JP2017072570A - 磁気センサの製造方法および電流センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オフセットやオフセット温度特性が小さい磁気センサの製造方法およびかかる磁気センサを用いる電流センサの製造方法を提供する。【解決手段】４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄで構成される磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサ１２の製造方法であって、４つの磁気抵抗効果素子はいずれもミアンダ形状であって、その長尺パターンは強磁性固定層を備え、長尺パターンのアスペクト比が共通するが長尺パターンの幅Ｗが相違する第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２から構成され、４つの磁気抵抗効果素子を一連の製膜プロセスで同時に形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサの製造方法および当該磁気センサを用いる電流センサの製造方法に関する。

特許文献１には、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、２つの磁気抵抗効果素子間の出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する電流センサであって、前記４つの磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率が同じであり、反平行結合膜を介して第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反強磁性的に結合させてなるセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、前記出力を与える２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であり、前記磁気検出ブリッジ回路は、電源供給点に対して対称である配線を有する電流センサが開示されている。

特許文献１に開示される磁気検出ブリッジ回路を備えることにより、線形応答性に優れる磁気センサが得られ、この特性を活かすことにより、測定精度の高い電流センサを得ることができる。

特開２０１４−８１３８４号公報

このように磁気センサの線形応答性が高くなると、これまでは相対的に影響が少なかったオフセット値（外部から磁界が印加されていない状態での出力値）や、オフセット温度特性（オフセットの温度依存性）を、さらに低減することが求められるようになる可能性がある。

本発明は、上記のオフセットやオフセット温度特性が小さい磁気センサの製造方法およびかかる磁気センサを用いる電流センサの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明者が検討した結果、次のような知見を得た。
（ａ）オフセットやオフセット温度特性を増加させる要因の一つとして、磁界検出ブリッジ回路が備える４つの磁気抵抗効果素子の製造段階でのばらつきが挙げられる。
（ｂ）この４つの磁気抵抗効果素子の製造段階でのばらつきは、これらの磁気抵抗効果素子を一連の製造プロセスで同時に製造することにより低減させることができる。
（ｃ）そのように同時に製造される場合であっても、４つの磁気抵抗効果素子を、感度（外部磁界に対する抵抗変化率）が異なる一対の磁気抵抗効果素子の２組とすることにより、印加された磁界に対して線形的に応答する出力を有する磁界検出ブリッジ回路が得られる。
（ｄ）抵抗値は等しく感度が異なる一対の磁気抵抗効果素子を同時に製造するためには、一対の磁気抵抗効果素子を、アスペクト比（ミアンダ形状の長尺パターンの全長／長尺パターンの幅）は等しいが長尺パターンの幅は相違するようすればよい。

以上の知見に基づき完成された本発明は、一態様において、外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、直列に接続された２つの磁気抵抗効果素子からなる部分回路を２つ備える磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサの製造方法であって、前記４つの磁気抵抗効果素子は、いずれも、帯状の長尺パターンが折り返されたミアンダ形状であって、前記長尺パターンは、強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有する積層構造を備え、前記４つの磁気抵抗効果素子は、前記長尺パターンの全長を前記長尺パターンの幅で除したアスペクト比は共通するが、前記長尺パターンの幅が相違する２種類の磁気抵抗効果素子である第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子から構成され、前記磁界検出ブリッジ回路の前記部分回路の一方では、第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子が、この順番で電源給電点に近位な側から直列に接続され、前記磁界検出ブリッジ回路の前記部分回路の他方では、第２の磁気抵抗効果素子および第１の磁気抵抗効果素子が、この順番で電源給電点に近位な側から直列に接続され、前記４つの磁気抵抗効果素子を一連の製膜プロセスで同時に形成することを特徴とする磁気センサの製造方法である。

上記のとおり、ミアンダ形状を有する磁気抵抗効果素子について、アスペクト比を共通としつつ長尺パターンの幅を変化させることによって、感度の異なる２種類の磁気抵抗効果素子を同時に製造することができる。このように、上記の本発明の一態様に係る製造方法では、磁界検出ブリッジを構成する４つの磁気抵抗効果素子は同時に製造されるため、これらの磁気抵抗効果素子は特性ばらつきが生じにくい。したがって、外部から磁界が印加されていない状態での抵抗値と抵抗温度係数のばらつきも生じにくくなり、その結果オフセットやオフセット温度特性が小さい磁気センサが得られやすい。

前記強磁性固定層は、反強磁性膜と交換結合している第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反平行結合膜を介して反強磁性的に結合させてなる積層フェリ型であってもよいし、第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反平行結合膜を介して反強磁性的に結合させてなるセルフピン型であってもよい。

上記の磁気センサの製造方法において、前記４つの磁気抵抗効果素子の近傍に配置され、被測定磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルをさらに具備し、前記磁気検出ブリッジ回路が備える前記２つの部分回路のそれぞれが有する２つの前記磁気抵抗効果素子の間に設けられた出力の電圧差により前記フィードバックコイルに通電して前記被測定磁界と前記キャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときの前記フィードバックコイルに流れる電流に基づいて前記被測定磁界を測定可能とされてもよい。このようにフィードバックコイルを用いることにより、被測定磁界の測定精度を高めることができる。

上記のようにフィードバックコイルを用いる場合において、前記被測定磁界および前記キャンセル磁界が前記長尺パターンの延びる方向に直交する方向に沿うように印加可能に、前記フィードバックコイルは配置されることにより、キャンセル磁界の印加方向を磁気抵抗効果素子の感度軸方向に沿った方向とすることができる。このため、上記のようにフィードバックコイルを配置することは、被測定磁界の測定精度を高める観点から好ましい。

前記４つの磁気抵抗効果素子が前記長尺パターンの延びる方向に沿って並置されることにより、４つの磁気抵抗効果素子の感度軸の方向を揃えることが容易となる。したがって、上記のように４つの磁気抵抗効果素子が並置されることは、被測定磁界の測定精度を高める観点から好ましい。

本発明は、他の一態様において、上記の本発明の一態様に係る製造方法により製造された磁気センサを用いて、前記磁気抵抗効果素子の前記長尺パターンの長手方向に沿った方向に流れる被測定電流により生じた誘導磁界を測定して、前記被測定電流を定量的に測定することを特徴とする電流センサの製造方法である。上記のとおり、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された磁気センサは、オフセットやオフセット温度特性が小さいため、被測定電流により生じた誘導磁界をかかる磁気センサを用いて測定することにより、被測定電流を高精度に定量測定することが可能である。

本発明によれば、オフセットやオフセット温度特性が小さい磁気センサの製造方法が提供される。また、かかる磁気センサを用いる電流センサの製造方法も提供される。

本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された磁気センサを用いてなる磁気平衡式電流センサの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された磁気センサが備える２種類の磁気抵抗効果素子の一方（第１の磁気抵抗効果素子）の平面図である。 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された磁気センサが備える２種類の磁気抵抗効果素子の他方（第２の磁気抵抗効果素子）の平面図である。 本発明の実施例１に係る製造方法により製造された２種類の磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ１，ＧＭＲ２）の素子抵抗の印加磁界に対する応答性を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る製造方法により製造された磁気センサの中点電位差からなる出力電圧の印加磁界に対する応答性を示すグラフである。 図２に示すＩ−Ｉ線における矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された磁気センサを用いてなる比例式電流センサの他の一例を示す図である。 本発明の比較例１に係る製造方法により製造された磁気抵抗効果素子の積層構造を概念的に示す断面図である。 本発明の実施例に係る製造方法により製造された磁気センサのオフセット値に関するヒストグラムである。 本発明の実施例に係る製造方法により製造された磁気センサのオフセット温度特性に関するヒストグラムである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明の一実施形態に係る電流センサは、磁気平衡式の磁気センサを備える磁気平衡式電流センサである。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気平衡式電流センサを示す図である。本実施の形態においては、図１に示す磁気平衡式電流センサは、被測定電流が流れる導体１１の近傍に配設される。この磁気平衡式電流センサは、導体１１に流れる被測定電流による誘導磁界Ａを打ち消す磁界（キャンセル磁界）Ｂを生じさせるフィードバック回路を備える磁気センサ１２からなる。このフィードバック回路は、直線的に流れる被測定電流によって発生する磁界を打ち消す方向に巻回されたフィードバックコイル１２１と、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄを備える磁界検出ブリッジ回路とを有する。

フィードバックコイル１２１は平面コイルで構成されている。この構成においては、磁気コアを有しないので、低コストでフィードバックコイルを作製することができる。また、トロイダルコイルの場合に比べて、フィードバックコイルから生じるキャンセル磁界が広範囲に拡がることを防止でき、周辺回路に影響を与えることを回避できる。さらに、トロイダルコイルの場合に比べて、被測定電流が交流の場合に、フィードバックコイルによるキャンセル磁界の制御が容易であり、制御のために流す電流もそれほど大きくならない。これらの効果については、被測定電流が交流で高周波になるほど大きくなる。フィードバックコイル１２１は平面コイルで構成する場合において、平面コイルの形成面と平行な面内で誘導磁界Ａとキャンセル磁界Ｂの両方が生じるように平面コイルが設けられていることが好ましい。

磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、被測定電流からの誘導磁界Ａの印加により抵抗値が変化する。この４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄにより磁界検出ブリッジ回路を構成している。このように磁気抵抗効果素子を有する磁界検出ブリッジ回路を用いることにより、高感度の磁気平衡式電流センサを実現することができる。

この磁界検出ブリッジ回路は、被測定電流により生じた誘導磁界Ａに応じた電圧差を生じる２つの出力を備える。図１に示す磁界検出ブリッジ回路においては、磁気抵抗効果素子１２２ｂと磁気抵抗効果素子１２２ｃとの間の接続点に電源給電点である電源端子Ｖｄｄが接続されており、磁気抵抗効果素子１２２ａと磁気抵抗効果素子１２２ｄとは一方の端部がそれぞれグランド（Ｇｎｄ２，Ｇｎｄ１）に接続されている。さらに、この磁界検出ブリッジ回路においては、直列に接続された磁気抵抗効果素子１２２ｂと磁気抵抗効果素子１２２ｄと間の接続点から一つの出力（Ｏｕｔ１）を取り出し、直列に接続された磁気抵抗効果素子１２２ａと磁気抵抗効果素子１２２ｃと間の接続点から一つの出力（Ｏｕｔ２）を取り出している。これらの２つの出力における電位差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２、中点電位差）は増幅器で増幅され、フィードバックコイル１２１に電流（フィードバック電流）として与えられる。このフィードバック電流は、誘導磁界Ａに応じた中点電圧差に対応する。このとき、フィードバックコイル１２１には、誘導磁界Ａを相殺するキャンセル磁界Ｂが発生する。そして、誘導磁界Ａとキャンセル磁界Ｂとが相殺される平衡状態となったときのフィードバックコイル１２１に流れる電流に基づいて検出部（具体的には検出用抵抗を用いればよい。）で誘導磁界Ａの大きさを測定し、その結果に基づいて被測定電流を算出する。

本発明の一実施形態に係る電流センサが備える磁気センサ１２が有する磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、いずれも図２や図３に示すように、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン（ストライプ）ＳＰが折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有するＧＭＲ素子である。複数の長尺パターンＳＰは、両端部で電極ＥＬにより直列に連結される。このミアンダ形状において、感度軸方向（Ｐｉｎ方向）は、長尺パターンＳＰの長手方向（ストライプ長手方向）に対して直交する幅方向（ストライプ幅方向）である。このミアンダ形状においては、誘導磁界Ａおよびキャンセル磁界Ｂが長尺パターンＳＰの幅方向（ストライプ幅方向）に沿うように印加される。

このミアンダ形状においては、線形応答性を高める観点から、ピン（Ｐｉｎ）方向の幅が１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。この場合において、リニアリティを考慮すると、長手方向が誘導磁界Ａの方向およびキャンセル磁界Ｂの方向に対して共に垂直になることが望ましい。このようなミアンダ形状にすることにより、ホール素子よりも少ない端子数（２端子）で磁気抵抗効果素子の出力を採ることができる。

本発明の一実施形態に係る磁気センサ１２が有する４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、印加された磁界に対する線形応答性に優れる信号をこれらの磁気抵抗効果素子を備える磁気ブリッジ回路から出力可能としつつ、一連の製膜プロセスで同時に製造されうるように、次に説明するような２種類の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）から構成されている。

２種類の磁気抵抗効果素子の一方である第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、図１に示されるように、磁気抵抗効果素子１２２ｃおよび磁気抵抗効果素子１２２ｄを構成し、相対的に高感度の素子からなる。図２は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の平面図である。

２種類の磁気抵抗効果素子の他方である第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、図１に示されるように、磁気抵抗効果素子１２２ａおよび磁気抵抗効果素子１２２ｂを構成し、相対的に低感度の素子からなる。図２は、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の平面図である。

磁気抵抗効果素子の感度は長尺パターンＳＰの幅Ｗに依存し、基本的な傾向として、当該幅Ｗが広いほど感度が高い。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の幅と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の幅とを対比すると、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の幅の方が広い。したがって、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の方が第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２よりも感度が高い。

ここで、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄから構成される磁界検出ブリッジ回路の２つの中点電位差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２）が、磁界が印加されていない状態で０Ｖとなるようにする観点から、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の素子抵抗は第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の素子抵抗と等しいことが好ましい。上記のように第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２とは幅が異なることから、素子抵抗を等しくする要請に応えるために、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２とは次に説明するアスペクト比が等しくなるように長尺パターンＳＰの全長が調整されている。本明細書においてアスペクト比とは、ミアンダ形状を有する磁気抵抗効果素子の長尺パターンＳＰの全長Ｌｔを長尺パターンＳＰの幅Ｗで除した値を意味する。磁気抵抗効果素子の素子抵抗Ｒは、シート抵抗Ｒｓ、長尺パターンＳＰの全長Ｌｔおよび長尺パターンＳＰの幅Ｗを用いて、次の式で表される。
Ｒ ＝ Ｒｓ×Ｌｔ／Ｗ

したがって、同じ材料であってシート抵抗Ｒｓが等しい場合には、アスペクト比が等しければ素子抵抗Ｒが等しくなる。したがって、アスペクト比を等しくしつつ、長尺パターンＳＰの幅Ｗを変化させることにより、素子抵抗Ｒが等しく感度が異なる磁気抵抗効果素子を同時に製造することができる。

第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１のアスペクト比は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１が長尺パターンＳＰを６本有するため、６×Ｌ１／Ｗ１となる。一方、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２のアスペクト比は、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２が長尺パターンＳＰを３本有するため、３×Ｌ２／Ｗ２となる。したがって、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、６×Ｌ１／Ｗ１＝３×Ｌ２／Ｗ２の関係を満たすように長尺パターンＳＰの形状が設定されている。

このような関係を有する第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２として、次のような形状を有する磁気抵抗効果素子を試作した。

第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１
長尺パターンＳＰの全長Ｌｔ：５４０μｍ
（長尺パターンＳＰの長手方向の長さＬ１：９０μｍ）
長尺パターンＳＰの幅Ｗ１：３．０μｍ
アスペクト比：１８０

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２
長尺パターンＳＰの全長Ｌｔ：１４４μｍ
（長尺パターンＳＰの長手方向の長さＬ２：４８μｍ）
長尺パターンＳＰの幅Ｗ２：０．８μｍ
アスペクト比：１８０

これらの第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、いずれも外部磁界がゼロの状態での素子抵抗は２２５０Ωであり、素子抵抗の印加磁界に対する応答性プロファイルは、図４に示されるとおりであった。すなわち、長尺パターンＳＰの幅Ｗが広い第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の方が、長尺パターンＳＰの幅Ｗが狭い第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２よりも、印加磁界に対してより高感度であった。

これらの第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２を図１に示されるように組み込んで磁界検出ブリッジ回路を得た。図１に示されるように、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２のいずれも、強磁性固定層は長尺パターンＳＰの幅方向に沿った向き（例えばＹ１Ｙ２方向Ｙ２向き）となるように磁化され、軟磁性自由層は外部から磁界が印加されていない状態で長尺パターンＳＰの長手方向に沿った向き（例えばＸ１Ｘ２方向Ｘ２向き）となるように磁化された。この磁界検出ブリッジ回路の中点電位差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２）の出力電圧の印加磁界に対する応答性は、図５に示されるようになった。具体的には、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の印加磁界に対して線形的に応答する範囲（±４ｍＴ程度の範囲）で、出力電圧の印加磁界に対する応答性プロファイルも線形性を示した。

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄの長尺パターンＳＰの積層構造（磁気抵抗効果膜）について、図６を用いて説明する。長尺パターンＳＰは、図６に示すように、基板２９に設けられた積層構造を有する。長尺パターンＳＰは、シード層２０、反強磁性膜２１ａと第１の強磁性膜２１ｂと反平行結合膜２１ｃと第２の強磁性膜２１ｄとからなる積層フェリ型の強磁性固定層２１、非磁性中間層２２、軟磁性自由層（フリー磁性層）２３、および保護層２５を含む。

シード層２０は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒなどで構成される。なお、上記積層構造において、基板２９とシード層２０との間に、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１つの元素などの非磁性材料で構成される下地層を設けてもよい。

強磁性固定層２１は、反強磁性膜２１ａと第１の強磁性膜２１ｂとが交換結合し、第１の強磁性膜２１ｂと第２の強磁性膜２１ｄとが反平行結合膜２１ｃを介して反強磁性的に結合することにより、一方の向きに磁化が固定されている。

反強磁性膜２１ａを構成する材料として、ＩｒＭｎ系の材料やＰｔＭｎ系の材料が例示される。第１の強磁性膜２１ｂおよび第２の強磁性膜２１ｄを構成する材料として、いずれもＣｏＦｅ合金が例示される。第１の強磁性膜２１ｂと第２の強磁性膜２１ｄと間に位置する反平行結合膜２１ｃはＲｕなどにより構成される。

非磁性中間層２２は、Ｃｕなどにより構成される。軟磁性自由層（フリー磁性層）２３は、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などの磁性材料で構成される。保護層２５は、Ｔａなどで構成される。

シード層２０、強磁性固定層２１を構成する反強磁性膜２１ａ、第１の強磁性膜２１ｂ、反平行結合膜２１ｃおよび第２の強磁性膜２１ｄ、非磁性中間層２２、軟磁性自由層（フリー磁性層）２３、ならびに保護層２５はいずれもスパッタリング等の方法により製膜される。

ここで、反強磁性膜２１ａと強磁性固定層２１は磁気抵抗効果膜（長尺パターンを構成する積層構造）を成膜後に磁場中で熱処理することにより、強磁性固定層２１の磁化を強く固定することができる。本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法では、磁界検出ブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、一連の製膜プロセスで同時に製造される。このため、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、強磁性固定層２１がいずれも一方の向き（例えばＹ１Ｙ２方向Ｙ２向き）に磁化される。また、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、ミアンダ形状に伴う形状異方性によって外部から磁界が印加されていない状態で軟磁性自由層（フリー磁性層）２３がいずれも一方の向き（例えばＸ１Ｘ２方向Ｘ２向き）となるように磁化される。このように、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄにおける強磁性固定層２１および軟磁性自由層（フリー磁性層）２３は、それぞれの磁化の向きが揃った状態で製造される。このように製造されても、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、素子抵抗が等しく感度が異なる２種類の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，ＧＭＲ２から構成されるため、磁界検出ブリッジ回路の中点電位差を印加磁界に対して線形的に応答させることが実現されている。

このように、本発明の一実施形態に係る製造方法では、磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄが一連の製膜プロセスで同時に形成されるため、磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄをそれぞれ別の製膜プロセスで形成する場合に比べて、膜厚や組成のばらつきが抑制される。その結果、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄの特性ばらつきが抑制される。それゆえ、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄを備える磁気センサ１２のオフセットやオフセット温度特性が小さくなり、この磁気センサ１２を用いてなる電流センサの測定精度が高くなる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、図７に示されるように、磁気センサ１２’がフィードバックコイルを備えず、電流センサは磁気比例式電流センサであってもよい。また、磁気抵抗効果膜の強磁性固定層は、反強磁性材料を用いなくても磁化を固定できるセルフピン型であっても良い。反強磁性膜を用いる積層フェリ型の強磁性固定層は、強磁場耐性が高いものの耐熱性が低い傾向がある。これに対し、セルフピン型の強磁性固定層は、積層フェリ型とは逆に、強磁場耐性が低いが耐熱性が高いという傾向がある。したがって、磁気センサの使用環境などに応じて、強磁性固定層の種類を設定すればよい。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示される磁界検出ブリッジ回路およびフィードバックコイルを備える磁気センサを基板上に複数個製造した。磁界検出ブリッジ回路が備える４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、いずれも帯状の長尺パターンを複数備えるミアンダ形状を有し、これらのうち、２つの磁気抵抗効果素子１２２ｃ，１２２ｄについては、相対的に感度が高い第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１を用いた。残りの２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂについては、相対的に感度が低い第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２を用いた。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は次の形状的特徴を有していた。

第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１
長尺パターンＳＰの全長Ｌｔ：５４０μｍ
（長尺パターンＳＰの長手方向の長さＬ１：９０μｍ）
長尺パターンＳＰの幅Ｗ１：３．０μｍ
アスペクト比：１８０

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２
長尺パターンＳＰの全長Ｌｔ：１４４μｍ
（長尺パターンＳＰの長手方向の長さＬ２：４８μｍ）
長尺パターンＳＰの幅Ｗ２：０．８μｍ
アスペクト比：１８０

第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２はいずれも外部磁界がゼロの状態での素子抵抗は２２５０Ωであり、素子抵抗の印加磁界に対する応答性は、図４に示されるとおりであった。また、磁界検出ブリッジ回路の中点電位差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２）の出力電圧の印加磁界に対する応答性は、図５に示されるようになった。

第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、いずれも、ミアンダ形状における長尺パターンについて、絶縁層を有する基板上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／強磁性固定層［反強磁性層；Ｉｒ_２２Ｍｎ_７８（６０）／第１の強磁性膜；Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０（１５）／反平行結合膜；Ｒｕ（８．５）／第２の強磁性膜；Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（２０）］／非磁性中間層；Ｃｕ（２０）／軟磁性自由層［Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（１０）／Ｎｉ_８２．５Ｆｅ_１７．５（７０）］／保護層；Ｔａ（１００）の順にスパッタリングにより積層されたものであった。なお、括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。

４つの磁気抵抗効果素子は同時に製造された。磁気抵抗効果膜の製膜後に磁場中で熱処理することで、反強磁性層と強磁性固定層の間に強い交換結合が生じ、強磁性固定層の磁化は一方の向きに磁化された。また、軟磁性自由層は、磁場中製膜と形状異方性により、ミアンダ形状における長尺パターンの長手方向の一方の向きに磁化された。したがって、４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、強磁性固定層の磁化の向きが等しく、外部磁界が印加されていない状態における軟磁性自由層の磁化の向きが等しかった。

基板上に製造された複数の磁気センサから任意に３００個以上を選び出し、オフセット値（外部から磁界が印加されていない状態でのキャンセル電流の大きさ（以下同じ）、単位：ｍＡ）を測定した。また、温度が８５℃の場合のオフセット値ＯＦ１（単位：ｍＡ）と温度が２５℃の場合のオフセット値ＯＦ２（単位：ｍＡ）とを測定して、次の式によりオフセット温度特性ＯＴ（単位：μＡ／℃）を測定した。
ＯＴ ＝ （ＯＦ１−ＯＦ２）／（８５℃−２５℃）

得られたオフセット値およびオフセット温度特性ＯＴのヒストグラムを求めた。その結果を図９および図１０に示す。

（比較例１）
図１に示される磁界検出ブリッジ回路およびフィードバックコイルを備える磁気センサを基板上に複数個製造した。磁界検出ブリッジ回路が備える４つの磁気抵抗効果素子１２２ａ〜１２２ｄは、いずれも帯状の長尺パターンを複数備えるミアンダ形状であってそのミアンダ形状が共通の形状的特徴を有する第３の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３から構成された。第３の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３は、図８に示されるように、ミアンダ形状における帯状の長尺パターンＣ−ＳＰは、固定磁性層２１が反強磁性膜２１ａを備えず、ＲＫＫＹ相互作用に基づくピン止め構造を有していた。

具体的には、第３の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３は、ミアンダ形状における長尺パターンＣ−ＳＰについて、絶縁層を有する基板上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／強磁性固定層［第１の強磁性膜；Ｃｏ_４０Ｆｅ_６０（１９）／反平行結合膜；Ｒｕ（３．６）／第２の強磁性膜；Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（２４）］／非磁性中間層；Ｃｕ（２０）／軟磁性自由層［Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（１０）／Ｎｉ_８２．５Ｆｅ_１７．５（７０）］／保護層；Ｔａ（１００）の順にスパッタリングにより積層されたものであった。なお、括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。

４つの磁気抵抗効果素子は個別に製造された。第１の強磁性膜は、磁場中製膜によりミアンダ形状における長尺パターンＣ−ＳＰの幅方向の一方の向きに磁化された。具体的には、磁気抵抗効果素子１２２ａの磁化の向き（Ｙ１Ｙ２方向Ｙ１向き）は、これに直列に接続される磁気抵抗効果素子１２２ｃの磁化の向きと反対向き（Ｙ１Ｙ２方向Ｙ２向き）とされ、磁気抵抗効果素子１２２ｂ（Ｙ１Ｙ２方向Ｙ１向き）の磁化の向きは、これに直列に接続される磁気抵抗効果素子１２２ｄの磁化の向きと反対向き（Ｙ１Ｙ２方向Ｙ２向き）とされた。磁気抵抗効果素子１２２ａの磁化の向きは磁気抵抗効果素子１２２ｂの磁化の向きと等しかった。

軟磁性自由層は、磁場中製膜によりミアンダ形状における長尺パターンの長手方向の一方の向きに磁化された。具体的には、磁気抵抗効果素子１２２ａの磁化の向き（Ｘ１Ｘ２方向Ｘ１向き）は、これに直列に接続される磁気抵抗効果素子１２２ｃの磁化の向きと反対向き（Ｘ１Ｘ２方向Ｘ２向き）とされ、磁気抵抗効果素子１２２ｂ（Ｘ１Ｘ２方向Ｘ１向き）の磁化の向きは、これに直列に接続される磁気抵抗効果素子１２２ｄの磁化の向きと反対向き（Ｘ１Ｘ２方向Ｘ２向き）とされた。磁気抵抗効果素子１２２ａの磁化の向きは磁気抵抗効果素子１２２ｂの磁化の向きと等しかった。

基板上に形成された複数の磁気センサから任意に３００個以上を選び出し、オフセット値（キャンセル電流の大きさ、単位：ｍＡ）を測定した。また、温度が８５℃の場合のオフセット値ＯＦ１（キャンセル電流の大きさ、単位：ｍＡ）と温度が２５℃の場合のオフセット値ＯＦ２（キャンセル電流の大きさ、単位：ｍＡ）とを測定して、次の式によりオフセット温度特性ＯＴ（単位：μＡ／℃）を測定した。
ＯＴ ＝ （ＯＦ１−ＯＦ２）／（８５℃−２５℃）

得られたオフセット値およびオフセット温度特性ＯＴのヒストグラムを求めた。その結果を図９および図１０に示す。

図９および図１０に示されるように、実施例１に係る磁気センサは、比較例１に係る磁気センサよりもオフセット値およびオフセット温度特性が小さく、実施例１に係る磁気センサを用いてなる電流センサは、比較例１に係る磁気センサを用いてなる電流センサよりも高精度に電流を測定可能であることが確認された。

１１・・・導体
１２，１２’・・・磁気センサ
１２１・・・フィードバックコイル
１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ・・・磁気抵抗効果素子
Ｖｄｄ・・・電源端子
Ｏｕｔ１・・・磁気抵抗効果素子１２２ｂと磁気抵抗効果素子１２２ｄと間の接続点からの出力
Ｏｕｔ２・・・磁気抵抗効果素子１２２ａと磁気抵抗効果素子１２２ｂと間の接続点からの出力
Ｇｎｄ１・・・磁気抵抗効果素子１２２ｄの一方の端部に接続されたグランド
Ｇｎｄ２・・・磁気抵抗効果素子１２２ａの一方の端部に接続されたグランド
ＧＭＲ１・・・第１の磁気抵抗効果素子
ＧＭＲ２・・・第２の磁気抵抗効果素子
ＳＰ・・・長尺パターン
Ｃ−ＳＰ・・・第３の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の長尺パターン
ＥＬ・・・電極
Ｗ１・・・第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰの幅
Ｗ２・・・第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の長尺パターンＳＰの幅
Ｌ１・・・第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰの長手方向の長さ
Ｌ２・・・第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の長尺パターンＳＰの長手方向の長さ
２０・・・シード層
２１・・・強磁性固定層
２１ａ・・・反強磁性膜
２１ｂ・・・第１の強磁性膜
２１ｃ・・・反平行結合膜
２１ｄ・・・第２の強磁性膜
２２・・・非磁性中間層
２３・・・軟磁性自由層（フリー磁性層）
２５・・・保護層
２９・・・基板

Claims (7)

1. 外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、直列に接続された２つの磁気抵抗効果素子からなる部分回路を２つ備える磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサの製造方法であって、
   前記４つの磁気抵抗効果素子は、いずれも、
   帯状の長尺パターンが折り返されたミアンダ形状であって、
   前記長尺パターンは、強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有する積層構造を備え、
   前記４つの磁気抵抗効果素子は、前記長尺パターンの全長を前記長尺パターンの幅で除したアスペクト比は共通するが、前記長尺パターンの幅が相違する２種類の磁気抵抗効果素子である第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子から構成され、
   前記磁界検出ブリッジ回路の前記部分回路の一方では、第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子が、この順番で電源給電点に近位な側から直列に接続され、前記磁界検出ブリッジ回路の前記部分回路の他方では、第２の磁気抵抗効果素子および第１の磁気抵抗効果素子が、この順番で電源給電点に近位な側から直列に接続され、
   前記４つの磁気抵抗効果素子を一連の製膜プロセスで同時に形成することを特徴とする磁気センサの製造方法。
2. 前記強磁性固定層は、反強磁性膜と交換結合している第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反平行結合膜を介して反強磁性的に結合させてなる積層フェリ型である、請求項１に記載の磁気センサの製造方法。
3. 前記強磁性固定層は、第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反平行結合膜を介して反強磁性的に結合させてなるセルフピン型である、請求項１に記載の磁気センサの製造方法。
4. 前記４つの磁気抵抗効果素子の近傍に配置され、被測定磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルをさらに具備し、前記磁気検出ブリッジ回路が備える前記２つの部分回路のそれぞれが有する２つの前記磁気抵抗効果素子の間に設けられた出力の電圧差により前記フィードバックコイルに通電して、前記被測定磁界と前記キャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときの前記フィードバックコイルに流れる電流に基づいて、前記被測定磁界を測定可能とされる、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサの製造方法。
5. 前記被測定磁界および前記キャンセル磁界が前記長尺パターンの延びる方向に直交する方向に沿うように印加可能に、前記フィードバックコイルは配置される、請求項４に記載の磁気センサの製造方法。
6. 前記４つの磁気抵抗効果素子は、前記長尺パターンの延びる方向に沿って並置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気センサの製造方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載される製造方法により製造された磁気センサを用いて、前記磁気抵抗効果素子の前記長尺パターンの長手方向に沿った方向に流れる被測定電流により生じた誘導磁界を測定して、前記被測定電流を定量的に測定することを特徴とする電流センサの製造方法。