介してピンド層６３１と反強磁性結合している。すなわち、ピンド層６３１の磁化Ｊ６３１の向きは、ピンド層６３３の磁化Ｊ６３３の向きと反平行となっている。但し、積層体１１，３１では、ピンド層６３１の総磁気モーメントＭIPが、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOP と一致もしくはそれよりも大きな値を示すものとなっている。一方、積層体２１，４１では、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOP が、ピンド層６３１の総磁気モーメントＭIP よりも大きなものとなっている。ここでいう「総磁気モーメントＭIP 」および「総磁気モーメントＭOP 」は、それぞれ、ピンド層６３１，６３３を各々構成する材料の「単位体積あたりの磁気モーメントＭｓ」と、各ピンド層６３１，６３３の体積との積である。なお、図３（Ａ），３（Ｂ）では、ピンド層６３１の総磁気モーメントＭIPの大きさと、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOPの大きさとを、磁化Ｊ６３１，Ｊ６３３の向きを示す矢印の相対的な長さによって表現している。ここで、総磁気モーメントＭIPの大きさと、総磁気モーメントＭOPの大きさとの差異は、ピンド層６３１，６３３を、互いに異なる材料によって構成したり、それらの厚みが互いに異なるように構成したりすることによって実現可能である。 The magnetization pinned layer 63 has a synthetic structure including a pinned layer 631, a coupling layer 632, and a pinned layer 633 in order from the intervening layer 62 side. The pinned layer 633 is antiferromagnetically coupled to the pinned layer 631 through the coupling layer 632. That is, the direction of the magnetization J631 of the pinned layer 631 is antiparallel to the direction of the magnetization J633 of the pinned layer 633. However, in the stacked bodies 11 and 31, the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631 is equal to or larger than the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633. On the other hand, in the stacked bodies 21 and 41, the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633 is larger than the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631. Here, “total magnetic moment M IP ” and “total magnetic moment M OP ” are respectively “magnetic moment Ms per unit volume” of the material constituting each of the pinned layers 631 and 633 and each pinned layer 631 and 633. Is the product of the volume of In FIGS. 3A and 3B, the magnitude of the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631 and the magnitude of the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633 are arrows indicating the directions of the magnetizations J631 and J633. It is expressed by the relative length. Here, the difference between the magnitude of the total magnetic moment M IP and the magnitude of the total magnetic moment M OP is that the pinned layers 631 and 633 are made of different materials or have different thicknesses. This is possible by doing.

このように、ピンド層６３１の総磁気モーメントＭIPの大きさと、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOPの大きさとに差があることから、製造段階におけるアニール処理の際、例えば＋Ｙ方向に印加磁場が付与されつつ加熱されると、積層体１１，３１と積層体２１，４１とは、互いに異なった振る舞いを生じることとなる。すなわち、積層体１１，３１では、図３（Ａ）に示したように、ピンド層６３１の磁化Ｊ６３１が＋Ｙ方向へ固着されると共にピンド層６３３の磁化Ｊ６３３が−Ｙ方向へ固着される。これに対し、積層体２１，４１では、図３（Ｂ）に示したように、ピンド層６３１の磁化Ｊ６３１は−Ｙ方向へ固着されると共に、ピンド層６３３の磁化Ｊ６３３は＋Ｙ方向へ固着される。このように、積層体１１，３１と積層体２１，４１とでは、ピンド層６３１の磁化Ｊ６３１の方向が互いに異なっているので、例えば＋Ｙ方向の信号磁場Ｈｍが付与されると、積層体１１，３１では、磁化Ｊ６１が磁化Ｊ６３１と平行な向きとなるので低抵抗状態となる。一方、積層体２１，４１では、磁化Ｊ６１が磁化Ｊ６３１と反平行な向きとなるので高抵抗状態となる。すなわち、この磁気センサでは、信号磁場Ｈｍが印加されると、第１および第３のＭＲ素子１，３の抵抗値は、第２および第４のＭＲ素子２，４の抵抗値と逆向きの変化を示す。 Thus, since there is a difference between the magnitude of the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631 and the magnitude of the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633, a magnetic field applied in the + Y direction, for example, during the annealing process in the manufacturing stage. When heated while being applied, the laminates 11 and 31 and the laminates 21 and 41 will behave differently. That is, in the stacked bodies 11 and 31, as shown in FIG. 3A, the magnetization J631 of the pinned layer 631 is fixed in the + Y direction, and the magnetization J633 of the pinned layer 633 is fixed in the -Y direction. On the other hand, in the stacked bodies 21 and 41, as shown in FIG. 3B, the magnetization J631 of the pinned layer 631 is fixed in the −Y direction, and the magnetization J633 of the pinned layer 633 is fixed in the + Y direction. The Thus, since the direction of the magnetization J631 of the pinned layer 631 is different between the stacked bodies 11 and 31 and the stacked bodies 21 and 41, for example, when a signal magnetic field Hm in the + Y direction is applied, At 31, the magnetization J61 is in a direction parallel to the magnetization J631, so that the resistance state is low. On the other hand, the stacked bodies 21 and 41 are in a high resistance state because the magnetization J61 is in an antiparallel direction with the magnetization J631. That is, in this magnetic sensor, when the signal magnetic field Hm is applied, the resistance values of the first and third MR elements 1 and 3 are opposite to the resistance values of the second and fourth MR elements 2 and 4. Showing change.

ピンド層６３１，６３３は、コバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料からなり、介在層６２は、ルテニウム（Ｒｕ）などの非磁性の高導電性材料からなる。ピンド層６３１，６３３は、単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。   The pinned layers 631 and 633 are made of a ferromagnetic material such as cobalt (Co), a cobalt iron alloy (CoFe), or a cobalt iron boron alloy (CoFeB), and the intervening layer 62 is a nonmagnetic highly conductive material such as ruthenium (Ru). Made of sex material. The pinned layers 631 and 633 may have a single layer structure or a multilayer structure including a plurality of layers.

なお、積層体１１，３１におけるピンド層６３１の総磁気モーメントＭIP とピンド層６３３の総磁気モーメントＭOP との差分の絶対値は、積層体２１，４１におけるピンド層６３１の総磁気モーメントＭIP とピンド層６３３の総磁気モーメントＭOP との差分の絶対値と異なっていることが望ましい。後に説明するように、この磁気センサを製造する際に、磁化Ｊ６３１，Ｊ６３３の方向がより高精度に固着されるうえ、積層体１１，２１，３１，４１における抵抗変化率（ＭＲ比）の向上に有利となるからである。 The absolute value of the difference between the total magnetic moment M OP of the total magnetic moment M IP and the pinned layer 633 of the pinned layer 631 in the laminate 11 and 31, the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631 in the laminate 21, 41 And the absolute value of the difference between the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633 is desirable. As will be described later, when this magnetic sensor is manufactured, the directions of the magnetizations J631, J633 are fixed with higher accuracy, and the resistance change rate (MR ratio) in the stacked bodies 11, 21, 31, 41 is improved. It is because it becomes advantageous to.

図４は、磁気センサにおける磁場検出回路の構成を示す概略図である。第１のＭＲ素子１および第２のＭＲ素子２の一端同士が第１の接続点Ｐ１において接続され、第３のＭＲ素子３および第４のＭＲ素子４の一端同士が第２の接続点Ｐ２において接続され、第１のＭＲ素子１の他端と第４のＭＲ素子４の他端とが第３の接続点Ｐ３において接続され、第２のＭＲ素子２の他端と第３のＭＲ素子３の他端とが第４の接続点Ｐ４において接続されることにより、ブリッジ回路が構成されている。ここで、第１の接続点Ｐ１は、導線Ｌ１によって電源Ｖｃｃと接続されており、第２の接続点Ｐ２は、導線Ｌ４を介して接地されている。第３の接続点Ｐ３および第４の接続点Ｐ４は、それぞれ、導線Ｌ５，Ｌ６を介して差分検出器ＡＭＰの入力側端子と接続されている。この差分検出器ＡＭＰは、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に電圧が印加されたときの第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差（第１および第２のＭＲ素子１，２のそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ１として出力するものである。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the magnetic field detection circuit in the magnetic sensor. One ends of the first MR element 1 and the second MR element 2 are connected at the first connection point P1, and one ends of the third MR element 3 and the fourth MR element 4 are connected to the second connection point P2. The other end of the first MR element 1 and the other end of the fourth MR element 4 are connected at the third connection point P3, and the other end of the second MR element 2 and the third MR element are connected. 3 is connected at the fourth connection point P4 to form a bridge circuit. Here, the first connection point P1 is connected to the power source Vcc by the conducting wire L1, and the second connection point P2 is grounded through the conducting wire L4. The third connection point P3 and the fourth connection point P4 are connected to the input side terminal of the difference detector AMP via the conducting wires L5 and L6, respectively. The difference detector AMP has a potential difference between the third connection point P3 and the fourth connection point P4 when a voltage is applied between the first connection point P1 and the second connection point P2. The difference between the voltage drop generated in each of the first and second MR elements 1 and 2 is detected and output as a difference signal S1.

次に、本実施の形態の磁気センサを使用し、差分信号Ｓ１に基づいて検出対象とする信号磁場Ｈｍを検出する方法について以下に説明する。   Next, a method for detecting the signal magnetic field Hm to be detected based on the difference signal S1 using the magnetic sensor of the present embodiment will be described below.

図４において、まず、信号磁場Ｈｍが印加されていない状態を考える。ここで、電源Ｖｃｃから読出電流Ｉ０を流したときの第１〜第４のＭＲ素子１〜４における各々の抵抗値をｒ１〜ｒ４とする。電源Ｖｃｃからの読出電流Ｉ０は、第１の接続点Ｐ１において読出電流Ｉ１および読出電流Ｉ２の２つに分流される。そののち、第１のＭＲ素子１と第３のＭＲ素子３とを通過した読出電流Ｉ１と、第２のＭＲ素子２と第４のＭＲ素子４とを通過した読出電流Ｉ２とが第２の接続点Ｐ２において合流する。この場合、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間の電位差Ｖは、
Ｖ＝Ｉ１×ｒ４＋Ｉ１×ｒ１＝Ｉ２×ｒ３＋Ｉ２×ｒ２
＝Ｉ１×（ｒ４＋ｒ１）＝Ｉ２×（ｒ３＋ｒ２） ……（１）
と表すことができる。
また、第３の接続点Ｐ３における電位Ｖ１および第４の接続点Ｐ４における電位Ｖ２は、それぞれ、
Ｖ１＝Ｖ−Ｖ４
＝Ｖ−Ｉ１×ｒ４
Ｖ２＝Ｖ−Ｖ３
＝Ｖ−Ｉ２×ｒ３
と表せる。よって、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差Ｖ０は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝（Ｖ−Ｉ１×ｒ４）−（Ｖ−Ｉ２×ｒ３）
＝Ｉ２×ｒ３−Ｉ１×ｒ４ ……（２）
ここで、（１）式から
Ｖ０＝ｒ３／（ｒ３＋ｒ２）×Ｖ−ｒ４／（ｒ４＋ｒ１）×Ｖ
＝｛ｒ３／（ｒ３＋ｒ２）−ｒ４／（ｒ４＋ｒ１）｝×Ｖ ……（３）
となる。このブリッジ回路では、信号磁場Ｈｍが印加されたときに、上記の式（３）で示された第３および第４の接続点Ｐ３，Ｐ４間の電圧Ｖ０を測定することにより、抵抗変化量が得られる。ここで、信号磁場Ｈｍが印加されたときに、抵抗値ｒ１〜ｒ４がそれぞれ変化量ΔＲ１〜ΔＲ４だけ増加したとすると、すなわち、信号磁場Ｈｍを印加したときの抵抗値Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ、
Ｒ１＝ｒ１＋ΔＲ１
Ｒ２＝ｒ２＋ΔＲ２
Ｒ３＝ｒ３＋ΔＲ３
Ｒ４＝ｒ４＋ΔＲ４
であるとすると、信号磁場Ｈｍを印加した際の電位差Ｖ０は、式（３）より、
Ｖ０＝｛（ｒ３＋ΔＲ３）／（ｒ３＋ΔＲ３＋ｒ２＋ΔＲ２）−（ｒ４＋ΔＲ４）／（ｒ４＋ΔＲ４＋ｒ１＋ΔＲ１）｝×Ｖ ……（４）
となる。すでに述べたように、この磁気センサでは、第１および第３のＭＲ素子１，３の抵抗値Ｒ１，Ｒ３と第２および第４のＭＲ素子２，４の抵抗値Ｒ２，Ｒ４とが逆方向に変化するので、変化量ΔＲ３と変化量ΔＲ２とが打ち消し合うと共に変化量ΔＲ４と変化量ΔＲ１とが打ち消し合うこととなる。このため、信号磁場Ｈｍの印加前後を比較した場合、式（４）の各項における分母の増加はほとんど無い。一方、各項の分子については、変化量ΔＲ３と変化量ΔＲ４とは必ず反対の符号を有するので、打ち消し合うことなく増減が現れることとなる。信号磁場Ｈｍが印加されることにより、第２および第４のＭＲ素子２，４では、抵抗値は変化量ΔＲ２，ΔＲ４（ΔＲ２，ΔＲ４＜０）の分だけそれぞれ変化する（実質的に低下する）一方で、第１および第３のＭＲ素子１，３では、抵抗値は変化量ΔＲ１，ΔＲ３（ΔＲ１，ΔＲ３＞０）の分だけそれぞれ変化する（実質的に増加する）からである。 In FIG. 4, first, consider a state in which the signal magnetic field Hm is not applied. Here, the resistance values of the first to fourth MR elements 1 to 4 when the read current I0 is supplied from the power supply Vcc are r1 to r4. Read current I0 from power supply Vcc is split into two, read current I1 and read current I2, at first connection point P1. After that, the read current I1 that has passed through the first MR element 1 and the third MR element 3 and the read current I2 that has passed through the second MR element 2 and the fourth MR element 4 are Join at the connection point P2. In this case, the potential difference V between the first connection point P1 and the second connection point P2 is
V = I1 * r4 + I1 * r1 = I2 * r3 + I2 * r2
= I1 * (r4 + r1) = I2 * (r3 + r2) (1)
It can be expressed as.
The potential V1 at the third connection point P3 and the potential V2 at the fourth connection point P4 are respectively
V1 = V-V4
= V-I1 * r4
V2 = V-V3
= V-I2 * r3
It can be expressed. Therefore, the potential difference V0 between the third connection point P3 and the fourth connection point P4 is
V0 = V1-V2
= (V-I1 * r4)-(V-I2 * r3)
= I2 * r3-I1 * r4 (2)
Here, V0 = r3 / (r3 + r2) × V−r4 / (r4 + r1) × V from the equation (1).
= {R3 / (r3 + r2) -r4 / (r4 + r1)} * V (3)
It becomes. In this bridge circuit, when the signal magnetic field Hm is applied, the resistance change amount is obtained by measuring the voltage V0 between the third and fourth connection points P3 and P4 represented by the above equation (3). can get. Here, when the signal magnetic field Hm is applied, it is assumed that the resistance values r1 to r4 increase by the change amounts ΔR1 to ΔR4, that is, the resistance values R1 to R4 when the signal magnetic field Hm is applied, respectively.
R1 = r1 + ΔR1
R2 = r2 + ΔR2
R3 = r3 + ΔR3
R4 = r4 + ΔR4
If the signal magnetic field Hm is applied, the potential difference V0 when the signal magnetic field Hm is applied is expressed by the following equation (3):
V0 = {(r3 + ΔR3) / (r3 + ΔR3 + r2 + ΔR2) − (r4 + ΔR4) / (r4 + ΔR4 + r1 + ΔR1)} × V (4)
It becomes. As described above, in this magnetic sensor, the resistance values R1 and R3 of the first and third MR elements 1 and 3 and the resistance values R2 and R4 of the second and fourth MR elements 2 and 4 are in opposite directions. Therefore, the change amount ΔR3 and the change amount ΔR2 cancel each other, and the change amount ΔR4 and the change amount ΔR1 cancel each other. For this reason, when comparing before and after application of the signal magnetic field Hm, there is almost no increase in the denominator in each term of Equation (4). On the other hand, for the numerator of each term, since the change amount ΔR3 and the change amount ΔR4 always have opposite signs, the increase and decrease appear without canceling each other. By applying the signal magnetic field Hm, the resistance values of the second and fourth MR elements 2 and 4 change (substantially decrease) by the amount of change ΔR2, ΔR4 (ΔR2, ΔR4 <0), respectively. On the other hand, in the first and third MR elements 1 and 3, the resistance values change (substantially increase) by the amounts of change ΔR1, ΔR3 (ΔR1, ΔR3> 0), respectively.

仮に、第１〜第４のＭＲ素子１〜４の全てが完全に同一の特性を有するものとした場合、すなわち、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４＝Ｒ、かつ、ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ３＝−ΔＲ４＝ΔＲであるとした場合、式（４）は、
Ｖ０＝｛（Ｒ＋ΔＲ）／（２・Ｒ）−（Ｒ−ΔＲ）／（２・Ｒ）｝×Ｖ
＝（ΔＲ／Ｒ）×Ｖ ……（５）
となる。 If all of the first to fourth MR elements 1 to 4 have completely the same characteristics, that is, r1 = r2 = r3 = r4 = R and ΔR1 = −ΔR2 = ΔR3 = − When ΔR4 = ΔR, the equation (4) is
V0 = {(R + ΔR) / (2 · R) − (R−ΔR) / (2 · R)} × V
= (ΔR / R) × V (5)
It becomes.

以上により、信号磁場Ｈｍと抵抗値の変化量ΔＲ（もしくはΔＲ１〜ΔＲ４）との関係が既知である第１〜第４のＭＲ素子１〜４を用いるようにすれば、式（４）または式（５）に基づき、信号磁場Ｈｍの大きさを求めることができる。   As described above, if the first to fourth MR elements 1 to 4 having a known relationship between the signal magnetic field Hm and the resistance change amount ΔR (or ΔR1 to ΔR4) are used, the formula (4) or the formula Based on (5), the magnitude of the signal magnetic field Hm can be obtained.

次に、図５〜図１６を参照して、磁気センサの製造方法について説明する。なお、図５〜図１６は、第１のＭＲ素子１と第２のＭＲ素子２との境界部分近傍を拡大して表すものである。また、図７（Ａ）〜図１６（Ａ）は、上面から眺めた図であり、図７（Ｂ）〜図１６（Ｂ）は、図７（Ａ）〜図１６（Ａ）の各々に示した切断線に対応する断面図である。   Next, a method for manufacturing a magnetic sensor will be described with reference to FIGS. 5 to 16 show an enlarged view of the vicinity of the boundary portion between the first MR element 1 and the second MR element 2. FIGS. 7A to 16A are views seen from above, and FIGS. 7B to 16B are respectively shown in FIGS. 7A to 16A. It is sectional drawing corresponding to the shown cutting line.

まず、図５に示したように、上記した所定材料からなる基板１００を用意し、必要に応じてその表面に絶縁層Ｚ１を設ける。次に、基板１００または絶縁層Ｚ１を全面に亘って覆うように、のちに下部電極１３，２３，３３，４３となる金属膜Ｍ１を、銅などの所定の材料によって形成する。さらに、金属膜Ｍ１を全面に亘って覆うように、のちに積層体１１，３１となるＭＲ膜Ｓ１を形成する。ＭＲ膜Ｓ１は、例えばスパッタリング法により、金属膜Ｍ１の上に反強磁性層６４、ピンド層６３３、結合層６３２、ピンド層６３１、介在層６２および磁化自由層６１を順次積層することにより得られる。但し、ピンド層６３１の総磁気モーメントＭIP が、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOP と一致もしくはそれよりも大きくなるように形成する。なお、ＭＲ膜Ｓ１を成膜する際には、所定の大きさの磁場を、例えば後述するアニール処理によってピンド層６３１，６３３の磁化Ｊ６３１，６３３が固着される方向に沿って印加するようにしてもよい。さらに、必要に応じて、ＭＲ膜Ｓ１を全面に亘って覆うように、保護膜Ｃとしてカーボンなどのハードマスクを形成する。 First, as shown in FIG. 5, the substrate 100 made of the above-described predetermined material is prepared, and an insulating layer Z1 is provided on the surface thereof as necessary. Next, a metal film M1 that will later become the lower electrodes 13, 23, 33, 43 is formed of a predetermined material such as copper so as to cover the entire surface of the substrate 100 or the insulating layer Z1. Further, an MR film S1 to be the stacked bodies 11 and 31 is formed later so as to cover the entire surface of the metal film M1. The MR film S1 is obtained by sequentially stacking the antiferromagnetic layer 64, the pinned layer 633, the coupling layer 632, the pinned layer 631, the intervening layer 62, and the magnetization free layer 61 on the metal film M1, for example, by sputtering. . However, the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631 is formed to be equal to or larger than the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633. When the MR film S1 is formed, a magnetic field having a predetermined magnitude is applied along the direction in which the magnetizations J631 and 633 of the pinned layers 631 and 633 are fixed, for example, by annealing described later. Also good. Further, if necessary, a hard mask such as carbon is formed as the protective film C so as to cover the entire surface of the MR film S1.

こののち、図６に示したように、第１のＭＲ素子１および第３のＭＲ素子３が形成されることとなる領域Ｒ１のみを覆うように、レジストマスクＲＭ１を選択的に形成する。そののち、図７（Ａ），７（Ｂ）に示したように、領域Ｒ１における保護膜ＣおよびＭＲ膜Ｓ１を残すように、露出した領域の保護膜ＣおよびＭＲ膜Ｓ１をミリングによって選択的に除去する。ここでのミリングは、金属膜Ｍ１に到達した時点で終了する。   Thereafter, as shown in FIG. 6, a resist mask RM1 is selectively formed so as to cover only the region R1 in which the first MR element 1 and the third MR element 3 are to be formed. After that, as shown in FIGS. 7A and 7B, the protective film C and the MR film S1 in the exposed region are selectively formed by milling so as to leave the protective film C and the MR film S1 in the region R1. To remove. The milling here ends when the metal film M1 is reached.

続いて、レジストマスクＲＭ１を溶解除去したのち、全面に亘って覆うように、のちに積層体２１，４１となるＭＲ膜Ｓ２を形成する（図８（Ａ），８（Ｂ）参照）。なお、ＭＲ膜Ｓ２は、例えばＭＲ膜Ｓ１と同様の手順により形成することができる。但し、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOPが、ピンド層６３１の総磁気モーメントＭIP よりも大きくなるように形成する点が異なる。ＭＲ膜Ｓ２を形成したのち、図９（Ａ），９（Ｂ）に示したように、第２のＭＲ素子２および第４のＭＲ素子４が形成されることとなる領域Ｒ２のみを覆うように、レジストマスクＲＭ２を選択的に形成する。そののち、図１０（Ａ），１０（Ｂ）に示したように、領域Ｒ２におけるＭＲ膜Ｓ２を残すように、露出した領域のＭＲ膜Ｓ２をミリングによって選択的に除去する。ここでのミリングは、金属膜Ｍ１もしくは保護膜Ｃに到達した時点で終了する。 Subsequently, after the resist mask RM1 is dissolved and removed, an MR film S2 to be the stacked bodies 21 and 41 is formed so as to cover the entire surface (see FIGS. 8A and 8B). The MR film S2 can be formed, for example, by the same procedure as the MR film S1. However, the difference is that the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633 is formed to be larger than the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631. After the MR film S2 is formed, as shown in FIGS. 9A and 9B, only the region R2 where the second MR element 2 and the fourth MR element 4 are to be formed is covered. Then, a resist mask RM2 is selectively formed. After that, as shown in FIGS. 10A and 10B, the MR film S2 in the exposed region is selectively removed by milling so as to leave the MR film S2 in the region R2. The milling here ends when the metal film M1 or the protective film C is reached.

次いで、図１１（Ａ），１１（Ｂ）に示したように、レジストマスクＲＭ２を溶解除去すると共に保護膜Ｃをアッシングにより除去したのち、アニール処理を行う。詳細には、例えば＋Ｙ方向に印加磁場Ｈ１を印加しつつ、所定の温度（例えば２８０℃）に加熱することにより、ピンド層６３１，６３３の磁化Ｊ６３１，６３３の方向の設定を一括して行う。この際、上記した総磁気モーメントＭIP と総磁気モーメントＭOP とのバランス（大小関係）により、ＭＲ膜Ｓ１（のちの積層体１１，３１）における磁化Ｊ６３１は＋Ｙ方向となる一方、ＭＲ膜Ｓ２（のちの積層体２１，４１）における磁化Ｊ６３１は−Ｙ方向となる。但し、ここでの印加磁場Ｈ１は、磁化固着層６３のシンセティック構造を維持可能な程度の強度、すなわちピンド層６３１とピンド層６３３との交換結合が維持される程度の強度とすることが好ましい。 Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, the resist mask RM2 is dissolved and removed, and the protective film C is removed by ashing, and then an annealing process is performed. Specifically, for example, the magnetization J631 and 633 directions of the pinned layers 631 and 633 are collectively set by heating to a predetermined temperature (for example, 280 ° C.) while applying the applied magnetic field H1 in the + Y direction. At this time, due to the balance (magnitude relationship) between the total magnetic moment M IP and the total magnetic moment M OP described above, the magnetization J631 in the MR film S1 (later stacked bodies 11 and 31) is in the + Y direction, while the MR film S2 Magnetization J631 in (later stacked bodies 21, 41) is in the -Y direction. However, it is preferable that the applied magnetic field H <b> 1 here has a strength that can maintain the synthetic structure of the magnetization pinned layer 63, that is, a strength that maintains the exchange coupling between the pinned layer 631 and the pinned layer 633.

アニール処理ののち、ＭＲ膜Ｓ１，Ｓ２をパターニングすることにより、所定の位置に、所定の平面形状および寸法を有する柱状の積層体１１，２１，３１，４１を形成し、さらにその周囲を埋めるようにＡｌ2 Ｏ3 などによって絶縁層Ｚ２を形成する（図１２（Ａ），１２（Ｂ）参照）。なお、図１２（Ａ），１２（Ｂ）では、積層体３１，４１を図示していない。 After the annealing process, the MR films S1, S2 are patterned to form columnar stacked bodies 11, 21, 31, 41 having a predetermined planar shape and dimensions at predetermined positions, and further to fill the periphery thereof. Then, an insulating layer Z2 is formed of Al 2 O 3 or the like (see FIGS. 12A and 12B). In addition, in FIG. 12 (A) and 12 (B), the laminated bodies 31 and 41 are not illustrated.

さらに、図１３（Ａ），１３（Ｂ）に示したように、所定の位置に立設するように接続部１４，２４，３４，４４（但し、ここでは接続部３４，４４を図示せず）を形成したのち、図１４（Ａ），１４（Ｂ）に示したように、積層体１１，２１，３１，４１および接続部１４，２４，３４，４４、ならびにその近傍領域をレジストマスクＲＭ３によって選択的に覆い、未保護領域の金属膜Ｍ１に対するミリングを行う。その結果、下部電極１３，２３，３３，４３、および導線Ｌ２を得る。   Further, as shown in FIGS. 13 (A) and 13 (B), the connecting portions 14, 24, 34, 44 (however, the connecting portions 34, 44 are not shown here) so as to stand up at a predetermined position. 14), as shown in FIGS. 14A and 14B, the stacked bodies 11, 21, 31, 41 and the connecting portions 14, 24, 34, 44, and their neighboring regions are formed in a resist mask RM3. And selectively milling is performed on the metal film M1 in the unprotected region. As a result, the lower electrodes 13, 23, 33, 43 and the conductive wire L2 are obtained.

こののち、図１５（Ａ），１５（Ｂ）に示したように、ミリングによって金属膜Ｍ１を除去した領域を埋めるようにＡｌ2 Ｏ3 などによって絶縁層Ｚ３を形成したのち、レジストマスクＲＭ３を溶解除去する。 Thereafter, as shown in FIGS. 15A and 15B, an insulating layer Z3 is formed of Al 2 O 3 or the like so as to fill a region where the metal film M1 is removed by milling, and then a resist mask RM3 is formed. Dissolve and remove.

続いて、図１６（Ａ），１６（Ｂ）に示したように、積層体１１，２１，３１，４１および接続部１４，２４，３４，４４の上面と接するように所定形状の上部電極１２，２２，３２，４２（ここでは上部電極１２，２２のみ図示する）を形成すると共に、導線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６（ここでは導線Ｌ３のみ図示する）を形成する。最後に、パッド５１〜５４を形成するなど、所定の工程を経ることで本実施の形態の磁気センサが完成する。   Subsequently, as shown in FIGS. 16A and 16B, the upper electrode 12 having a predetermined shape so as to be in contact with the upper surfaces of the stacked bodies 11, 21, 31, 41 and the connecting portions 14, 24, 34, 44. , 22, 32, and 42 (here, only the upper electrodes 12 and 22 are shown), and lead wires L1, L3 to L6 (here, only the lead wire L3 is shown) are formed. Finally, the magnetic sensor of the present embodiment is completed through a predetermined process such as formation of pads 51 to 54.

以上説明したように、本実施の形態によれば、シンセティック構造をなす磁化固着層６３におけるピンド層６３１の総磁気モーメントＭIP とピンド層６３３の総磁気モーメントＭOP との大小関係を調整することにより、印加磁場Ｈ１に対して第１および第３のＭＲ素子１，３と第２および第４のＭＲ素子２，４とが互いに異なる（反対の）挙動を示すような構成とした。このため、同一基板上においてフルブリッジ接続された第１〜第４のＭＲ素子１〜４からなる磁場検出回路を、容易、かつ高精度に製造することが可能となる。これは、磁気センサが、レーザ照射装置や電子ビーム照射装置などの特殊設備を用いなくとも製造可能であるうえ、アニール処理の際、一方向の印加磁場Ｈ１を付与することにより、磁化固着層６３の磁化方向を設定することができるからである。そのような磁場検出回路を備えた磁気センサは、コンパクトな構成でありながら、信号磁場Ｈｍに対し、第１および第３のＭＲ素子１，３の抵抗値と第２および第４のＭＲ素子２，４の抵抗値とが互いに反対向きに変化することにより、良好な磁場検出を可能とするものである。 As described above, according to the present embodiment, the magnitude relationship between the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631 and the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633 in the magnetization pinned layer 63 having a synthetic structure is adjusted. Thus, the first and third MR elements 1 and 3 and the second and fourth MR elements 2 and 4 exhibit different (opposite) behaviors with respect to the applied magnetic field H1. For this reason, it is possible to easily and accurately manufacture the magnetic field detection circuit including the first to fourth MR elements 1 to 4 connected in a full bridge on the same substrate. This is because the magnetic sensor can be manufactured without using special equipment such as a laser irradiation apparatus or an electron beam irradiation apparatus, and the magnetic pinned layer 63 is applied by applying a unidirectional applied magnetic field H1 during the annealing process. This is because the magnetization direction can be set. The magnetic sensor provided with such a magnetic field detection circuit has a compact configuration, but the resistance values of the first and third MR elements 1 and 3 and the second and fourth MR elements 2 with respect to the signal magnetic field Hm. , 4 change in opposite directions to each other, thereby enabling good magnetic field detection.

＜変形例１＞
次に、本実施の形態における磁気センサの第１の変形例について説明する。上記実施の形態では、第１〜第４のＭＲ素子１〜４における積層体１１，２１，３１，４１の磁化固着層６３を全てシンセティック構造としたが、次のようにしてもよい。すなわち、第１および第３のＭＲ素子１，３における磁化固着層６３を、シンセティック構造ではなく、単一もしくは複数の強磁性材料層によって構成してもよい。その際、第２および第４のＭＲ素子２，４は、上記実施の形態と同様のシンセティック構造とする。すなわち、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOP がピンド層６３１の総磁気モーメントＭIP よりも大きくなるようにする。 <Modification 1>
Next, a first modification of the magnetic sensor in the present embodiment will be described. In the above embodiment, the magnetization fixed layers 63 of the stacked bodies 11, 21, 31, 41 in the first to fourth MR elements 1 to 4 all have a synthetic structure, but may be as follows. That is, the magnetization pinned layer 63 in the first and third MR elements 1 and 3 may be composed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers instead of the synthetic structure. At that time, the second and fourth MR elements 2 and 4 have a synthetic structure similar to that of the above embodiment. That is, the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633 is set to be larger than the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631.

このような構成の本変形例においても、上記実施の形態と同様、製造段階において一方向の印加磁場Ｈ１を付与しつつ加熱することにより、第１および第３のＭＲ素子１，３における磁化Ｊ６３１の向きと、第２および第４のＭＲ素子２，４における磁化Ｊ６３１の向きとを相対的に逆平行とすることができる。よって、上記実施の形態と同様の効果が得られる。但し、本変形例では、ピンド層６３１とピンド層６３３との交換結合が維持される程度の強度を有する印加磁場Ｈ１のかわりに、ピンド層６３１とピンド層６３３との交換結合磁場よりも大きな印加磁場Ｈ２を印加するようにしてもよい。   Also in this modified example having such a configuration, the magnetization J631 in the first and third MR elements 1 and 3 is heated by applying a unidirectional applied magnetic field H1 in the manufacturing stage, as in the above embodiment. And the direction of the magnetization J631 in the second and fourth MR elements 2 and 4 can be made relatively antiparallel. Therefore, the same effect as the above embodiment can be obtained. However, in this modification, instead of the applied magnetic field H1 having such a strength that the exchange coupling between the pinned layer 631 and the pinned layer 633 is maintained, an application larger than the exchange coupling magnetic field between the pinned layer 631 and the pinned layer 633 is applied. The magnetic field H2 may be applied.

＜変形例２＞
次に、本実施の形態における磁気センサの第２の変形例について説明する。上記実施の形態では、一度のアニール処理によって、第１〜第４のＭＲ素子１〜４における全てのピンド層６３１，６３３の磁化Ｊ６３１，６３３の方向を一括して設定するようにしたが、本変形例では、第１および第３のＭＲ素子１，３のアニール処理と、第２および第４のＭＲ素子２，４のアニール処理とを順次行うものである。 <Modification 2>
Next, a second modification of the magnetic sensor in the present embodiment will be described. In the above embodiment, the direction of the magnetizations J631 and 633 of all the pinned layers 631 and 633 in the first to fourth MR elements 1 to 4 is collectively set by a single annealing process. In the modification, the annealing process for the first and third MR elements 1 and 3 and the annealing process for the second and fourth MR elements 2 and 4 are sequentially performed.

ピンド層６３１，６３３を構成する材料組成の組み合わせによっては、ピンド層６３１の総磁気モーメントＭIPと、ピンド層６３３の総磁気モーメントＭOPとの差分の絶対値を小さくすることができる。しかしながら、そのような組み合わせの場合、シンセティック構造が維持されるような弱い印加磁場Ｈ１を付与して加熱しただけではピンド層６３１，６３３が十分に着磁されず、磁化Ｊ６３１，６３３の方向にばらつきが生じ、結果として十分なＭＲ比が得られにくい。そこで、本変形例では、先に、上記のような総磁気モーメントの差分の絶対値が小さなシンセティック構造を含むＭＲ膜を先に成膜したのち、ピンド層６３１とピンド層６３３との交換結合磁場よりも大きな印加磁場Ｈ２を用いたアニール処理を行う。次いで、総磁気モーメントの差分の絶対値が比較的大きなシンセティック構造を含むＭＲ膜を成膜し、ピンド層６３１とピンド層６３３との交換結合を維持可能な印加磁場Ｈ１を用いて再度アニール処理を行う。より具体的には、例えば、図５に示したようにＭＲ膜Ｓ１を形成したのち、このＭＲ膜Ｓ１を選択的に除去する（図７（Ａ），７（Ｂ）に示した工程の）前にＭＲ膜Ｓ１に対して＋Ｙ方向へ印加磁場Ｈ２を印加しつつ所定時間に亘って加熱する。そののち、印加磁場Ｈ２を印加した状態のまま室温まで降温する。降温したのち、印加磁場Ｈ２の印加を停止する。この段階でＭＲ膜Ｓ１におけるピンド層６３１の磁化Ｊ６３１とピンド層６３３の磁化Ｊ６３３とは、互いに反平行の状態に戻る。次に、ＭＲ膜Ｓ２を成膜したのち、ＭＲ膜Ｓ２に対してシンセティック構造が維持されるような弱い印加磁場Ｈ１を−Ｙ方向へ印加しつつ所定時間に亘って加熱する。そののち、印加磁場Ｈ１を印加した状態のまま室温まで降温する。これにより、ＭＲ膜Ｓ２の磁化固着層６３も十分に着磁される。この際、先に成膜したＭＲ膜Ｓ１における磁化固着層６３は、印加磁場Ｈ１による大きな影響を受けず、磁化Ｊ６３１および磁化Ｊ６３３の向きは良好に維持される。ここでは印加磁場Ｈ１および印加磁場Ｈ２を印加した状態のまま室温まで降温するようにしたが、十分に安定した磁化Ｊ６３１および磁化Ｊ６３３の向きが得られるのであれば、室温まで温度が低下する前に印加磁場Ｈ１および印加磁場Ｈ２の印加を停止してもよい。なお、上記特許文献３では、ＭＲ膜を成膜する際に磁場を印加しているが、本変形例ではＭＲ膜Ｓ１，Ｓ２の成膜後に所定の大きさの印加磁場Ｈ２、Ｈ１をそれぞれ所定の方向へ印加するようにしている。このため、本変形例では、上記特許文献３の場合と比較して、ピンド層の磁化の向きをより高精度に、かつ、より強固に設定することができる。 The absolute value of the difference between the total magnetic moment M IP of the pinned layer 631 and the total magnetic moment M OP of the pinned layer 633 can be reduced depending on the combination of the material compositions constituting the pinned layers 631 and 633. However, in such a combination, the pinned layers 631 and 633 are not sufficiently magnetized only by applying a weak applied magnetic field H1 that maintains the synthetic structure, and the magnetization J631 and 633 vary in direction. As a result, it is difficult to obtain a sufficient MR ratio. Therefore, in this modified example, after first forming an MR film including a synthetic structure having a small absolute value of the difference in total magnetic moment as described above, the exchange coupling magnetic field between the pinned layer 631 and the pinned layer 633 is formed. An annealing process using a larger applied magnetic field H2 is performed. Next, an MR film including a synthetic structure having a relatively large absolute value of the difference between the total magnetic moments is formed, and then annealed again using the applied magnetic field H1 that can maintain the exchange coupling between the pinned layer 631 and the pinned layer 633. Do. More specifically, for example, after forming the MR film S1 as shown in FIG. 5, the MR film S1 is selectively removed (in the steps shown in FIGS. 7A and 7B). The MR film S1 is heated for a predetermined time while applying the applied magnetic field H2 in the + Y direction. Thereafter, the temperature is lowered to room temperature while the applied magnetic field H2 is applied. After the temperature is lowered, the application of the applied magnetic field H2 is stopped. At this stage, the magnetization J631 of the pinned layer 631 and the magnetization J633 of the pinned layer 633 in the MR film S1 return to an antiparallel state. Next, after the MR film S2 is formed, the MR film S2 is heated for a predetermined time while applying a weak applied magnetic field H1 that maintains a synthetic structure in the -Y direction. After that, the temperature is lowered to room temperature while the applied magnetic field H1 is applied. Thereby, the magnetization pinned layer 63 of the MR film S2 is also sufficiently magnetized. At this time, the magnetization fixed layer 63 in the previously formed MR film S1 is not greatly affected by the applied magnetic field H1, and the orientations of the magnetization J631 and the magnetization J633 are maintained well. Here, the temperature is lowered to room temperature while the applied magnetic field H1 and the applied magnetic field H2 are applied. However, if a sufficiently stable orientation of the magnetization J631 and the magnetization J633 can be obtained, before the temperature drops to room temperature. The application of the applied magnetic field H1 and the applied magnetic field H2 may be stopped. In Patent Document 3, a magnetic field is applied when the MR film is formed, but in this modification, the applied magnetic fields H2 and H1 having a predetermined magnitude are respectively determined after the MR films S1 and S2 are formed. It is made to apply in the direction of. For this reason, in this modified example, the magnetization direction of the pinned layer can be set more accurately and more firmly than in the case of Patent Document 3 described above.

このように本変形例では、２段階のアニール処理を行うようにしたので、総磁気モーメントの差分の絶対値が極めて小さな磁化固着層６３であっても、十分に着磁することができる。   As described above, in this modification, since the two-stage annealing process is performed, even the magnetization pinned layer 63 having a very small absolute value of the difference of the total magnetic moment can be sufficiently magnetized.

［第２の実施の形態］
次に、図１７などを参照して、本発明における第２の実施の形態としての磁気センサの構成について説明する。本実施の形態の磁気センサは、第１〜第４のＭＲ素子１〜４が、それぞれ積層体１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａを複数含むようにしたものである。それ以外の点については、第１〜第４のＭＲ素子１〜４は上記第１の実施の形態と同様の構成を備える。なお、本実施の形態において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付し、その説明を適宜省略する。 [Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 17 etc., the structure of the magnetic sensor as 2nd Embodiment in this invention is demonstrated. In the magnetic sensor of the present embodiment, the first to fourth MR elements 1 to 4 each include a plurality of stacked bodies 11A, 21A, 31A, and 41A. In other respects, the first to fourth MR elements 1 to 4 have the same configuration as that of the first embodiment. In the present embodiment, components that are substantially the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.

図１７（Ａ）は、積層体１１Ａ，３１Ａの断面構成を表す模式図であり、図１７（Ｂ）は、積層体２１Ａ，４１Ａの断面構成を表す模式図である。   FIG. 17A is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of the stacked bodies 11A and 31A, and FIG. 17B is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of the stacked bodies 21A and 41A.

積層体１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａは、反強磁性層６４と、磁化固着層６３Ａと、介在層６２と、磁化自由層６１Ａとが順に積層されたものである。磁化固着層６３Ａは、ピンド層６３１とピンド層６３３とが結合層６３２を介して反強磁性的に交換結合したシンセティック構造からなる。なお、ピンド層６３１とピンド層６３３との総磁気モーメントの差分は実質的に零となっている。あるいは、必要に応じてその差分を適宜設定してもよい。なお、磁化固着層６３Ａは、上記のようなシンセティック構造に限定されるものではなく、単一もしくは複数の強磁性材料層からなる構造であってもよい。   The stacked bodies 11A, 21A, 31A, and 41A are obtained by sequentially stacking an antiferromagnetic layer 64, a magnetization fixed layer 63A, an intervening layer 62, and a magnetization free layer 61A. The pinned layer 63 </ b> A has a synthetic structure in which the pinned layer 631 and the pinned layer 633 are antiferromagnetically exchange-coupled via the coupling layer 632. Note that the difference in total magnetic moment between the pinned layer 631 and the pinned layer 633 is substantially zero. Or you may set the difference suitably as needed. The magnetization pinned layer 63A is not limited to the synthetic structure as described above, and may be a structure composed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers.

磁化自由層６１Ａは、介在層６２の側から順に強磁性層６１１と、結合層６１２と、強磁性層６１３とを含んでいる。強磁性層６１１および強磁性層６１３は、結合層６１２を介して反強磁性結合しており、いずれもＮｉＦｅやＣｏＦｅなどの軟質磁性材料によって構成されている。強磁性層６１１，６１３は、単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。結合層６１２は、結合層６３２と同様、非磁性の高導電性材料によって構成されている。積層体１１Ａ，３１Ａにおいては、強磁性層６１１が、強磁性層６１３と同じ、もしくは強磁性層６１３よりも大きな総磁気モーメントを有している。一方、積層体２１Ａ，４１Ａにおいては、強磁性層６１３が、強磁性層６１１よりも大きな総磁気モーメントを有している。このため、例えば＋Ｙ方向に信号磁場Ｈｍが付与されると、積層体１１Ａ，３１Ａでは、図１７（Ａ）に示したように、相対的に大きな総磁気モーメントを有する強磁性層６１１の磁化Ｊ６１１が信号磁場Ｈｍと同方向（＋Ｙ方向）へ向くこととなる。よって、相対的に小さな総磁気モーメントを有する強磁性層６１３の磁化Ｊ６１３は、それと反対方向（−Ｙ方向）へ向くこととなる。一方、積層体２１Ａ，４１Ａでは、図１７（Ｂ）に示したように、相対的に大きな総磁気モーメントを有する強磁性層６１３の磁化Ｊ６１３が信号磁場Ｈｍと同方向（＋Ｙ方向）へ向く。よって、相対的に小さな総磁気モーメントを有する強磁性層６１１の磁化Ｊ６１１は、それと反対方向（−Ｙ方向）へ向く。ここで、各積層体の抵抗状態は磁化Ｊ６１１と磁化Ｊ６３１との相対角度に依存するので、ピンド層６３１の磁化Ｊ６３１の向きが＋Ｙ方向であるとすれば、積層体１１Ａ，３１Ａでは低抵抗状態となり、積層体２１Ａ，４１Ａでは高抵抗状態となる。したがって、このような積層体１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａを備えた本実施の形態の磁気センサにおいても、上記第１の実施の形態における磁気センサと同様に機能する。   The magnetization free layer 61 </ b> A includes a ferromagnetic layer 611, a coupling layer 612, and a ferromagnetic layer 613 in order from the intermediate layer 62 side. The ferromagnetic layer 611 and the ferromagnetic layer 613 are antiferromagnetically coupled via the coupling layer 612, and both are made of a soft magnetic material such as NiFe or CoFe. The ferromagnetic layers 611 and 613 may have a single layer structure or a multilayer structure composed of a plurality of layers. Similar to the coupling layer 632, the coupling layer 612 is made of a nonmagnetic highly conductive material. In the stacked bodies 11 </ b> A and 31 </ b> A, the ferromagnetic layer 611 has the same total magnetic moment as the ferromagnetic layer 613 or a larger total magnetic moment than the ferromagnetic layer 613. On the other hand, in the stacked bodies 21A and 41A, the ferromagnetic layer 613 has a larger total magnetic moment than the ferromagnetic layer 611. For this reason, for example, when the signal magnetic field Hm is applied in the + Y direction, in the stacked bodies 11A and 31A, as shown in FIG. 17A, the magnetization J611 of the ferromagnetic layer 611 having a relatively large total magnetic moment. Is directed in the same direction (+ Y direction) as the signal magnetic field Hm. Therefore, the magnetization J613 of the ferromagnetic layer 613 having a relatively small total magnetic moment is directed in the opposite direction (−Y direction). On the other hand, in the stacked bodies 21A and 41A, as shown in FIG. 17B, the magnetization J613 of the ferromagnetic layer 613 having a relatively large total magnetic moment is directed in the same direction (+ Y direction) as the signal magnetic field Hm. Therefore, the magnetization J611 of the ferromagnetic layer 611 having a relatively small total magnetic moment is directed in the opposite direction (−Y direction). Here, since the resistance state of each stacked body depends on the relative angle between the magnetization J611 and the magnetization J631, if the orientation of the magnetization J631 of the pinned layer 631 is the + Y direction, the stacked bodies 11A and 31A have a low resistance state. Thus, the stacked bodies 21A and 41A are in a high resistance state. Therefore, the magnetic sensor of the present embodiment provided with such stacked bodies 11A, 21A, 31A, and 41A also functions in the same manner as the magnetic sensor of the first embodiment.

このように、本実施の形態では、第１および第３のＭＲ素子１，３における積層体１１Ａ，３１Ａと、第２および第４のＭＲ素子２，４における積層体２１Ａ，４１Ａとを、信号磁場Ｈｍに対して互いに異なる挙動を示すものとしたので、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。なお、本実施の形態では、磁化固着層６３をシンセティック構造としたが、単一もしくは複数の強磁性材料層によって形成するようにしてもよい。   As described above, in the present embodiment, the stacked bodies 11A and 31A in the first and third MR elements 1 and 3 and the stacked bodies 21A and 41A in the second and fourth MR elements 2 and 4 are connected to each other as a signal. Since the behaviors differ from each other with respect to the magnetic field Hm, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, the magnetization fixed layer 63 has a synthetic structure, but may be formed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers.

＜変形例３＞
次に、第２の実施の形態における磁気センサの変形例（変形例３）について説明する。第２の実施の形態では、第１〜第４のＭＲ素子１〜４における積層体１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａの磁化自由層６１を全てシンセティック構造としたが、次のようにしてもよい。すなわち、第１および第３のＭＲ素子１，３における磁化自由層６１を、シンセティック構造ではなく、単一もしくは複数の強磁性材料層によって構成してもよい。その際、第２および第４のＭＲ素子２，４の磁化自由層６１を、第２の実施の形態と同様のシンセティック構造とする。すなわち、強磁性層６１３の総磁気モーメントが強磁性層６１１の総磁気モーメントよりも大きくなるようにする。 <Modification 3>
Next, a modified example (modified example 3) of the magnetic sensor according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the magnetization free layers 61 of the stacked bodies 11A, 21A, 31A, and 41A in the first to fourth MR elements 1 to 4 all have a synthetic structure, but may be configured as follows. That is, the magnetization free layer 61 in the first and third MR elements 1 and 3 may be formed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers instead of the synthetic structure. At this time, the magnetization free layer 61 of the second and fourth MR elements 2 and 4 has a synthetic structure similar to that of the second embodiment. That is, the total magnetic moment of the ferromagnetic layer 613 is set to be larger than the total magnetic moment of the ferromagnetic layer 611.

このような構成の本変形例においても、第１および第３のＭＲ素子１，３における積層体１１Ａ，３１Ａと、第２および第４のＭＲ素子２，４における積層体２１Ａ，４１Ａとが、信号磁場Ｈｍに対して互いに異なる挙動を示すので、上記実施の形態と同様の効果が得られる。   Also in this modified example having such a configuration, the stacked bodies 11A and 31A in the first and third MR elements 1 and 3 and the stacked bodies 21A and 41A in the second and fourth MR elements 2 and 4 are: Since the behavior different from each other with respect to the signal magnetic field Hm is exhibited, the same effect as the above embodiment can be obtained.

以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、４つのＭＲ素子を含む検出回路（フルブリッジ回路）を用いて信号磁場の検出を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば信号磁場によって互いに反対向きの抵抗変化を示す第１および第２のＭＲ素子を備えた検出回路（いわゆるハーフブリッジ回路）を用いて信号磁場の検出を行うようにしてもよい。   While the present invention has been described with reference to some embodiments and modifications, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment and the like, the case where the signal magnetic field is detected using the detection circuit (full bridge circuit) including four MR elements has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the signal magnetic field may be detected using a detection circuit (a so-called half-bridge circuit) including first and second MR elements that exhibit resistance changes in opposite directions due to the signal magnetic field.

また、上記実施の形態等では、ＭＲ素子としてトンネルＭＲ素子を例に挙げて説明するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＰＰ型のＧＭＲ素子を採用することもできる。その場合、介在層を、トンネルバリア層ではなく、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）、あるいはクロム（Ｃｒ）などの高導電性の非磁性材料層とする必要がある。   In the above-described embodiment and the like, the tunnel MR element is described as an example of the MR element. However, the present invention is not limited to this, and for example, a CPP type GMR element may be adopted. it can. In that case, it is necessary that the intervening layer is not a tunnel barrier layer but a highly conductive nonmagnetic material layer such as copper (Cu), gold (Au), or chromium (Cr).

また、上記実施の形態等では、磁気センサとして一定方向へ印加される信号磁場の大きさを検出するものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の磁気センサは、例えば、ある回転面（ＭＲ素子の積層面に平行な面）において回転する信号磁場の向きを検出する角度センサとして利用することもできる。この場合、信号磁場の大きさが一定であれば、信号磁場の印加方向と各ＭＲ素子における磁化固着層の磁化の向きとの相対角度に応じて抵抗変化量が変化するので、その関係を利用することにより信号磁場の回転角が求められる。   In the above-described embodiment and the like, the magnetic sensor that detects the magnitude of the signal magnetic field applied in a certain direction has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The magnetic sensor of the present invention can also be used, for example, as an angle sensor that detects the direction of a signal magnetic field that rotates on a certain rotating surface (a surface parallel to the laminated surface of the MR elements). In this case, if the magnitude of the signal magnetic field is constant, the amount of change in resistance changes according to the relative angle between the application direction of the signal magnetic field and the magnetization direction of the magnetization pinned layer in each MR element. By doing so, the rotation angle of the signal magnetic field is obtained.

１００…基板、１〜４…第１〜第４のＭＲ素子、１１，２１，３１，４１…積層体、１２，２２，３２，４２…上部電極、１３，２３，３３，４３…下部電極、１４，２４，３４，４４…接続部、６１…磁化自由層、６１１，６１３…強磁性層、６１２…結合層、６２…介在層、６３…磁化固着層、６３１，６３３…ピンド層、６３２…結合層、６４…反強磁性層、Ｈｍ…信号磁場、Ｈ１…印加磁場、Ｌ１〜Ｌ６…導線、Ｐ１〜Ｐ４…接続部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Board | substrate, 1-4 ... 1st-4th MR element 11, 21, 31, 41 ... Laminated body 12, 22, 32, 42 ... Upper electrode, 13, 23, 33, 43 ... Lower electrode, 14, 24, 34, 44 ... connection part, 61 ... magnetization free layer, 611, 613 ... ferromagnetic layer, 612 ... coupling layer, 62 ... intervening layer, 63 ... magnetization fixed layer, 631, 633 ... pinned layer, 632 ... Coupling layer, 64 ... antiferromagnetic layer, Hm ... signal magnetic field, H1 ... applied magnetic field, L1 to L6 ... conducting wire, P1 to P4 ... connection part.

Claims (12)

一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ含むと共に、前記信号磁場によって互いに反対向きの抵抗変化を示す第１および第２の磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の双方における前記磁化固着層または磁化自由層が、前記介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、前記結合層を介して前記第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、前記第１の強磁性層の総磁気モーメントが前記第２の強磁性層の総磁気モーメントと一致もしくは前記第２の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものであり、
前記第２の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、前記第２の強磁性層の総磁気モーメントが前記第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものである
ことを特徴とする磁気センサ。 Each includes a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a certain direction, a non-magnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to the signal magnetic field, and is opposite to each other by the signal magnetic field. Comprising first and second magnetoresistive elements exhibiting a resistance change;
The magnetization pinned layer or the magnetization free layer in both the first and second magnetoresistive effect elements are arranged in order from the intervening layer side through the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the coupling layer. Having a synthetic structure including a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled;
The synthetic structure in the first magnetoresistive element is such that the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer matches the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer or the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer. Is bigger than
The magnetic structure of the second magnetoresistive element is characterized in that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer. 前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における各磁化自由層が前記シンセティック構造を有し、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における磁化固着層は、互いに同じ方向の磁化を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。 Each magnetization free layer in the first and second magnetoresistance effect elements has the synthetic structure,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetization fixed layers in the first and second magnetoresistive elements have magnetizations in the same direction. 前記第１の磁気抵抗効果素子における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの差分の絶対値は、前記第２の磁気抵抗効果素子における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの差分の絶対値と異なっている
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項記載の磁気センサ。 The absolute value of the difference between the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer and the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer in the first magnetoresistive element is the first value in the second magnetoresistive element. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the absolute value of the difference between the total magnetic moment of the ferromagnetic layer and the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is different. 一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ含むと共に、前記信号磁場によって互いに反対向きの抵抗変化を示す第１および第２の磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子のうちの一方における前記磁化固着層または磁化自由層が、前記介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、前記結合層を介して前記第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有し、
前記シンセティック構造は、前記第２の強磁性層の総磁気モーメントが前記第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものであり、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子のうちの他方における前記磁化固着層または磁化自由層が、単一もしくは複数の強磁性材料層からなる
ことを特徴とする磁気センサ。 Each includes a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a certain direction, a non-magnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to the signal magnetic field, and is opposite to each other by the signal magnetic field. Comprising first and second magnetoresistive elements exhibiting a resistance change;
The magnetization fixed layer or the magnetization free layer in one of the first and second magnetoresistive elements is in order from the side of the intervening layer via the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the coupling layer. A synthetic structure including a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled,
The synthetic structure is such that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is greater than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer;
The magnetic sensor, wherein the magnetization fixed layer or the magnetization free layer in the other of the first and second magnetoresistive elements is composed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers. 前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、同一基板上に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の磁気センサ。   5. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the first and second magnetoresistance effect elements are provided on the same substrate. 6. 一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ有する第１から第４の磁気抵抗効果素子と、
差分検出器と
を備え、
前記第１から第４の磁気抵抗効果素子の全てにおける前記磁化固着層または磁化自由層が、前記介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、前記結合層を介して前記第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有し、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、前記第１の強磁性層の総磁気モーメントが前記第２の強磁性層の総磁気モーメントと一致もしくは前記第２の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものであり、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子におけるシンセティック構造は、前記第２の強磁性層の総磁気モーメントが前記第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものであり、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、前記第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、前記第２の磁気抵抗効果素子の他端と前記第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されており、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、前記信号磁場に応じて互いに同じ向きに変化し、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、前記信号磁場に応じて前記第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化し、
前記差分検出器により、前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に電圧が印加されたときの前記第３の接続点と前記第４の接続点の間の電位差が検出される
ことを特徴とする磁気センサ。 First to fourth magnetoresistance effect elements each having a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a fixed direction, a nonmagnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field, respectively. When,
A differential detector and
The magnetization fixed layer or the magnetization free layer in all of the first to fourth magnetoresistive effect elements are arranged in order from the intermediate layer side through the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the coupling layer. Having a synthetic structure including a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled;
The synthetic structure in the first and third magnetoresistive elements is such that the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer matches the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer or the second ferromagnetic layer Is greater than the total magnetic moment,
The synthetic structure in the second and fourth magnetoresistance effect elements is such that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer,
One ends of the first and second magnetoresistance effect elements are connected at a first connection point, one ends of the third and fourth magnetoresistance effect elements are connected at a second connection point, and the first The other end of the first magnetoresistive element and the other end of the fourth magnetoresistive element are connected at a third connection point, and the other end of the second magnetoresistive element and the third magnetoresistive element A bridge circuit is formed by connecting the other end of the effect element at the fourth connection point,
The resistance values of the first and third magnetoresistive elements change in the same direction according to the signal magnetic field,
Each of the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements changes in the opposite direction to the first and third magnetoresistive elements according to the signal magnetic field,
The difference detector detects a potential difference between the third connection point and the fourth connection point when a voltage is applied between the first connection point and the second connection point. A magnetic sensor. 一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層と、非磁性の介在層と、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順にそれぞれ有する第１から第４の磁気抵抗効果素子と、
差分検出器と
を備え、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子における前記磁化固着層または磁化自由層が、前記介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、前記結合層を介して前記第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを含むシンセティック構造を有し、
前記シンセティック構造は、前記第２の強磁性層の総磁気モーメントが前記第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きなものであり、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子における前記磁化固着層または磁化自由層が、単一もしくは複数の強磁性材料層からなり、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、前記第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、前記第２の磁気抵抗効果素子の他端と前記第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されており、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、前記信号磁場に応じて互いに同じ向きに変化し、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、前記信号磁場に応じて前記第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化し、
前記差分検出器により、前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に電圧が印加されたときの前記第３の接続点と前記第４の接続点の間の電位差が検出される
ことを特徴とする磁気センサ。 First to fourth magnetoresistance effect elements each having a magnetization pinned layer having magnetization pinned in a fixed direction, a nonmagnetic intervening layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field, respectively. When,
A differential detector and
The magnetization fixed layer or the magnetization free layer in the second and fourth magnetoresistive elements are arranged in order from the intervening layer side through the first ferromagnetic layer, the coupling layer, and the coupling layer. A synthetic structure including a ferromagnetic layer of the second layer and a second ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled,
The synthetic structure is such that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is greater than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer;
The magnetization fixed layer or the magnetization free layer in the first and third magnetoresistive effect elements is composed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers,
One ends of the first and second magnetoresistance effect elements are connected at a first connection point, one ends of the third and fourth magnetoresistance effect elements are connected at a second connection point, and the first The other end of the first magnetoresistive element and the other end of the fourth magnetoresistive element are connected at a third connection point, and the other end of the second magnetoresistive element and the third magnetoresistive element A bridge circuit is formed by connecting the other end of the effect element at the fourth connection point,
The resistance values of the first and third magnetoresistive elements change in the same direction according to the signal magnetic field,
Each of the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements changes in the opposite direction to the first and third magnetoresistive elements according to the signal magnetic field,
The difference detector detects a potential difference between the third connection point and the fourth connection point when a voltage is applied between the first connection point and the second connection point. A magnetic sensor. 基板上に、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第１の磁化自由層と、非磁性の第１の介在層と、一方向に固定された磁化を有する１の磁化固着層とを含む第１の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、
前記基板上における前記第１の磁気抵抗効果素子と離間した位置に、前記信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第２の磁化自由層と、非磁性の第２の介在層と、一方向に固定された磁化を有する第２の磁化固着層とを含む第２の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子に対して一定方向の磁場を印加しつつ加熱することにより、前記第１および第２の磁化固着層における磁化の向きの設定を行う工程と
を含み、
前記第１および第２の磁化固着層、または前記第１および第２の磁化自由層を、前記第１および第２の介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、前記結合層を介して前記第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを積層してなるシンセティック構造を有するように形成し、
前記第１の磁化固着層または第１の磁化自由層における前記シンセティック構造を、前記第１の強磁性層の総磁気モーメントが前記第２の強磁性層の総磁気モーメントと一致もしくは前記第２の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きくなるように形成し、
前記第２の磁化固着層または第２の磁化自由層における前記シンセティック構造を、前記第２の強磁性層の総磁気モーメントが前記第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きくなるように形成する
ことを特徴とする磁気センサの製造方法。 The substrate includes a first magnetization free layer whose magnetization direction changes according to a signal magnetic field, a nonmagnetic first intervening layer, and one magnetization pinned layer having magnetization fixed in one direction. Selectively forming a first magnetoresistive element;
A second magnetization free layer whose magnetization direction changes according to the signal magnetic field, a nonmagnetic second intervening layer, and a unidirectional direction at a position spaced apart from the first magnetoresistive element on the substrate Selectively forming a second magnetoresistive element including a second magnetization pinned layer having magnetization fixed to
Setting the direction of magnetization in the first and second magnetization pinned layers by heating the first and second magnetoresistive elements while applying a magnetic field in a certain direction; and
The first and second magnetization pinned layers, or the first and second magnetization free layers, in order from the first and second intervening layer sides, a first ferromagnetic layer, a coupling layer, Forming a synthetic structure formed by laminating the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled through a coupling layer;
In the synthetic structure in the first magnetization fixed layer or the first magnetization free layer, the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer coincides with the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer, or the second Formed to be larger than the total magnetic moment of the ferromagnetic layer,
The synthetic structure in the second magnetization fixed layer or the second magnetization free layer is formed such that the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is larger than the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer. A method of manufacturing a magnetic sensor. 前記第１の磁化固着層を、前記シンセティック構造を有するように形成したのち、前記第２の磁気抵抗効果素子の形成を行う前に、前記第１および第２の強磁性層の双方の磁化が同一方向を向く程度の第１の印加磁場を前記第１の磁気抵抗効果素子に対して付与しつつ加熱することにより、前記第１の磁化固着層における磁化の向きの設定を行う
ことを特徴とする請求項８に記載の磁気センサの製造方法。 After the first magnetization pinned layer is formed to have the synthetic structure, before the second magnetoresistive element is formed, the magnetizations of both the first and second ferromagnetic layers are changed. The magnetization direction in the first magnetization pinned layer is set by heating while applying a first applied magnetic field that is directed to the same direction to the first magnetoresistive element. A method for manufacturing a magnetic sensor according to claim 8. 前記第１の磁化固着層における磁化の向きの設定を行ったのち、
前記第２の磁化固着層を、前記シンセティック構造を有するように形成し、
前記第２の磁化固着層における第１および第２の強磁性層の磁化が互いに反平行である状態を維持する程度の、前記第１の印加磁場よりも小さな第２の印加磁場を前記第２の磁気抵抗効果素子に対して付与しつつ加熱することにより、前記第２の磁化固着層の磁化方向の設定を行う
ことを特徴とする請求項９に記載の磁気センサの製造方法。 After setting the magnetization direction in the first magnetization pinned layer,
Forming the second magnetization pinned layer so as to have the synthetic structure;
A second applied magnetic field smaller than the first applied magnetic field to such an extent that the magnetizations of the first and second ferromagnetic layers in the second magnetization pinned layer are kept antiparallel to each other. The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 9, wherein the magnetization direction of the second pinned layer is set by heating while applying to the magnetoresistive effect element. 前記第１および第２の磁化固着層におけるシンセティック構造を、前記第１の磁化固着層における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの差分の絶対値よりも、前記第２の磁化固着層における第１の強磁性層の総磁気モーメントと第２の強磁性層の総磁気モーメントとの差分の絶対値が大きくなるように形成する
ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気センサの製造方法。 The synthetic structure in the first and second pinned layers is expressed by an absolute value of a difference between the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer and the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer in the first pinned layer. Rather, the absolute value of the difference between the total magnetic moment of the first ferromagnetic layer and the total magnetic moment of the second ferromagnetic layer in the second magnetization pinned layer is larger. The manufacturing method of the magnetic sensor of Claim 10. 基板上に、信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第１の磁化自由層と、非磁性の第１の介在層と、一方向に固定された磁化を有する第１の磁化固着層とを含む第１の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、
前記基板上における前記第１の磁気抵抗効果素子と離間した位置に、前記信号磁場に応じて磁化の向きが変化する第２の磁化自由層と、非磁性の第２の介在層と、一方向に固定された磁化を有する第２の磁化固着層とを含む第２の磁気抵抗効果素子を選択的に形成する工程と、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子に対して一定方向の磁場を印加しつつ加熱することにより、前記第１および第２の磁化固着層における磁化の向きの設定を行う工程と
を含み、
前記第１および第２の磁化固着層のうちの一方、または前記第１および第２の磁化自由層のうちの一方を、前記第１および第２の介在層の側から順に第１の強磁性層と、結合層と、前記結合層を介して前記第１の強磁性層と反強磁性結合する第２の強磁性層とを積層してなるシンセティック構造を有するように形成し、
前記シンセティック構造を、前記第２の強磁性層の総磁気モーメントが前記第１の強磁性層の総磁気モーメントよりも大きくなるように形成し、
前記第１および第２の磁化固着層のうちの他方、または前記第１および第２の磁化自由層のうちの他方を、単一もしくは複数の強磁性材料層によって形成する
ことを特徴とする磁気センサの製造方法。 A first magnetization free layer whose magnetization direction changes according to a signal magnetic field, a nonmagnetic first intervening layer, and a first magnetization pinned layer having magnetization fixed in one direction on a substrate. Selectively forming a first magnetoresistive element including:
A second magnetization free layer whose magnetization direction changes according to the signal magnetic field, a nonmagnetic second intervening layer, and a unidirectional direction at a position spaced apart from the first magnetoresistive element on the substrate Selectively forming a second magnetoresistive element including a second magnetization pinned layer having magnetization fixed to
Setting the direction of magnetization in the first and second magnetization pinned layers by heating the first and second magnetoresistive elements while applying a magnetic field in a certain direction; and
One of the first and second magnetization pinned layers, or one of the first and second magnetization free layers, is arranged in order from the first and second intervening layer sides in the first ferromagnetic state. Forming a synthetic structure in which a layer, a coupling layer, and a second ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled to the first ferromagnetic layer via the coupling layer are laminated,
Forming the synthetic structure such that a total magnetic moment of the second ferromagnetic layer is greater than a total magnetic moment of the first ferromagnetic layer;
The other of the first and second magnetization pinned layers or the other of the first and second magnetization free layers is formed of a single or a plurality of ferromagnetic material layers. Sensor manufacturing method.
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