WO2009151024A1 - 磁気センサ及び磁気センサモジュール - Google Patents

磁気センサ及び磁気センサモジュール Download PDF

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WO2009151024A1
WO2009151024A1 PCT/JP2009/060451 JP2009060451W WO2009151024A1 WO 2009151024 A1 WO2009151024 A1 WO 2009151024A1 JP 2009060451 W JP2009060451 W JP 2009060451W WO 2009151024 A1 WO2009151024 A1 WO 2009151024A1
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soft magnetic
magnetic
magnetic body
sensitivity axis
axis
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PCT/JP2009/060451
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Inventor
寛充 佐々木
Original Assignee
アルプス電気株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor using a magnetoresistive element used as, for example, a geomagnetic sensor.
  • a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element can be used, for example, as a geomagnetic sensor which detects geomagnetism by being incorporated in a mobile device such as a mobile phone.
  • the electric resistance value fluctuates with respect to the strength of the magnetic field from the same direction as the sensitivity axis.
  • a geomagnetic sensor is desired to have a magnetic shield effect against a magnetic field (disturbance magnetic field) from the direction orthogonal to the sensitivity axis, and a configuration capable of stably supplying a magnetic field from the same direction as the sensitivity axis to the magnetoresistive element.
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems, and in particular, while having a magnetic shield against a magnetic field (disturbing magnetic field) from the direction orthogonal to the sensitivity axis, the magnetic field from the sensitivity axis direction is stabilized.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic sensor and a magnetic sensor module capable of supplying even a magnetoresistive element.
  • the present invention is a magnetic sensor provided with a magnetoresistive element having a predetermined sensitivity axis
  • the magnetoresistive effect element includes an element portion that exhibits a magnetoresistive effect, and a soft magnetic material.
  • the element portion and the soft magnetic body are arranged in a non-contact manner so as to be arranged in the order of the soft magnetic body, the element portion, and the soft magnetic body in the direction of the sensitivity axis,
  • the easy magnetization axis of the soft magnetic body is in the same direction as the sensitivity axis.
  • the magnetic field from the same direction as the sensitivity axis can be stably supplied to the magnetoresistive element.
  • a plurality of the element units are arranged at intervals in the same direction as the sensitivity axis, and end portions of the element units are connected to form a meander shape.
  • the soft magnetic body is preferably disposed on both sides of the element unit for each element unit. With the meander shape, the element resistance can be increased, and power consumption can be reduced. Further, by arranging the soft magnetic material for each element portion, the magnetic shield effect in the direction orthogonal to the sensitivity axis can be appropriately improved, and good magnetic sensitivity can be maintained.
  • the soft magnetic body extends in the direction orthogonal to the sensitivity axis to provide the longitudinal direction, and has a magnetic shielding effect on the magnetic field (disturbance magnetic field) from the direction orthogonal to the sensitivity axis. Furthermore, the length dimension of the soft magnetic body in the direction orthogonal to the sensitivity axis is longer than the length dimension of the soft magnetic body in the direction orthogonal to the sensitivity axis, The soft magnetic body can efficiently shield the disturbance magnetic field by including the extending portions extending from both sides in the direction orthogonal to the sensitivity axis of the element portion.
  • a magnetic sensor module includes a plurality of magnetic sensors according to any of the above, and each of the magnetoresistive elements is arranged such that the sensitivity axes of one set of magnetoresistive elements of the plurality of magnetic sensors are orthogonal to each other. Are arranged.
  • the magnetic sensor module of the present invention can be used as a geomagnetic sensor.
  • the magnetic shield effect is provided to the magnetic field (disturbance magnetic field) from the direction orthogonal to the sensitivity axis, while the magnetic field from the same direction as the sensitivity axis is stably stabilized to the magnetoresistance effect element. It can be supplied.
  • FIG. 1 is a view showing particularly a part of a magnetoresistive element of the magnetic sensor in the first embodiment ((a) is a partial plan view, (b) is a height direction along line AA of (a) 2) is a partial plan view showing a portion of the magnetoresistive element, particularly the magnetic sensor in the second embodiment, and FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensor in the second embodiment.
  • FIG. 4 is a partially enlarged plan view showing particularly a portion of an element portion in the form of a preferable magnetoresistive element, which is cut in the height direction (Z direction in the figure) along the ⁇ D line and seen in the arrow direction; FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining the relationship between the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive element and the magnetization direction of the free magnetic layer, and the electrical resistance value
  • FIG. 6 is the film thickness direction of the magnetoresistive element.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the magnetic sensor according to the present embodiment.
  • FIG 8 is a perspective view of a geomagnetic sensor (magnetic sensor module) in this embodiment.
  • the magnetic sensor module using the magnetic sensor 1 provided with the magnetoresistance effect element in the present embodiment is used, for example, as a geomagnetic sensor mounted on a portable device such as a mobile phone.
  • the geomagnetic sensor 1 includes a sensor unit 6 in which the magnetoresistive effect elements 2 and 3 and fixed resistance elements 4 and 5 are bridge-connected, and an input terminal 7 electrically connected to the sensor unit 6. It comprises an integrated circuit (IC) 11 provided with a ground terminal 8, a differential amplifier 9, an external output terminal 10 and the like.
  • IC integrated circuit
  • a plurality of element portions 12 having an element length L1 longer than the element width W1 and elongated in the X direction shown in the figure are orthogonal to the X direction.
  • the element portions 12 are arranged in parallel at predetermined intervals in the direction, and the end portions of the respective element portions 12 are electrically connected by the connection electrode portion 13 to form a meander shape.
  • the electrode portion 15 connected to the input terminal 7, the ground terminal 8, and the output extraction portion 14 (see FIG. 7) is connected to one of the element portions 12 at both ends formed in a meander shape.
  • the connection electrode portion 13 and the electrode portion 15 are nonmagnetic conductive materials such as Al, Ta, Au and the like.
  • the connection electrode portion 13 and the electrode portion 15 are formed by sputtering or plating.
  • the element sections 12 constituting the magnetoresistive effect elements 2 and 3 are all configured in the same laminated structure shown in FIG. FIG. 6 shows a cross section cut in the film thickness direction from the direction parallel to the element width W1.
  • the element unit 12 is formed by, for example, laminating the antiferromagnetic layer 33, the pinned magnetic layer 34, the nonmagnetic layer 35, and the free magnetic layer 36 in this order from the bottom, and covering the surface of the free magnetic layer 36 with the protective layer 37. It is The element unit 12 is formed by sputtering, for example.
  • the antiferromagnetic layer 33 is formed of an antiferromagnetic material such as an Ir-Mn alloy (iridium-manganese alloy).
  • the pinned magnetic layer 34 is formed of a soft magnetic material such as a Co--Fe alloy (cobalt-iron alloy).
  • the nonmagnetic layer 35 is Cu (copper) or the like.
  • the free magnetic layer 36 is formed of a soft magnetic material such as a Ni-Fe alloy (nickel-iron alloy).
  • the protective layer 37 is Ta (tantalum) or the like.
  • the nonmagnetic layer 35 is a giant magnetoresistive element (GMR element) formed of a nonmagnetic conductive material such as Cu, but a tunnel magnetoresistive element formed of an insulating material such as Al 2 O 3 (TMR element) or an anisotropic magnetoresistive element (AMR element).
  • GMR element giant magnetoresistive element
  • TMR element tunnel magnetoresistive element formed of an insulating material such as Al 2 O 3 (TMR element) or an anisotropic magnetoresistive element (AMR element).
  • the laminated structure of the element part 12 shown in FIG. 6 is an example, and may be another laminated structure.
  • the free magnetic layer 36, the nonmagnetic layer 35, the pinned magnetic layer 34, the antiferromagnetic layer 33, and the protective layer 37 may be stacked in this order from the bottom.
  • the magnetization direction of the pinned magnetic layer 34 is fixed by the antiferromagnetic coupling between the antiferromagnetic layer 33 and the pinned magnetic layer 34.
  • the pinned magnetization direction (P direction) of the pinned magnetic layer 34 is in the element width direction (Y direction). That is, the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 is orthogonal to the longitudinal direction of the element unit 12.
  • the magnetization direction (F direction) of the free magnetic layer 36 fluctuates due to the external magnetic field.
  • the external magnetic field Y1 acts from the same direction as the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 and the magnetization direction (F direction) of the free magnetic layer 36 points in the external magnetic field Y1 direction
  • the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 and the magnetization direction (F direction) of the free magnetic layer 36 approach parallel, and the electric resistance value decreases.
  • the external magnetic field Y2 acts from the direction opposite to the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34, and the magnetization direction (F direction) of the free magnetic layer 36 points in the external magnetic field Y2 direction.
  • the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 and the magnetization direction (F direction) of the free magnetic layer 36 approach antiparallel to increase the electric resistance value.
  • the magnetoresistive elements 2 and 3 are formed on a substrate 16.
  • the magnetoresistance effect elements 2 and 3 are covered with an insulating layer 17 such as Al 2 O 3 or SiO 2 .
  • the insulating layer 17 also fills the space between the element portions 12 constituting the magnetoresistive effect elements 2 and 3.
  • the insulating layer 17 is formed by sputtering, for example.
  • the upper surface of the insulating layer 17 is formed to be a flat surface using, for example, a CMP technique.
  • the upper surface of the insulating layer 17 may be formed as a concavo-convex surface following the step between the element portion 12 and the substrate 16.
  • the soft magnetic body 18 is provided between the element units 12 constituting the magnetoresistive effect elements 2 and 3 and outside the element unit 12 located on the outermost side.
  • the soft magnetic body 18 is formed into a thin film by sputtering or plating, for example.
  • the soft magnetic body 18 is formed of NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrNb, or the like.
  • the width dimension W2 of the soft magnetic body 18 is larger than the element width W1 of the element unit 12, but is not limited.
  • the length dimension L2 of the soft magnetic body 18 is longer than the element length L1 of the element portion 12, and as shown in FIG. 1A, the soft magnetic body 18 extends in the longitudinal direction (X direction) of the element portion 12.
  • An extending portion 18a extending in the longitudinal direction from both sides of the
  • the soft magnetic body 18 is formed on the insulating layer 17 between the element units 12. Although not shown, the soft magnetic body 18 and the space between the soft magnetic bodies 18 are covered with an insulating protective layer.
  • the electrode portion 13 bypasses the soft magnetic body 18 in FIG. 1, the electrode portion 13 may cross the planar magnetic body 18 as long as it is electrically insulated from the soft magnetic body 18 a. Further, in this case, the electrode portion 13 may be formed on either the lower portion or the upper portion of the soft magnetic body 18.
  • the element width W1 of the element portion 12 constituting the magnetoresistive effect elements 2 and 3 is preferably in the range of 2 to 6 ⁇ m in order to use shape anisotropy when used as a geomagnetic sensor (see FIG. 1 (a)).
  • the element length L1 of the element section 12 is preferably in the range of 60 to 100 ⁇ m (see FIG. 1A).
  • the film thickness T1 of the element section 12 is preferably in the range of 200 to 300 ⁇ (see FIG. 1B).
  • the average width W2 of the soft magnetic body 18 is preferably in the range of 1 to 6 ⁇ m in this embodiment when used as a geomagnetic sensor (see FIG. 1A).
  • the length dimension L2 of the soft magnetic body 18 is preferably in the range of 80 to 200 ⁇ m (see FIG. 1A). Further, the film thickness T2 of the soft magnetic body 18 is preferably in the range of 0.2 to 1 ⁇ m (see FIG. 1 (b)).
  • the aspect ratio (element length L1 / element width W1) of the element unit 12 is preferably 10 or more when used as a geomagnetic sensor.
  • the aspect ratio (length dimension L 2 / width dimension W 2) of the soft magnetic body 18 is preferably equal to or more than the aspect ratio of the element unit 12.
  • the length dimension T8 of the extended portion 18g of the soft magnetic body 18 is preferably 20 ⁇ m or more (see FIG. 1A).
  • the distance T3 between the soft magnetic bodies 18 is preferably 2 to 8 ⁇ m in the width dimension W2 or more of the soft magnetic bodies (see FIG. 1 (b)).
  • the distance T4 in the Y direction between the element portion 12 and the soft magnetic body 18 adjacent to the element portion 12 is preferably 0 to 3 ⁇ m (see FIG. 1B).
  • the distance T5 between the soft magnetic body 18 and the element portion 12 in the height direction (Z direction) is preferably 0.1 to 1 ⁇ m (see FIG. 1B).
  • the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1 is for detecting geomagnetism from a direction parallel to the Y direction shown in the drawing. Therefore, the sensitivity axes of the magnetoresistance effect elements 2 and 3 are in the Y direction shown in the drawing.
  • the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 described later is oriented in the Y direction shown in the figure, which is a sensitivity axis.
  • the element unit 12 and the soft magnetic body 18 are arranged in a noncontact manner so that the soft magnetic body 18, the element unit 12 and the soft magnetic body are arranged in the order of the sensitivity axis.
  • the soft magnetic body 18 preferably has an elongated shape elongated in a direction perpendicular to the sensitivity axis (X direction in the drawing).
  • the magnetization easy axis of the soft magnetic body 18 is in the same direction as the sensitivity axis (Y direction in the drawing).
  • a configuration in which the magnetization easy axis of the soft magnetic body 18 is in the orthogonal direction (X direction in the drawing) (coaxial with shape anisotropy) is taken as a comparative example.
  • a magnetic field is applied to the form of the comparative example from the same direction as the sensitivity axis (in the Y direction shown).
  • the magnetization hard axis is the same direction as the sensitivity axis (Y direction in the drawing). Therefore, in the form of the comparative example, as shown in FIG. 9, hysteresis occurs in the magnetization curve of the soft magnetic body 18 with respect to the magnetic field from the same direction as the sensitivity axis.
  • the magnetic field in the same direction as the sensitivity axis supplied from the soft magnetic body 18 to the element unit 12 is not stabilized, and variations in sensor characteristics are likely to occur.
  • the magnetization easy axis of the soft magnetic body 18 is in the same direction as the sensitivity axis (in the Y direction in the drawing) as in the present embodiment, as shown in FIG. There is no hysteresis in the magnetization curve of the magnetic body 18. As a result, the magnetic field in the same direction as the sensitivity axis supplied from the soft magnetic body 18 to the element unit 12 is stabilized, and highly accurate sensor characteristics can be obtained.
  • the magnetization easy axis of the soft magnetic body 18 is in the orthogonal direction (X direction in the drawing), so as shown in FIG. There is no hysteresis.
  • the orthogonal direction (X direction in the drawing) is the hard axis of magnetization. Therefore, as shown in FIG. 10, in the embodiment, hysteresis occurs in the magnetization curve with respect to the magnetic field from the orthogonal direction (X direction in the drawing).
  • the soft magnetic body 18 directly from the soft magnetic body 18 to the element portion 12 in the orthogonal direction.
  • the magnetic permeability of the soft magnetic body 18 in the orthogonal direction is larger than that of the magnetic field, and the magnetic flux that has penetrated the soft magnetic body 18 once passes only through the soft magnetic body, and is transmitted to the element portion 12.
  • the amount of magnetic field affected is very small and the orthogonal magnetic field is shielded and has little effect on the sensor characteristics.
  • the soft magnetic body 18 is deposited while applying a magnetic field in the Y direction ( Film formation).
  • a plurality of element units 12 are arranged in parallel at intervals in the orthogonal direction (X direction), and an intermediate permanent magnet layer 60 is provided in the interval between the element units 12.
  • an element connection body 61 configured by each element portion 12 and the intermediate permanent magnet layer 60 extends in a strip shape in the X direction in the drawing.
  • outer permanent magnet layers 65 are provided on both sides of the element portion 12 positioned on both sides in the X direction of the element coupling body 61 in the drawing.
  • a bias magnetic field acts on the element portion 12 from the permanent magnet layers 60 and 65 from the X direction shown in the drawing.
  • the free magnetic layer 36 constituting the element unit 12 is directed in the X direction in the figure without any magnetic field.
  • the element length L3 of the element coupling body 61 is formed larger than the element width W1.
  • a plurality of element connectors 61 are arranged side by side at intervals in the same direction (Y direction) as the sensitivity axis, and the end portions of the element connectors 61 are connected by the connection electrode portion 62 to form a meander magnetic Resistance effect elements 2 and 3 are configured.
  • the plurality of element portions 12 are connected by the intermediate permanent magnet layer 60, the outer permanent magnet layer 65, and the connection electrode portion 62 to form a meander shape in which the total element length is long.
  • the power consumption can be reduced and the power consumption can be reduced.
  • the element connection body 61 is formed of the plurality of element portions 12 and the intermediate permanent magnet layer 60, and the plurality of element connection bodies 61 are arranged in parallel in the element width direction.
  • the connection electrodes 62 electrically connect the outer permanent magnet layers 65 formed in the above. Therefore, as compared with the configuration in which all the element units 12 are arranged in parallel in the same direction (Y direction) in the same direction as the sensitivity axis and the end portions of each element unit 12 are connected by the connection electrode unit 62 (intermediate permanent magnet In the embodiment where the layer 60 is not provided), the length dimension of the magnetoresistive effect elements 2 and 3 in the Y direction can be reduced.
  • connection electrode portions 62 connecting between the outer permanent magnet layers 65 provided on both sides of the element coupling body 61 are formed in a linear shape (stripe) in the Y direction.
  • the connection electrode portion 62 passes under the soft magnetic body 18. That is, the connection electrode portion 62 and the soft magnetic body 18 intersect in the height direction (the Z direction in the figure).
  • connection electrode portion 13 is formed to bypass the soft magnetic body 18 in plan view, but in FIG. 2, the connection electrode portion 13 and the soft magnetic body 18 are in the height direction (Z direction shown) Since they intersect at this point, the length dimension of the magnetoresistive elements 2 and 3 in the X direction can be reduced. In addition, the insulation between the connection electrode portion 62 and the soft magnetic body 18 is low, and even if a short circuit occurs, the sensor characteristics are not significantly affected. Further, by forming the connection electrode portion 62 with a nonmagnetic good conductor, parasitic resistance can be reduced as compared to the case where the connection electrode portion 62 is formed with a permanent magnet layer, and when formed with a permanent magnet layer, the influence of the bias magnetic field is soft. Although the shield effect is reduced by affecting the magnetic body 18, such a problem does not occur in the present embodiment.
  • the soft magnetic body 18 extends in the orthogonal direction (X direction in the figure), and the magnetization easy axis of the soft magnetic body 18 is in the same direction as the sensitivity axis Y direction).
  • connection electrode portion 62 intersects the soft magnetic body 18, but an insulating layer is formed between the electrode portion 19 and the soft magnetic body 18.
  • connection electrode portion 62 may bypass the outside of the soft magnetic body 18 without crossing.
  • the connection electrode portion 62 may be formed on either the lower portion or the upper portion of the soft magnetic body 18 as long as it is electrically insulated from the soft magnetic body 18.
  • the antiferromagnetic layer 33, the pinned magnetic layer 34 and the nonmagnetic layer 35 constituting each element portion 12 are not divided at the formation position of the permanent magnet layers 60 and 65 but integrated. Is preferred. That is, at the formation positions of the permanent magnet layers 60 and 65, the protective layer 37 and the free magnetic layer 36 constituting the element unit 12 are scraped by ion milling or the like to form the concave portion 63. Thus, the nonmagnetic layer 35 is exposed at the bottom surface 63 a of the recess 63. Alternatively, the recess 63 may be formed by scraping a part of the nonmagnetic layer 35.
  • the permanent magnet layers 60 and 65 are provided in the recess 63.
  • the magnetization of the pinned magnetic layer 34 can be stabilized in the Y direction shown in the drawing, and uniaxial anisotropy can be improved.
  • the electrical contact between the permanent magnet layers 60 and 65 and the element unit 12 is The parasitic resistance tends to increase because it is a side surface, but the parasitic resistance can be reduced by the planar contact of the electrical contact between the permanent magnet layers 60 and 65 and the element unit 12 as in the present embodiment.
  • a low resistance layer 64 having a resistance value smaller than that of the intermediate permanent magnet layer 60 be formed on the upper surface of the intermediate permanent magnet layer 60 in an overlapping manner.
  • the low resistance layer 64 is preferably formed of a nonmagnetic good conductor such as Au, Al or Cu.
  • the low resistance layer 64 is formed by sputtering or plating in the same manner as the permanent magnet layer 60. By superimposing the low resistance layer 64 on the intermediate permanent magnet layer 60 as shown in FIG. 3, the parasitic resistance can be more effectively reduced.
  • the connection electrode portion 62 with low resistance is formed over the outer permanent magnet layer 65, and the parasitic resistance can be more effectively reduced.
  • the aspect ratio of the element unit 12 be small.
  • the aspect ratio of the element unit 12 is preferably 3 or less, and more preferably less than 1.
  • the film thickness of the permanent magnetic layer for appropriately supplying the bias magnetic field to the element unit 12 can also be reduced.
  • the soft magnetic body 18 may not be provided at the same position with respect to each element unit 12.
  • the soft magnetic body 18 is provided immediately above the element portion 12 located near the center, and the soft magnetic bodies 18 are provided on both sides of the element portion 12 in the element portion 12 located laterally.
  • the form in which the soft magnetic bodies 18 are disposed above and below the element parts 12 and the form in which the soft magnetic bodies 18 are disposed laterally of the element parts 12 and in the film thickness direction are not excluded.
  • the magnetic sensor 1 in the present embodiment is used, for example, as a geomagnetic sensor (magnetic sensor module) shown in FIG.
  • Each of the X axis magnetic field detection unit 50, the Y axis magnetic field detection unit 51, and the Z axis magnetic field detection unit 52 is provided with a sensor unit of a bridge circuit shown in FIG.
  • the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 of the element unit 12 of the magnetoresistance effect elements 2 and 3 is directed to the X direction which is the sensitivity axis.
  • the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 of the element portion 12 of the magnetoresistive effect elements 2 and 3 is directed to the Y direction which is the sensitivity axis, and further, in the Z axis magnetic field detection portion 52
  • the pinned magnetization direction (P direction) of the pinned magnetic layer 34 of the element portion 12 of the elements 2 and 3 is in the Z direction which is the sensitivity axis.
  • the X axis magnetic field detection unit 50, the Y axis magnetic field detection unit 51, the Z axis magnetic field detection unit 52, and the integrated circuit (ASIC) 54 are all provided on a base 53.
  • the formation surfaces of the magnetoresistance effect elements 2 and 3 of the X axis magnetic field detection unit 50 and the Y axis magnetic field detection unit 51 are both XY planes, but the magnetoresistance effect elements 2 and 3 of the Z axis magnetic field detection unit 52
  • the formation surface of the magnetoresistive effect elements 2 and 3 of the Z axis magnetic field detection unit 52 is the XZ plane, and the magnetoresistive effect elements 2 of the X axis magnetic field detection unit 50 and the Y axis magnetic field detection unit 51 are formed.
  • And 3 are perpendicular to each other.
  • the magnetic shield effect is provided in the direction orthogonal to the sensitivity axis direction, and an appropriate sensitivity is provided in the sensitivity axis direction. Therefore, even if two or more detection units of the X-axis magnetic field detection unit 50, the Y-axis magnetic field detection unit 51, and the Z-axis magnetic field detection unit 52 are provided on the base 53, each detection unit is orthogonal to the sensitivity axis direction.
  • the magnetic field from the direction can be appropriately magnetically shielded, and the geomagnetism from the direction of the sensitivity axis of each detection unit can be appropriately detected.
  • a module combining a geomagnetic sensor and an acceleration sensor or the like may be used.
  • FIG. 1 The figure which shows especially the part of a magnetoresistive effect element of the magnetic sensor in 1st Embodiment ((a) is a partial plan view, (b) is a height direction along the AA line of (a) (the Z direction shown) ) And a partial sectional view seen from the direction of the arrow), A partial plan view showing particularly a part of a magnetoresistive element of the magnetic sensor in the second embodiment; A partially enlarged cross-sectional view taken along the line DD in FIG.
  • FIG. 1 A partially enlarged plan view showing particularly a portion of the element portion in the form of a preferred magnetoresistive element; The figure for demonstrating the relationship between the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer of a magnetoresistive effect element, the magnetization direction of a free magnetic layer, and an electrical resistance value.
  • FIG. 1 A sectional view showing a cut surface when the magnetoresistive effect element is cut in the film thickness direction, A circuit diagram of the magnetic sensor of the present embodiment, FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of a geomagnetic sensor (magnetic sensor module) in the present embodiment,
  • the magnetization curve of the soft magnetic material (the easy magnetization axis is in the orthogonal direction (X direction in the drawing)) in the comparative example,
  • a magnetization curve of the soft magnetic material according to the embodiment (the magnetization easy axis is in the same direction as the sensitivity axis (Y direction in the drawing)),

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Abstract

【課題】　特に、感度軸と直交する方向からの磁場（外乱磁場）に対する磁気シールドを有する一方、感度軸方向からの磁場を安定して磁気抵抗効果素子にまで供給できる磁気センサ及び磁気センサモジュールを提供することを目的とする。 【解決手段】　所定の感度軸を有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、前記磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を発揮する素子部１２と、軟磁性体１８とを備え、前記素子部１２と前記軟磁性体１８とが、前記感度軸の方向に軟磁性体１８、素子部１２、軟磁性体１８の順に並ぶように非接触で配置されており、前記軟磁性体１８の磁化容易軸が前記感度軸と同方向（Ｙ方向）にあることを特徴とするものである。

Description

磁気センサ及び磁気センサモジュール
　本発明は、例えば地磁気センサとして使用される磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサに関する。
　磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれ、地磁気を検知する地磁気センサとして使用できる。磁気抵抗効果素子は感度軸と同方向からの磁場の強さに対して電気抵抗値が変動する。
　地磁気センサでは、感度軸と直交する方向からの磁場（外乱磁場）に対する磁気シールド効果を有する一方、感度軸と同方向からの磁場を安定して磁気抵抗効果素子にまで供給できる構成が望まれる。
特開２００５－１８３６１４号公報
　そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、感度軸と直交する方向からの磁場（外乱磁場）に対する磁気シールドを有する一方、感度軸方向からの磁場を安定して磁気抵抗効果素子にまで供給できる磁気センサ及び磁気センサモジュールを提供することを目的とする。
　本発明は、所定の感度軸を有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
　前記磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を発揮する素子部と、軟磁性体とを備え、
　前記素子部と前記軟磁性体とが、前記感度軸の方向に前記軟磁性体、前記素子部、前記軟磁性体の順で並ぶように非接触で配置されており、
　前記軟磁性体の磁化容易軸が感度軸と同方向にあることを特徴とするものである。
　本発明では、軟磁性体の磁化容易軸が感度軸と同方向にあることで、感度軸と同方向からの磁場を安定して磁気抵抗効果素子にまで供給することができる。
　本発明では、前記素子部が複数、感度軸と同方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状で形成されており、
　前記軟磁性体は、各素子部ごとに、前記素子部の両側方に配置されていることが好ましい。ミアンダ形状とすることで素子抵抗を大きくでき消費電力の低減を図ることができる。また各素子部ごとに軟磁性体を配置したことで、感度軸と直交する方向への磁気シールド効果を適切に向上でき、また、良好な磁気感度を保つことが出来る。
　本発明では、軟磁性体が感度軸と直交する方向に延在して長手方向が設けられており、感度軸と直交する方向からの磁場（外乱磁場）に対する磁気シールド効果を有する。さらに、前記軟磁性体の感度軸と直交する方向の長さ寸法は前記素子部の感度軸と直交する方向の長さ寸法より長く、
　前記軟磁性体は、前記素子部の感度軸と直交する方向の両側から延出する延出部を備えていることで効率よく外乱磁場をシールドできる。
　本発明における磁気センサモジュールは、上記のいずれかに記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とするものである。例えば、本発明の磁気センサモジュールは地磁気センサとして使用できる。
　本発明の磁気センサによれば、感度軸と直交する方向からの磁場（外乱磁場）に対して磁気シールド効果を備える一方、感度軸と同方向からの磁場を安定して磁気抵抗効果素子にまで供給できる。
　図１は第１実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す図（（ａ）は部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図）、図２は、第２実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す部分平面図、図３は、図２のＤ－Ｄ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、図４は好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、図５は、磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、図６は、磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、図７は、本実施形態の磁気センサの回路図、図８は、本実施形態における地磁気センサ（磁気センサモジュール）の斜視図、である。
　本実施形態における磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ１を用いた磁気センサモジュールは例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサとして使用される。
　地磁気センサ１は、図７に示すように、磁気抵抗効果素子２，３と固定抵抗素子４，５とがブリッジ接続されてなるセンサ部６と、センサ部６と電気接続された入力端子７、グランド端子８、差動増幅器９及び外部出力端子１０等を備えた集積回路（ＩＣ）１１とで構成される。
　磁気抵抗効果素子２，３は、図１に示すように、素子幅Ｗ１に比べて素子長さＬ１が長く形成された図示Ｘ方向に細長い形状の複数の素子部１２がＸ方向に直交するＹ方向に所定の間隔を空けて並設され、各素子部１２の端部間が接続電極部１３により電気的に接続されてミアンダ形状となっている。ミアンダ形状に形成された両端にある素子部１２の一方には入力端子７、グランド端子８、出力取出し部１４（図７参照）に接続される電極部１５が接続されている。接続電極部１３及び電極部１５は、Ａｌ、Ｔａ、Ａｕ等の非磁性導電材料である。接続電極部１３及び電極部１５はスパッタやメッキで形成される。
　磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２は、全て図６に示す同じ積層構造で構成される。なお図６は、素子幅Ｗ１と平行な方向から膜厚方向に切断した切断面を示している。
　素子部１２は、例えば下から反強磁性層３３、固定磁性層３４、非磁性層３５、およびフリー磁性層３６の順に積層されて成膜され、フリー磁性層３６の表面が保護層３７で覆われている。素子部１２は例えばスパッタにて形成される。
　反強磁性層３３は、Ｉｒ－Ｍｎ合金（イリジウム－マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層３４はＣｏ－Ｆｅ合金（コバルト－鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性層３５はＣｕ（銅）などである。フリー磁性層３６は、Ｎｉ－Ｆｅ合金（ニッケル－鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層３７はＴａ（タンタル）などである。上記構成では非磁性層３５がＣｕ等の非磁性導電材料で形成された巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）であるが、Ａｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）、あるいは異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）であってもよい。また図６に示す素子部１２の積層構成は一例であって他の積層構成であってもよい。例えば、下からフリー磁性層３６、非磁性層３５、固定磁性層３４、反強磁性層３３及び保護層３７の順に積層されてもよい。
　素子部１２では、反強磁性層３３と固定磁性層３４との反強磁性結合により、固定磁性層３４の磁化方向が固定されている。図１及び図６に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、素子幅方向（Ｙ方向）に向いている。すなわち固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は、素子部１２の長手方向と直交している。
　一方、フリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）は、外部磁場により変動する。
　図５に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と同一方向から外部磁場Ｙ１が作用してフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が外部磁場Ｙ１方向に向くと、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが平行に近づき電気抵抗値が低下する。
　一方、図５に示すように、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）と反対方向から外部磁場Ｙ２が作用してフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）が外部磁場Ｙ２方向に向くと、固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）とフリー磁性層３６の磁化方向（Ｆ方向）とが反平行に近づき電気抵抗値が増大する。
　図１（ｂ）に示すように磁気抵抗効果素子２，３は基板１６上に形成される。磁気抵抗効果素子２，３上はＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2等の絶縁層１７に覆われる。また磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２間も絶縁層１７で埋められる。絶縁層１７は例えばスパッタにて形成される。
　図１（ｂ）のように絶縁層１７の上面は、例えばＣＭＰ技術を用いて平坦面に形成されている。ただし、絶縁層１７の上面は、素子部１２と基板１６間の段差に倣って、凹凸面で形成されていてもよい。
　図１に示すように、磁気抵抗効果素子２，３を構成する各素子部１２の間、及び最も外側に位置する素子部１２の外側に軟磁性体１８が設けられている。軟磁性体１８は例えばスパッタやメッキにて薄膜形成される。軟磁性体１８は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢやＣｏＺｒＮｂ等で形成される。この形態では軟磁性体１８の幅寸法Ｗ２は素子部１２の素子幅Ｗ１より大きくなっているが限定されない。また、軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ２は素子部１２の素子長さＬ１よりも長く、図１（ａ）に示すように、軟磁性体１８は、素子部１２の長手方向（Ｘ方向）の両側から長手方向に延出する延出部１８ａを備える。
　図１（ｂ）に示すように、軟磁性体１８は、素子部１２間にある絶縁層１７上に形成される。また図示しないが軟磁性体１８上及び軟磁性体１８間は絶縁性の保護層にて覆われている。
　図１では電極部１３は軟磁性体１８を迂回しているが、電極部１３は軟磁性体１８ａと電気的に絶縁されていれば平面上磁性体１８と交差してもよい。またこの場合電極部１３は軟磁性体１８の下部、上部どちらに形成されてもよい。
　各寸法について説明する。
　磁気抵抗効果素子２，３を構成する素子部１２の素子幅Ｗ１は、地磁気センサとして使用する場合は形状異方性を利用するため、２～６μｍの範囲内であることが好適である（図１（ａ）参照）。また素子部１２の素子長さＬ１は、６０～１００μｍの範囲内であることが好適であることが好適である（図１（ａ）参照）。また、素子部１２の膜厚Ｔ１は、２００～３００Åの範囲内であることが好適である（図１（ｂ）参照）。また軟磁性体１８の平均幅寸法Ｗ２は、この実施形態では、地磁気センサとして使用する場合、１～６μｍの範囲内であることが好適である（図１（ａ）参照）。また軟磁性体１８の長さ寸法Ｌ２は、８０～２００μｍの範囲内であることが好適である（図１（ａ）参照）。また、軟磁性体１８の膜厚Ｔ２は、０．２～１μｍの範囲内であることが好適である（図１（ｂ）参照）。素子部１２のアスペクト比（素子長さＬ１／素子幅Ｗ１）は、地磁気センサとして使用する場合は１０以上であることが好適である。また軟磁性体１８のアスペクト比（長さ寸法Ｌ２／幅寸法Ｗ２）は、素子部１２のアスペクト比以上であると好適である。また軟磁性体１８の延出部１８ｇの長さ寸法Ｔ８は、２０μｍ以上であることが好適である（図１（ａ）参照）。
　また各軟磁性体１８間の距離（Ｙ方向への距離）Ｔ３は、軟磁性体の幅寸法Ｗ２以上で２～８μｍであることが好適である（図１（ｂ）参照）。また、素子部１２と隣接した位置にある軟磁性体１８とのＹ方向への距離Ｔ４は、０～３μｍであることが好適である（図１（ｂ）参照）。また、軟磁性体１８と素子部１２間の高さ方向（Ｚ方向）への距離Ｔ５は、０．１～１μｍであることが好適である（図１（ｂ）参照）。
　図１に示す磁気センサ１は、図示Ｙ方向と平行な方向からの地磁気を検知するためのものである。よって磁気抵抗効果素子２，３の感度軸は、図示Ｙ方向である。後述する固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）は感度軸である図示Ｙ方向に向けられている。
　本実施形態では、素子部１２と軟磁性体１８が、感度軸の方向に軟磁性体１８、素子部１２、軟磁性体の順に並ぶように非接触で配置される。
　軟磁性体１８は、感度軸に対する直交方向（図示Ｘ方向）に細長い延在形状であることが好適である。
　本実施形態では、軟磁性体１８の磁化容易軸が感度軸と同方向（図示Ｙ方向）にある。
　ここで、軟磁性体１８の磁化容易軸が直交方向（図示Ｘ方向）（形状異方性と同軸）にある形態を比較例とする。
　比較例の形態に対して感度軸と同方向（図示Ｙ方向）から磁場を作用させる。比較例の軟磁性体１８では感度軸と同方向（図示Ｙ方向）が磁化困難軸である。そのため、比較例の形態では、図９に示すように感度軸と同方向からの磁場に対し軟磁性体１８の磁化曲線にはヒステリシスが生じる。この結果、軟磁性体１８から素子部１２に供給される感度軸と同方向からの磁場が安定化せず、センサ特性にばらつきが生じやすくなる。
　一方、本実施形態のように、軟磁性体１８の磁化容易軸が感度軸と同方向（図示Ｙ方向）にあると、図１０に示すように、感度軸と同方向の磁場に対して軟磁性体１８の磁化曲線にはヒステリシスが生じない。この結果、軟磁性体１８から素子部１２に供給される感度軸と同方向からの磁場が安定化し、高精度なセンサ特性を得ることが出来る。
　また比較例の形態では軟磁性体１８の磁化容易軸は、直交方向（図示Ｘ方向）にあるため、図９に示すように、直交方向（図示Ｘ方向）からの磁場に対し、磁化曲線にヒステリシスが生じない。一方、実施形態の軟磁性体１８では直交方向（図示Ｘ方向）が磁化困難軸である。このため、図１０に示すように、実施形態では、直交方向（図示Ｘ方向）からの磁場に対し、磁化曲線にヒステリシスが生じる。
　しかしながら、直交方向（図示Ｘ方向）からの磁場に対して軟磁性体１８の磁化曲線にヒステリシスが生じても、直交方向においては、感度軸方向のように軟磁性体１８から素子部１２に直接磁界が作用する形ではなく、また直交方向における軟磁性体１８の透磁率が素子部１２より大きく、一度、軟磁性体１８に侵入した磁束は軟磁性体中のみを通過し、素子部１２へ影響される磁場の量は極めて少なく、直交磁場はシールドされるためセンサ特性にほとんど影響がない。換言すれば、直交方向の磁場に対して軟磁性体１８の磁化曲線にヒステリシスが生じても、感度軸方向の磁場に対して軟磁性体１８の磁化曲線にヒステリシスが生じる場合に比べて、はるかに磁気センサに及ぼす悪影響は小さい。
　本実施形態のように軟磁性体１８の磁化容易軸を感度軸と同方向（図示Ｙ方向）に調整するには、例えば図示Ｙ方向に磁場をかけながら軟磁性体１８を成膜（磁場中成膜）すればよい。
　図２に示す実施形態では、複数の素子部１２が直交方向（Ｘ方向）に間隔を空けて並設され、各素子部１２の間の間隔内に中間永久磁石層６０が設けられている。これら複数の素子部１２を直交方向（Ｘ方向）に連結すれば直交方向に延在する形態となっている。これにより各素子部１２と中間永久磁石層６０とで構成される素子連結体６１が図示Ｘ方向に帯状に延びている。また、素子連結体６１の図示Ｘ方向の両側に位置する素子部１２の両側には外側永久磁石層６５が設けられている。なお、永久磁石層６０，６５から素子部１２には図示Ｘ方向からバイアス磁界が作用している。よって素子部１２を構成するフリー磁性層３６は無磁場状態では図示Ｘ方向に向けられている。素子連結体６１の素子長さＬ３は素子幅Ｗ１よりも大きく形成されている。素子連結体６１は、感度軸と同方向（Ｙ方向）に間隔を空けて複数本、並設され、各素子連結体６１の端部間が接続電極部６２にて接続されてミアンダ形状の磁気抵抗効果素子２，３が構成されている。
　本実施形態では、複数の素子部１２を、中間永久磁石層６０、外側永久磁石層６５及び接続電極部６２にて連結してトータルの素子長さが長くなるミアンダ形状としているため、素子抵抗を大きくでき、消費電力の低減を図ることが可能である。
　また本実施形態では、複数の素子部１２と中間永久磁石層６０とで素子連結体６１を形成し、複数の素子連結体６１を素子幅方向に並設して、各素子連結体６１の両側に形成された外側永久磁石層６５間を接続電極部６２により電気的に接続している。よって、全ての素子部１２を感度軸と同方向（Ｙ方向）に間隔を空けて並設し、各素子部１２の端部間を接続電極部６２で連結した形態に比べて（中間永久磁石層６０を設けない形態）、Ｙ方向への磁気抵抗効果素子２，３の長さ寸法を小さくできる。
　また図２では、磁気抵抗効果素子２，３は、素子連結体６１の両側に設けられた外側永久磁石層６５間を接続する接続電極部６２が、Ｙ方向に直線状（帯状）で形成され、接続電極部６２が、軟磁性体１８の下側を通っている。すなわち、接続電極部６２と軟磁性体１８とが高さ方向（図示Ｚ方向）にて交差している。
　図１では、接続電極部１３が平面的に軟磁性体１８を迂回するように形成されていたが、図２では、接続電極部１３と軟磁性体１８とを高さ方向（図示Ｚ方向）にて交差させているため、磁気抵抗効果素子２，３の図示Ｘ方向への長さ寸法を小さくできる。また接続電極部６２と軟磁性体１８間の絶縁性が低く、仮にショートしたとしても、センサ特性にさほどの影響は無い。また接続電極部６２を非磁性の良導体で形成することで、接続電極部６２を永久磁石層で形成する形態に比べて寄生抵抗を低減できるし、永久磁石層で形成するとバイアス磁界の影響が軟磁性体１８に影響しシールド効果が低下するが、本実施形態では、そのような問題も生じない。
　この図２に示す実施形態でも図１と同様に軟磁性体１８は直交方向（図示Ｘ方向）に延在する形態であり、軟磁性体１８の磁化容易軸は、感度軸と同方向（図示Ｙ方向）にある。
　図２では接続電極部６２は軟磁性体１８と交差しているが、電極部１９と軟磁性体１８間は絶縁層が形成されている。また、交差せず、接続電極部６２が軟磁性体１８の外側を迂回する形でもよい。接続電極部６２は軟磁性体１８と電気的に絶縁されていれば、軟磁性体１８の下部、上部どちらに形成されてもよい。
　また図３の断面図に示すように、各素子部１２を構成する反強磁性層３３、固定磁性層３４及び非磁性層３５は永久磁石層６０，６５の形成位置で分断されておらず一体化していることが好適である。すなわち、永久磁石層６０，６５の形成位置では、素子部１２を構成する保護層３７及びフリー磁性層３６がイオンミリング等で削られて凹部６３が形成される。よって凹部６３の底面６３ａには非磁性層３５が露出している。なお非磁性層３５の一部まで削られて凹部６３が形成されてもよい。そして、この凹部６３内に永久磁石層６０，６５が設けられている。図３の構成により固定磁性層３４が分断されないため、固定磁性層３４の磁化を図示Ｙ方向に安定化でき、一軸異方性を向上させることができる。また固定磁性層３４及び反強磁性層３３まで分断して各素子部１２と永久磁石層６０，６５を連結させた構成では、永久磁石層６０，６５と素子部１２との電気的コンタクトは各側面となるため寄生抵抗が大きくなりやすいが、本実施形態のように永久磁石層６０，６５と素子部１２との電気的コンタクトが平面接触となることで寄生抵抗を低減させることが出来る。
　また図３に示すように中間永久磁石層６０の上面には、中間永久磁石層６０よりも抵抗値が小さい低抵抗層６４が重ねて形成されていることが好適である。低抵抗層６４はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の非磁性の良導体で形成されることが好適である。低抵抗層６４は、永久磁石層６０と同様にスパッタあるいはメッキ等で形成される。図３に示すように中間永久磁石層６０上に低抵抗層６４を重ねて形成することで、より効果的に、寄生抵抗を低減できる。なお上記したように、外側永久磁石層６５上には、抵抗の低い接続電極部６２が重ねて形成されており、より効果的に、寄生抵抗を低減できる構成となっている。
　また永久磁石層６０，６５間に挟まれた部分の素子部１２のアスペクト比（素子長さＬ５／素子幅Ｗ１）（図４参照）が大きくなると、永久磁石層６０，６５からのバイアス磁界が素子部１２の全体に適切に供給されなくなる。このため感度軸方向に対して直交方向（Ｘ方向）から磁界を作用させ、磁界強度を徐々に強くしていったときの抵抗変化領域にヒステリシスが生じやすくなる。よって直交方向からの磁界（外乱磁場）に対する抵抗変化領域が広がることで、外乱磁場耐性が低下しやすくなる。また感度磁場に対してもヒステリシスは生じやすくなり、感度磁場に対する磁場応答性が低下する。したがって、素子部１２の全体に適切にバイアス磁界を供給するため素子部１２のアスペクト比は小さいことが好ましい。具体的には素子部１２のアスペクト比は３以下が好適であり、１より小さいことがより好ましい。これにより素子部１２に適切にバイアス磁界を供給するための永久磁性層膜厚も薄くすることができる。
　なお軟磁性体１８は、各素子部１２に対して全て同位置に設けなくてもよい。例えば真ん中付近に位置する素子部１２には、その真上に軟磁性体１８を設け、側方に位置する素子部１２には、素子部１２の両側方に軟磁性体１８を設ける如くである。また各素子部１２に対してその上下に軟磁性体１８を配置する形態や、各素子部１２の側方と膜厚方向とに軟磁性体１８を配置する形態等を除外するものではない。
　本実施形態における磁気センサ１は例えば、図８に示す地磁気センサ（磁気センサモジュール）として使用される。Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、Ｚ軸磁場検知部５２では、いずれも図７に示すブリッジ回路のセンサ部が設けられている。Ｘ軸磁場検知部５０では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＸ方向を向いており、また、Ｙ軸磁場検知部５１では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＹ方向を向いており、さらに、Ｚ軸磁場検知部５２では磁気抵抗効果素子２，３の素子部１２の固定磁性層３４の固定磁化方向（Ｐ方向）が感度軸であるＺ方向を向いている。
　Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、Ｚ軸磁場検知部５２、及び集積回路（ＡＳＩＣ）５４はいずれも基台５３上に設けられる。Ｘ軸磁場検知部５０、及びＹ軸磁場検知部５１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はいずれもＸ－Ｙ平面であるが、Ｚ軸磁場検知部５２の磁気抵抗効果素子２，３の形成面はＸ－Ｚ平面であり、Ｚ軸磁場検知部５２の磁気抵抗効果素子２，３の形成面は、Ｘ軸磁場検知部５０、及びＹ軸磁場検知部５１の磁気抵抗効果素子２，３の形成面に対して直交した関係にある。
　本実施形態では感度軸方向と直交する方向に対して磁気シールド効果があり、また感度軸方向に対しては適切な感度を備える。したがって、Ｘ軸磁場検知部５０、Ｙ軸磁場検知部５１、及びＺ軸磁場検知部５２のうち２以上の検知部を基台５３上に設けても、各検知部において、感度軸方向と直交方向からの磁場を適切に磁気シールドできるとともに、各検知部の感度軸方向からの地磁気を適切に検知できる。
　図８の構成以外に、地磁気センサと加速度センサ等を組み合わせたモジュールとすることもできる。
第１実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す図（（ａ）は部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図）、 第２実施形態における磁気センサの特に磁気抵抗効果素子の部分を示す部分平面図、 図２のＤ－Ｄ線に沿って高さ方向（図示Ｚ方向）に切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、 好ましい磁気抵抗効果素子の形態の特に素子部の部分を示す部分拡大平面図、 磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向及びフリー磁性層の磁化方向と、電気抵抗値との関係を説明するための図、 磁気抵抗効果素子を膜厚方向から切断した際の切断面を示す断面図、 本実施形態の磁気センサの回路図、 本実施形態における地磁気センサ（磁気センサモジュール）の斜視図、 比較例における軟磁性体（磁化容易軸が直交方向（図示Ｘ方向））の磁化曲線、 実施形態における軟磁性体（磁化容易軸が感度軸と同方向（図示Ｙ方向））の磁化曲線、
１　磁気センサ
２、３　磁気抵抗効果素子
４、５　固定抵抗素子
６　センサ部
７　入力端子
８　グランド端子
９　差動増幅器
１０　外部出力端子
１１　集積回路
１２　素子部
１３、６２　接続電極部
１４　出力取出し部
１６　基板
１７　絶縁層
１８　軟磁性体
３３　反強磁性層
３４　固定磁性層
３５　非磁性層
３６　フリー磁性層
５０　Ｘ軸磁場検知部
５１　Ｙ軸磁場検知部
５２　Ｚ軸磁場検知部
６０、６５　永久磁石層
６１　素子連結体
６２　接続層
６３　凹部
６４　低抵抗層
Ｌ１　素子長さ
Ｌ２　（軟磁性体の）長さ寸法
Ｗ１　素子幅
Ｗ２　（軟磁性体の）幅寸法

Claims (5)

  1. 　所定の感度軸を有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
    　前記磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を発揮する素子部と、軟磁性体とを備え、
    　前記素子部と前記軟磁性体とが、前記感度軸の方向に前記軟磁性体、前記素子部、前記軟磁性体の順で並ぶように非接触で配置されており、
    　前記軟磁性体の磁化容易軸が前記感度軸と同方向にあることを特徴とする磁気センサ。
  2. 　前記素子部が複数、感度軸と同方向に間隔を空けて配置され、各素子部の端部間が接続されてミアンダ形状で形成されており、
    　前記軟磁性体は、各素子部ごとに、前記素子部の両側方の位置に配置されている請求項１記載の磁気センサ。
  3. 　前記軟磁性体が感度軸と直交する方向に延在して長手方向が形成されている請求項２記載の磁気センサ。
  4. 　前記軟磁性体の感度軸と直交する方向の長さ寸法は前記素子部の感度軸と直交する方向の長さ寸法より長く、
    　前記軟磁性体は、前記素子部の感度軸と直交する方向の両側から延出する延出部を備えている請求項３記載の磁気センサ。
  5. 　請求項１ないし４に記載の磁気センサを複数有し、少なくとも前記複数の磁気センサのうち一組の磁気抵抗効果素子の感度軸が直交するように各磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とする磁気センサモジュール。
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