JP4329745B2 - 巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ及び同磁気センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、巨大磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ及びその製造方法に関する。

従来から知られる巨大磁気抵抗効果素子は、ピンド層及び同ピンド層の磁化の向きを固定するためのピニング層を含む固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、からなるスピンバルブ膜から構成されている。上記固定層のピンド層は、単一の強磁性体膜（例えばＣｏＦｅ層）のみを含むので、以下、便宜上、「単一膜固定層」と称呼する。また、このような単一膜固定層を有する巨大磁気抵抗効果素子を、本明細書においては、「通常ＧＭＲ素子」と称呼する。

この通常ＧＭＲ素子の抵抗値は、ピンド層の固定された磁化の向きとフリー層の磁化の向きのなす角度に応じて変化する。通常ＧＭＲ素子の抵抗値は、ピンド層の固定された磁化の向きとフリー層の磁化の向きが平行（相対角度０°）であるとき最小となり、ピンド層の固定された磁化の向きとフリー層の磁化の向きが反平行（相対角度１８０°）であるとき最大となる。

一方、一般に、フリー層の磁化の向きは、外部磁界が加わっていないときにピンド層と直交する向きになるように設定されている。ピンド層の固定された磁化の向きと直交する外部磁界の成分が一定又は無視できるほど小さい場合には、フリー層の磁化の向きは、ピンド層の固定された磁化の向きに沿う外部磁界の成分の大きさに基づいて回転する。従って、通常ＧＭＲ素子の抵抗値は、外部磁界のピンド層の磁化の向きに沿う成分の大きさに応じて変化する。換言すると、通常ＧＭＲ素子は、固定層の固定された磁化の向き（ピンド層の向き）に沿って大きさが変化する磁界を検出することができるから、素子の磁気検出方向は「ピンド層の固定された磁化の向きに沿う向き（実際には、ピンド層の固定された磁化の向きと反平行の向き）」となる。ピンド層の磁化は、例えば、ピンド層となる強磁性体膜にピニング層となる反強磁性体膜を積層し、その積層された膜に所定の向きの磁界を加えながら同膜を高温下に置く磁場中熱処理を行うことにより同所定の向きに固定される。

ところで、このような通常ＧＭＲ素子を利用した磁気センサは、図３６（Ａ）に示したように、磁気検出方向が所定の向きの二つの通常ＧＭＲ素子１０１，１０２及び磁気検出方向が前記所定の向きと１８０度異なる二つの通常ＧＭＲ素子１０３，１０４を備え、これらの素子をフルブリッジ接続して図示した箇所の電位差を出力Ｖとして取り出している。図３６（Ｂ）は、図３６（Ａ）に示した磁気センサの磁気検出方向の外部磁界Ｈに対する出力Ｖを示す。

このブリッジ接続により、従来の磁気センサは、微小な磁界に対しても大きな出力を得ることが可能となる。また、各素子の温度は同様に変化するから、各素子の抵抗値も同様に変化する。即ち、例えば、一つの素子の温度が上昇したとき他の素子の温度も同様に上昇するから、各素子の抵抗値は同様に変化する。従って、出力Ｖは素子温度の変化の影響を受け難いので、上記磁気センサは、素子温度が変化した場合にも外部磁界を精度良く検出することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００４−１６３４１９号

一方、磁気検出方向を決定するピンド層の磁化の向きは磁場中熱処理において固定層となる層に与えられる磁界と一致する。従って、図３７に示したように、上記ブリッジ接続に用いる磁気検出方向が互いに１８０度異なる複数の通常ＧＭＲ素子を形成するためには、向きが１８０度異なる磁界を複数の通常ＧＭＲ素子となる膜が形成された基板に付与しなければならない。

更に、直交する２軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）方向の磁界の成分をそれぞれ検出することが可能な磁気センサは、Ｘ軸正方向、Ｙ軸正方向、Ｘ軸負方向及びＹ軸負方向の各方向に磁気検出方向を有する通常ＧＭＲ素子を微小な基板上に備えなければならないので、磁場中熱処理において複数の通常ＧＭＲ素子となる膜が形成された基板にこの４方向の磁界を付与しなければならない。ところが、このような互いに向きが異なる磁界を狭い範囲に発生させることは容易でない。

そこで、上記特許文献は、以下に述べるセンサ構造とマグネットアレイとを採用することにより、このような磁気センサを製造する技術を開示している。即ち、先ず、平面図である図３８に示したように、略正方形の基板１００ａの各辺の近傍に各２個（合計で８個）の通常ＧＭＲ素子１０１〜１０８となる膜を形成する。

マグネットアレイは、四角柱の永久磁石を正方格子状に配列したものである。永久磁石は、複数の永久磁石の端面の総てが略同一平面上に存在し、且つ、最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久磁石の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置されている。図３９は、かかるマグネットアレイの一部の永久磁石１１０の斜視図である。図３９から理解されるように、マグネットアレイの上部にはＮ極からＳ極へ向う４方向の磁界が発生する。

そして、磁場中熱処理を実行するとき、マグネットアレイの上部に上記通常ＧＭＲ膜となる膜が形成された基板１００ａを配置する。これにより、図４０に示したように、マグネットアレイの上部に発生した４方向の磁界が磁場中熱処理の磁界として通常ＧＭＲ素子となる膜に付与される。以上により、図３８に示した磁気センサ１００が製造される。

この磁気センサ１００において、通常ＧＭＲ素子１０１〜１０４は、Ｘ軸方向の磁界成分を検出するための素子である。通常ＧＭＲ素子１０１，１０２の各ピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸負方向である。通常ＧＭＲ素子１０３，１０４の各ピンド層の固定された磁化の向きはＸ軸正方向である。通常ＧＭＲ素子１０１〜１０４は、図３６のようにフルブリッジ接続されてＸ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気センサとなる。

通常ＧＭＲ素子１０５〜１０８は、Ｙ軸方向の磁界成分を検出するための素子である。通常ＧＭＲ素子１０５，１０６の各ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸正方向である。通常ＧＭＲ素子１０７，１０８の各ピンド層の固定された磁化の向きはＹ軸負方向である。通常ＧＭＲ素子１０５〜１０８も通常ＧＭＲ素子１０１〜１０４と同様にフルブリッジ接続され、Ｙ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気センサとなる。

しかしながら、このような磁気センサにおいては、基板１００ａの各辺の近傍に通常ＧＭＲ素子が配置されることになるので、磁気センサ（チップ）を十分に小型化できないという問題がある。

また、複数の通常ＧＭＲ素子間の距離が大きいと、基板１００ａや基板１００ａ等を覆う樹脂が熱や外部から加わる応力などによって変形したとき、同複数の通常ＧＭＲ素子に互いに異なる応力が加わって各通常ＧＭＲ素子が互いに異なるように変形する。従って、各通常ＧＭＲ素子の抵抗値が種々に変化するので、通常ＧＭＲ素子をブリッジ接続した回路を有する磁気センサにおいては、ブリッジ回路のバランスが崩れてしまう。その結果、かかる磁気センサは磁界を精度良く検出することがでいないという問題も有している。

更に、上記磁気センサにおいては、通常ＧＭＲ素子同士の距離が大きくなるので、それらをフルブリッジ接続するための配線の長さが長くなり、その配線の抵抗による損失が大きくなってしまうという問題もある。

本発明の磁気センサは、上記課題に対処するためになされたものであって、単一膜固定層の第１巨大磁気抵抗効果素子と、多重膜積層固定層の第２巨大磁気抵抗効果素子と、を単一の基板上において重なるように形成したセンサである。

前記第１巨大磁気抵抗効果素子は、
単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第１の向き（例えば、Ｘ軸正方向）に固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、
を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる。

前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、
第１強磁性体膜、同１強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第２強磁性体膜及び同第２強磁性体膜に接するピニング層からなり同第２強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第１強磁性体膜が同第２強磁性体膜と同交換結合膜を介して交換結合することにより同第１強磁性体膜の磁化の向きが第２の向き（例えば、Ｘ軸負方向）に固定されたピンド層を構成する固定層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、
を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる。

そして、前記第１巨大磁気抵抗効果素子と前記第２巨大磁気抵抗効果素子とは前記基板上において重なるように（基板の主面上の同一位置に）形成される。更に、前記第１巨大磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向き（即ち、第１の向き）と、前記第２巨大磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向き（即ち、第２の向き）とは１８０度相違している（反平行である。）。

ところで、基板上に前記単一膜固定層の第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜と前記多相膜固定層の第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜とを形成しておき、これらの膜に対して同一方向の磁界を高温下で与える磁場中熱処理を施すと、第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜の固定層のピンド層となる強磁性体膜の磁化及び第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜の第２強磁性体膜の磁化は、同一の向きに固定される。更に、第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜のピンド層となる第１強磁性体膜は交換結合膜を介して第２強磁性体膜と交換結合するので、第１強磁性体膜の磁化は第２強磁性体膜の磁化の向きと１８０度相違する向きに固定される。この結果、第１巨大磁気抵抗効果素子のピンド層（強磁性体膜）の磁化の向きと第２巨大磁気抵抗効果素子のピンド層（第１強磁性体膜）の磁化の向きとが１８０度相違するように固定される。

一方、前記第１巨大磁気抵抗効果素子及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子は、何れも、ピンド層の固定された磁化の向きと１８０度相違する向きに磁気検出方向を有する。換言すると、何れの素子においても、磁気検出方向はピンド層の固定された磁化の向きと反平行の向きとなる。この結果、これらの素子の磁気検出方向は互いに１８０度相違することになる（図１５を参照。）。

以上のことから、本発明による磁気センサにおいては、従来の磁気センサのように「１８０度相違する向きの磁界を二つの巨大磁気抵抗効果素子に付与することを可能とするために同二つの巨大磁気抵抗効果素子間の距離を大きくしておくこと」が要求されない。即ち、本発明による磁気センサは、前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜と前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜とを基板上に上下方向において重なるように形成しておき、これらの素子に同一の向きの磁界を付与する上記磁場中熱処理を施すことにより容易に製造され得る。従って、本発明によれば、磁気検出方向が１８０度相違する二つの巨大磁気抵抗効果素子の距離（第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子の距離）を小さく設定することができるので、非常に小型の磁気センサが提供される。

更に、この磁気センサにおいては、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とが重なるように形成される。従って、基板や基板を覆う樹脂が熱や外部から加わる応力などによって変形したとしても、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とには実質的に同じ応力（引張応力又は圧縮応力）が加わる。この結果、両素子に応力が加わった場合にも同両素子の抵抗値は同様に変化するので、これら両素子の抵抗値の差を取る構成（例えば、ブリッジ回路）を採用することにより、応力の影響を受けることがない磁気センサが提供され得る。

本発明の磁気センサは、上記第１巨大磁気抵抗効果素子及び上記第２巨大磁気抵抗効果素子に加え、
前記基板上に形成されるとともに前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり、前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きと直交する第３の向きに固定された第３巨大磁気抵抗効果素子と、
前記基板上において前記第３巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり、前記固定層の第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第３の向きと１８０度相違する第４の向きに固定された第４巨大磁気抵抗効果素子と、
を更に備えている。

これによれば、直交する２軸方向に沿う磁界の成分（磁気）を検出することができる磁気センサ（以下、「直交２軸方向検出型磁気センサ」とも称呼する。）が提供される。また、第３巨大磁気抵抗効果素子及び第４巨大磁気抵抗効果素子は、第１巨大磁気抵抗効果素子及び第２巨大磁気抵抗効果素子と同様に基板上の微小領域内に容易に形成することができるので、小型な直交２軸方向検出型磁気センサが容易に提供される。

前述したように、本発明による磁気センサは、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜を基板上にて重なるように形成する膜形成工程と、
前記形成された各膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより同各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する磁場中熱処理工程と、
を含む製造方法により、容易に製造することができる。

即ち、この磁場中熱処理により、第１巨大磁気抵抗効果素子の固定層のピンド層と第２巨大磁気抵抗効果素子の固定層のピンド層との磁化を１８０度相違する向きに容易に固定することができるので、磁気検出方向が互いに１８０度相違する２つの巨大磁気抵抗効果素子を単一の基板上に容易に製造することができる。

この場合、
前記磁場中熱処理工程は、
略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石の磁極の極性と異なるように配置されたマグネットアレイによって形成される磁界を前記磁場中熱処理工程中の磁界として用いることが好ましい。

更に、前記膜形成工程は、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの一方の膜を前記基板の上に形成する第１膜形成工程と、
前記形成された一方の膜の不要部分を除去する第１不要部除去工程と、
前記不要部分が除去された前記一方の膜を絶縁膜により覆う絶縁膜形成工程と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの他方の膜を前記絶縁膜の上に形成する第２膜形成工程と、
前記形成された他方の膜の不要部分を除去する第２不要部除去工程と、
を含むことが好適である。

これにより、第１巨大磁気抵抗効果素子と第２巨大磁気抵抗効果素子とを単一の基板上に形成した磁気センサが容易に製造され得る。

本発明の他の態様の磁気センサは、基板上に４個の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる巨大磁気抵抗効果素子を形成し、これらをフルブリッジ接続してある方向を磁気検出方向とする回路を備えるとともに、それら４個の単一膜固定層のスピンバルブ膜のそれぞれの上部又は下部に重なるように４個の多層膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる巨大磁気抵抗効果素子を形成し、これらをフルブリッジ接続して前記ある方向を磁気検出方向とする回路を備え、これら二つの回路の出力を利用することにより、各素子に加わる応力の影響を極力排除した出力値を得ることができるセンサである。

理解を容易にするために、図２５乃至図３１と対比しながらより具体的に説明する。この磁気センサは、前記第１巨大磁気抵抗効果素子（５１Ｇ）と第１巨大磁気抵抗効果素子（５１Ｇ）の上部又は下部に重なるように形成された前記第２巨大磁気抵抗効果素子（６１Ｓ）とからなる一つの素子群である第１素子群が前記基板上の第１領域内に形成されている。なお、図２５において、実線の各円内にある二つの素子（例えば、第１巨大磁気抵抗効果素子（５１Ｇ）と第２巨大磁気抵抗効果素子（６１Ｓ））は、上下方向（基板の主面に直交する方向、図２５におけるＺ軸方向）において互いに重なって形成されていることを意味するものとする。

更に、この磁気センサは、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きに固定された第３巨大磁気抵抗効果素子（５２Ｇ）及び前記基板上において同第３巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第２の向きに固定された第４巨大磁気抵抗効果素子（６２Ｓ）からなる他の一つの素子群であって前記第１素子群に近接するように前記基板上の前記第１領域内に形成された第２素子群を備えている。

加えて、この磁気センサは、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第２の向きに固定された第５巨大磁気抵抗効果素子（５３Ｇ）及び前記基板上において同第５巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きに固定された第６巨大磁気抵抗効果素子（６３Ｓ）からなる他の一つの素子群であって前記第１領域とは離間した前記基板上の第２領域内に形成された第３素子群と、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第２の向きに固定された第７巨大磁気抵抗効果素子（５４Ｇ）及び前記基板上において同第７巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きに固定された第８巨大磁気抵抗効果素子（６４Ｓ）からなる他の一つの素子群であって前記第３素子群に近接するように前記基板上の前記第２領域内に形成された第４素子群と、
を備えている。

更に、この磁気センサは、図２７に示したように、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子（５１Ｇ）の一端と前記第５巨大磁気抵抗効果素子（５３Ｇ）の一端とを接続して第１回路要素を構成し、
前記第３巨大磁気抵抗効果素子（５２Ｇ）の一端と前記第７巨大磁気抵抗効果素子（５４Ｇ）の一端とを接続して第２回路要素を構成し、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子（５１Ｇ）の他端及び前記第７巨大磁気抵抗効果素子（５４Ｇ）の他端に第１電位（＋Ｖ）を付与するとともに前記第３巨大磁気抵抗効果素子（５２Ｇ）の他端及び前記第５巨大磁気抵抗効果素子（５３Ｇ）の他端に同第１電位と異なる第２電位（ＧＮＤ）を付与し、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子（５１Ｇ）の一端と前記第５巨大磁気抵抗効果素子（５３Ｇ）の一端との接続箇所（Q10）の電位と、前記第３巨大磁気抵抗効果素子（５２Ｇ）の一端と前記第７巨大磁気抵抗効果素子（５４Ｇ）の一端との接続箇所（Q20）の電位と、の電位差（VoxConv）を通常ＧＭＲ素子出力値として取得するようになっている。

同様に、この磁気センサは、図２８に示したように、
前記第２巨大磁気抵抗効果素子（６１Ｓ）の一端と前記第６巨大磁気抵抗効果素子（６３Ｓ）の一端とを接続して第３回路要素を構成し、
前記第４巨大磁気抵抗効果素子（６２Ｓ）の一端と前記第８巨大磁気抵抗効果素子（６４Ｓ）の一端とを接続して第４回路要素を構成し、
前記第２巨大磁気抵抗効果素子（６１Ｓ）の他端及び前記第８巨大磁気抵抗効果素子（６４Ｓ）の他端に前記第１電位（＋Ｖ）を付与するとともに前記第４巨大磁気抵抗効果素子（６２Ｓ）の他端及び前記第６巨大磁気抵抗効果素子（６３Ｓ）の他端に前記第２電位（ＧＮＤ）を付与し、
前記第２巨大磁気抵抗効果素子（６１Ｓ）の一端と前記第６巨大磁気抵抗効果素子（６３Ｓ）の一端との接続箇所（Q30）の電位と、前記第４巨大磁気抵抗効果素子（６２Ｓ）の一端と前記第８巨大磁気抵抗効果素子（６４Ｓ）の一端との接続箇所（Q40）の電位と、の電位差（VoxSAF）をＳＡＦ素子出力値として取得するようになっている。

そして、この磁気センサは、図２６に示したように、
前記通常ＧＭＲ素子出力値（VoxConv）と前記ＳＡＦ素子出力値（VoxSAF）とに基づく値（Vox）を出力するように構成される。この「前記通常ＧＭＲ素子出力値と前記ＳＡＦ素子出力値とに基づく値（Vox）」は、前記通常ＧＭＲ素子出力値と前記ＳＡＦ素子出力値との差でもよく、これらの比等であってもよい。

ここで、説明の便宜上、検出すべき磁界の向きの正方向を第１の向きと反対の向きとする。更に、接続箇所Q10の電位から接続箇所Q20の電位を減算した値を上記通常ＧＭＲ素子出力値VoxConvとし、接続箇所Q30の電位から接続箇所Q40の電位を減算した値を上記ＳＡＦ素子出力値VoxSAFとする。加えて、この磁気センサは、前記ＳＡＦ素子出力値VoxSAFから前記通常ＧＭＲ素子出力値VoxConvを減算した値を出力するように構成されていると仮定する。

このとき、図２７の（Ｂ）に示したように、検出すべき磁界が大きくなるほど、上記通常ＧＭＲ素子出力値VoxConvは低下し、且つ、図２８の（Ｂ）に示したように、上記ＳＡＦ素子出力値VoxSAFは上昇する。その結果、図２９に示したように、検出すべき磁界が大きくなるほど磁気センサの出力値Voxは上昇する。

一方、このように構成された磁気センサにおいては、第１領域内に形成された各巨大磁気抵抗効果素子（５１Ｇ，５２Ｇ，６１Ｓ，６２Ｓ）には、一様な応力（例えば、略同一の引張応力又は略同一の圧縮応力）が加わる。同様に、第２領域内に形成された各巨大磁気抵抗効果素子（５３Ｇ，５４Ｇ，６３Ｓ，６４Ｓ）には、一様な応力が加わる。

そこで、いま、検出すべき磁界が変化しない状態において、第１領域内に形成された素子に圧縮応力が加わり、第２領域内に形成された素子に引張応力が加わったと仮定する。この場合、第１領域内の各素子（５１Ｇ，５２Ｇ，６１Ｓ，６２Ｓ）の抵抗値は一様に減少し、第２領域内の各素子（５３Ｇ，５４Ｇ，６３Ｓ，６４Ｓ）の抵抗値は一様に増大する。従って、接続箇所Q10及び接続箇所Q30の電位は上昇し、接続箇所Q20及び接続箇所Q40の電位は低下する。

この結果、上記ＳＡＦ素子出力値VoxSAF及び上記通常ＧＭＲ素子出力値VoxConvは、共に上昇するから、それらの差である磁気センサの出力値は殆ど変化しない。

次に、第１領域内に形成された素子に引張応力が加わり、第２領域内に形成された素子に圧縮応力が加わったと仮定する。この場合、第１領域内の各素子（５１Ｇ，５２Ｇ，６１Ｓ，６２Ｓ）の抵抗値は一様に増大し、第２領域内の各素子（５３Ｇ，５４Ｇ，６３Ｓ，６４Ｓ）の抵抗値は一様に減少する。従って、接続箇所Q10及び接続箇所Q30の電位は低下し、接続箇所Q20及び接続箇所Q40の電位は上昇する。

この結果、上記ＳＡＦ素子出力値VoxSAF及び上記通常ＧＭＲ素子出力値VoxConvは、共に低下するから、磁気センサの出力値は殆ど変化しない。

更に、総ての素子に引張応力が加わったと仮定する。この場合、第１領域内の各素子及び第２領域内の各素子の抵抗値は一様に増大する。従って、接続箇所Q10〜Q40の電位は殆ど変化しない。この結果、上記ＳＡＦ素子出力値VoxSAF及び上記通常ＧＭＲ素子出力値VoxConvは変化しないので、それらの差である磁気センサの出力値は殆ど変化しない。同様に、総ての素子に圧縮応力が加わった場合、接続箇所Q10〜Q40の電位は殆ど変化しないから、磁気センサの出力値は殆ど変化しない。

以上の例示的説明からも明らかなように、上記態様の磁気センサは、素子に加わる応力が変化した場合であっても、外部磁界が変化しない限り一定の出力値を出力することができる。この結果、上記態様の磁気センサは磁界を精度良く検出することができる。

以下、本発明による磁気センサの各実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
（磁気センサの構造）
図１に平面図を示した本発明の第１実施形態に係る磁気センサ１０は、単一の基板（モノリシックチップ）１０ａと、合計で８個の巨大磁気抵抗効果素子１１〜１４，２１〜２４と、を含んでいる。磁気センサ１０は、便宜上「Ｎタイプの磁気センサ１０」と称呼される。

基板１０ａは、シリコンからなっている。基板１０ａは、平面視において互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿った辺を有する長方形状（略正方形状）を有し、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向に小さな厚みを有する薄板体である。

巨大磁気抵抗効果素子１１，１２，２１及び２２は、上述した通常ＧＭＲ素子である。巨大磁気抵抗効果素子１３，１４，２３及び２４は、多重膜積層固定層を含むシンセティックスピンバルブ膜からなる素子（以下、便宜上、「ＳＡＦ素子」と称呼する。）である。後に詳述するように、ＳＡＦ素子１３，１４，２３及び２４は、それぞれ通常ＧＭＲ素子１１，１２，２１及び２２の上部に形成されている。なお、図１において、実線の各円内にある二つの素子（例えば、素子１１と素子１３）は、基板１０ａの主面に直交する方向（Ｚ軸方向）において互いに重なって形成されていることを意味するものとする。

本実施形態において、巨大磁気抵抗効果素子１１，１２，１３及び１４はそれぞれ第１，第２，第３及び第４Ｘ軸磁気検出素子とも称呼され、巨大磁気抵抗効果素子２１，２２，２３及び２４はそれぞれ第１，第２，第３及び第４Ｙ軸磁気検出素子とも称呼される。

通常ＧＭＲ素子１１及びＳＡＦ素子１３は第１素子群Ｇ１を構成している。通常ＧＭＲ素子１２及びＳＡＦ素子１４は第２素子群Ｇ２を構成している。通常ＧＭＲ素子２１及びＳＡＦ素子２３は第３素子群Ｇ３を構成している。通常ＧＭＲ素子２２及びＳＡＦ素子２４は第４素子群Ｇ４を構成している。第１素子群Ｇ１乃至第４素子群Ｇ４は、基板１０ａにおける配置が異なる点を除き、互いに実質的に同一の構造を備えている。従って、以下、第１素子群Ｇ１をこれらの代表例として、その構造について説明する。

通常ＧＭＲ素子１１は、拡大平面図である図２に示したように、複数の（この例では６個の）幅狭帯状部１１ａ１〜１１ａ６と、複数の（この例では７個の）バイアス磁石膜１１ｂ１〜１１ｂ７と、一対の接続部（端子部）１１ｃ１，１１ｃ２と、を備えている。

幅狭帯状部１１ａ１〜１１ａ６の各々はＹ軸方向に長手方向を有している。幅狭帯状部１１ａ１〜１１ａ６は、最もＸ軸正方向側に位置する１１ａ１から順にＸ軸負方向に整列している。幅狭帯状部１１ａ１のＹ軸正方向側の端部は、バイアス磁石膜１１ｂ１の上に形成されている。バイアス磁石膜１１ｂ１は接続部１１ｃ１と接続されている。幅狭帯状部１１ａ１のＹ軸負方向側の端部は、バイアス磁石膜１１ｂ２の上に形成されている。

幅狭帯状部１１ａ２のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ２及びバイアス磁石膜１１ｂ３の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ２のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ２の上部にて幅狭帯状部１１ａ１のＹ軸負方向端部と接続されている。幅狭帯状部１１ａ３のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ３及びバイアス磁石膜１１ｂ４の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ３のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ３の上部にて幅狭帯状部１１ａ２のＹ軸正方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１１ａ４のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ４及びバイアス磁石膜１１ｂ５の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ４のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ４の上部にて幅狭帯状部１１ａ３のＹ軸負方向端部と接続されている。幅狭帯状部１１ａ５のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ５及びバイアス磁石膜１１ｂ６の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ５のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ５の上部にて幅狭帯状部１１ａ４のＹ軸正方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１１ａ６のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ６及びバイアス磁石膜１１ｂ７の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ６のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ６の上部にて幅狭帯状部１１ａ５のＹ軸負方向端部と接続されている。バイアス磁石膜１１ｂ７は接続部１１ｃ２と接続されている。このように、通常ＧＭＲ素子１１は、複数の幅狭帯状部をジグザグ状に配列し、それらを直列接続した素子である。なお、図２において、一点鎖線ＣＬ１は各幅狭帯状部のＹ軸方向中央部を通るセンターラインＣＬ１である。

幅狭帯状部１１ａ１〜１１ａ６の各々は、図３の（Ａ）に膜構成を示した通常のスピンバルブ膜からなっている。このスピンバルブ膜は、基板１０ａの上に形成されたフリー層Ｆ、フリー層Ｆの上に形成されたスペーサ層Ｓ、スペーサ層Ｓの上に形成された固定層Ｐ及び固定層Ｐの上に形成された保護層（キャッピング層）Ｃからなっている。なお、実際には、基板１０ａの上面とフリー層Ｆとの間に図示を省略したＳｉＯ_２又はＳｉＮからなる絶縁・配線層が形成されている。

フリー層Ｆは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層である。フリー層Ｆは、基板１０ａの直上に形成されたＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層の上に形成されたＮｉＦｅ磁性層と、ＮｉＦｅ磁性層の上に形成されたＣｏＦｅ磁性層とからなっている。これらは、軟質の強磁性体膜を構成している。

フリー層Ｆは、幅狭帯状部１１ａ１〜１１ａ６のそれぞれが長手方向を有していることから、Ｙ軸方向に沿った長手方向を有した形状となっている。従って、フリー層Ｆに外部磁界が付与されていない場合の同フリー層Ｆの磁化の向き（以下、「初期状態における磁化の向き」と称呼する。）は、形状異方性によりフリー層Ｆの長手方向（通常ＧＭＲ素子１１の場合はＹ軸正方向）となっている。

スペーサ層Ｓは、非磁性導電体（本例では、Ｃｕ）からなる膜である。

固定層（固着層、磁化固定層）Ｐは、強磁性体膜であるＣｏＦｅ磁性層Ｐｄと、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金から形成した反強磁性膜Ｐｉとを重ね合わせた単一膜固定層である。ＣｏＦｅ磁性層Ｐｄは、ピニング層を構成する反強磁性膜Ｐｉに交換結合的に裏打されることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸正方向にピン（固着）されるピンド層Ｐｄを構成している。ＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの磁化の向きが、各通常ＧＭＲ素子のピンド層の固定された磁化の向きである。

保護層Ｃは、チタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなっている。

再び、図２を参照すると、バイアス磁石膜１１ｂ１〜１１ｂ７は、ＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体であって高保磁力及び高角型比を有する材質からなり、着磁されて永久磁石膜（ハードマグネット膜）となっている。バイアス磁石膜１１ｂ１〜１１ｂ７は、それぞれの直上部に形成されたフリー層Ｆと磁気的に結合し、フリー層Ｆに対して同フリー層Ｆの長手方向（通常ＧＭＲ素子１１の場合、Ｙ軸正方向）にバイアス磁界を与えるようになっている。

以上の構成により、通常ＧＭＲ素子１１の抵抗値は、幅狭帯状部１１ａ１〜１１ａ６の各抵抗値の和として、接続部１１ｃ１及び接続部１１ｃ２から取得される。この結果、通常ＧＭＲ素子１１は、図３の（Ｂ）及び図３の（Ｃ）に示したように、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において固定層ＰのＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの固定された磁化の向き（この場合、Ｘ軸正方向の向き）に沿って変化する外部磁界Ｈに対して変化する抵抗値（Ｘ軸正方向の外部磁界の大きさが大きくなるほど減少する抵抗値）を示すようになっている。換言すると、通常ＧＭＲ素子１１の磁気検出方向は、スペーサ層Ｓに隣接した固定層ＰのＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの固定された磁化の向きと反平行の向き（１８０度相違する向き）である。なお、通常ＧＭＲ素子１１は、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を示すようになっている。

一方、ＳＡＦ素子１３は、図４に示したように、通常ＧＭＲ素子１１をそのセンターラインＣＬ１で折り返した形状（通常ＧＭＲ素子１１と実質的に同一の形状）を備えている。

より具体的に述べると、ＳＡＦ素子１３は、複数の（この例では６個の）幅狭帯状部１３ａ１〜１３ａ６と、複数の（この例では７個の）バイアス磁石膜１３ｂ１〜１３ｂ７と、一対の接続部（端子部）１３ｃ１，１３ｃ２と、を備えている。

幅狭帯状部１３ａ１〜１３ａ６の各々はＹ軸方向に長手方向を有している。幅狭帯状部１３ａ１〜１３ａ６は、最もＸ軸正方向側に位置する１３ａ１から順にＸ軸負方向に整列している。幅狭帯状部１３ａ１のＹ軸負方向側の端部は、バイアス磁石膜１３ｂ１の上に形成されている。バイアス磁石膜１３ｂ１は接続部１３ｃ１と接続されている。幅狭帯状部１３ａ１のＹ軸正方向側の端部は、バイアス磁石膜１３ｂ２の上に形成されている。

幅狭帯状部１３ａ２のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ２及びバイアス磁石膜１３ｂ３の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ２のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ２の上部にて幅狭帯状部１３ａ１のＹ軸正方向端部と接続されている。幅狭帯状部１３ａ３のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ３及びバイアス磁石膜１３ｂ４の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ３のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ３の上部にて幅狭帯状部１３ａ２のＹ軸負方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１３ａ４のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ４及びバイアス磁石膜１３ｂ５の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ４のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ４の上部にて幅狭帯状部１３ａ３のＹ軸正方向端部と接続されている。幅狭帯状部１３ａ５のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ５及びバイアス磁石膜１３ｂ６の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ５のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ５の上部にて幅狭帯状部１３ａ４のＹ軸負方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１３ａ６のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ６及びバイアス磁石膜１３ｂ７の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ６のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ６の上部にて幅狭帯状部１３ａ５のＹ軸正方向端部と接続されている。バイアス磁石膜１３ｂ７は接続部１３ｃ２と接続されている。このように、ＳＡＦ素子１３は、複数の幅狭帯状部をジグザグ状に配列し、それらを直列接続した素子である。

図４において、一点鎖線ＣＬ２は各幅狭帯状部のＹ軸方向中央部を通るセンターラインＣＬ２である。ＳＡＦ素子１３は、図５及び図５の１−１線に沿った平面にてＳＡＦ素子１３を切断した断面図である図６に示したように、そのセンターラインＣＬ２が、通常ＧＭＲ素子１１のセンターラインＣＬ１に一致するように、通常ＧＭＲ素子１１の上部において通常ＧＭＲ素子１１に実質的に重なるように形成されている。図６に示したように、通常ＧＭＲ素子２１１とＳＡＦ素子２１３との間には絶縁層が形成されている。

ＳＡＦ素子１３は、図７の（Ａ）に示したシンセティックスピンバルブ膜からなっている。このシンセティックスピンバルブ膜は、フリー層Ｆ、フリー層Ｆの上に形成されたスペーサ層Ｓ、スペーサ層Ｓの上に形成された固定層Ｐ’及び固定層Ｐ’の上に形成された保護層（キャッピング層）Ｃからなっている。

シンセティックスピンバルブ膜のフリー層Ｆ、スペーサ層Ｓ及び保護層Ｃは、図３の（Ａ）に示した通常のスピンバルブ膜と同一の構成を備えている。即ち、シンセティックスピンバルブ膜は、固定層Ｐ’のみが通常のスピンバルブ膜の固定層Ｐと相違している。

固定層Ｐ’は、ＣｏＦｅからなる第１強磁性体膜Ｐ１と、第１強磁性体膜Ｐ１の上に積層されたＲｕからなる交換結合膜Ｅｘと、交換結合膜Ｅｘの上に積層されたＣｏＦｅからなる第２強磁性体膜Ｐ２と、第２強磁性体膜Ｐ２の上に積層されるとともにＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる交換バイアス膜（反強磁性体膜）Ｅｂとを重ね合わせた多重膜積層固定層である。

交換結合膜Ｅｘは、第１強磁性体膜Ｐ１と第２強磁性体膜Ｐ２とにサンドイッチ状に挟まれている。第１強磁性体膜Ｐ１は、交換結合膜Ｅｘ及び第２強磁性体膜Ｐ２と協働して磁化の向きが外部磁界の変化に対して変化しないように固定されるピンド層を構成している。交換バイアス膜Ｅｂは、第２強磁性体膜Ｐ２及び交換結合膜Ｅｘを介してピンド層である第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きを固定するピニング層を構成している。なお、第１強磁性体膜Ｐ１、交換結合膜Ｅｘ及び第２強磁性体膜Ｐ２をピンド層と呼ぶこともできる。

交換バイアス膜Ｅｂは第２強磁性体膜Ｐ２と交換結合し、第２強磁性体膜Ｐ２の磁化（磁化ベクトル）の向きをＸ軸正方向に固定している。また、第１強磁性体膜Ｐ１と第２強磁性体膜Ｐ２は、交換結合膜Ｅｘを介して互いに交換結合している。このとき、図７の（Ｂ）に矢印にて示したように、第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きと第２強磁性体膜Ｐ２の磁化の向きは反平行となる。この結果、第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きは、Ｘ軸負方向に固定される。

このように構成されたＳＡＦ素子１３は、図７の（Ｃ）に示したように、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において固定層Ｐ’における第１強磁性体膜Ｐ１（ピンド層）の固定された磁化の向きに沿って変化する外部磁界Ｈに対して変化する抵抗値（Ｘ軸正方向の外部磁界Ｈの大きさが大きくなるほど増大する抵抗値）を示すようになっている。換言すると、ＳＡＦ素子１３の磁気検出方向は、スペーサ層Ｓに隣接した固定層Ｐ’の第１磁性層Ｐ１の固定された磁化の向きと反平行の向きである。なお、ＳＡＦ素子１３は、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を示すようになっている。

再び図１を参照すると、通常ＧＭＲ素子１１及びＳＡＦ素子１３からなる第１素子群Ｇ１は、基板１０ａのＹ軸方向略中央部上方でＸ軸正方向端部近傍に形成されている。通常ＧＭＲ素子１１の磁気検出方向はＸ軸負方向となっている。ＳＡＦ素子１３の磁気検出方向はＸ軸正方向となっている。通常ＧＭＲ素子１２及びＳＡＦ素子１４からなる第２素子群Ｇ２は、基板１０ａのＹ軸方向略中央部下方でＸ軸正方向端部近傍に形成されている。通常ＧＭＲ素子１２の磁気検出方向はＸ軸負方向となっている。ＳＡＦ素子１４の磁気検出方向はＸ軸正方向となっている。このように、第１素子群Ｇ１及び第２素子群Ｇ２は、基板１０ａ上のＸ軸正方向端部近傍において互いに近接した位置（第１微小領域内）に形成されている。

通常ＧＭＲ素子２１及びＳＡＦ素子２３からなる第３素子群Ｇ３は、基板１０ａのＸ軸方向略中央部左方でＹ軸正方向端部近傍に形成されている。通常ＧＭＲ素子２１の磁気検出方向はＹ軸負方向となっている。ＳＡＦ素子２３の磁気検出方向はＹ軸正方向となっている。通常ＧＭＲ素子２２及びＳＡＦ素子２４からなる第４素子群Ｇ４は、基板１０ａのＸ軸方向略中央部右方でＹ軸正方向端部近傍に形成されている。通常ＧＭＲ素子２２の磁気検出方向はＹ軸負方向となっている。ＳＡＦ素子２４の磁気検出方向はＹ軸正方向となっている。このように、第３素子群Ｇ３及び第４素子群Ｇ４は、基板１０ａ上のＹ軸正方向端部近傍において互いに近接した位置（第１微小領域から所定距離だけ離間した第２微小領域内）に形成されている。

磁気センサ１０は、素子１１〜１４からなるＸ軸磁気センサ（Ｘ軸方向を磁界検出方向とする磁気センサ）及び素子２１〜２４からなるＹ軸磁気センサ（Ｙ軸方向を磁界検出方向とする磁気センサ）を備えている。

Ｘ軸磁気センサは、図８の（Ａ）に等価回路を示したように、素子１１〜１４が図１において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。なお、図８の（Ａ）において、素子１１〜１４の各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性（Ｘ軸に沿って大きさが変化する外部磁界（外部磁界ＨのＸ軸正方向成分）Ｈｘに対する抵抗値Ｒの変化）を示している。また、通常ＧＭＲ素子に対しては各符合の後に「Conv」の記号が付され、ＳＡＦ素子に対しては各符合の「SAF」の記号が付されている。

Ｘ軸磁気センサについて具体的に述べると、通常ＧＭＲ素子１１の一端とＳＡＦ素子１３の一端とが接続されて第１回路要素が構成されている。通常ＧＭＲ素子１１の他端には第１電位（図示しない定電圧源により与えられる一定電圧）＋Ｖが付与されている。ＳＡＦ素子１３の他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、ＳＡＦ素子１３の他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

更に、通常ＧＭＲ素子１２の一端とＳＡＦ素子１４の一端とが接続されて第２回路要素が構成されている。ＳＡＦ素子１４の他端には第１電位＋Ｖが付与されている。通常ＧＭＲ素子１２の他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、通常ＧＭＲ素子１２の他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

そして、通常ＧＭＲ素子１１の一端とＳＡＦ素子１３の一端との接続箇所Ｑ１の電位VQ1と、通常ＧＭＲ素子１２の一端とＳＡＦ素子１４の一端との接続箇所Ｑ２の電位VQ2と、の電位差Vox（＝VQ2−VQ1）がセンサの出力値（第１出力値）として取り出される。この結果、Ｘ軸磁気センサは、図７の（Ｂ）に示したように、外部磁界Ｈｘに略比例するとともに、外部磁界Ｈｘが大きいほど小さくなる電圧Voxを出力するようになっている。

Ｙ軸磁気センサは、図９の（Ａ）に等価回路を示したように、素子２１〜２４が図１において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。なお、図９の（Ａ）において、素子２１〜２４の各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性（Ｙ軸に沿って大きさが変化する外部磁界Ｈ（外部磁界のＹ軸正方向成分）Ｈｙに対する抵抗値Ｒの変化）を示している。

Ｙ軸磁気センサについてより具体的に述べると、通常ＧＭＲ素子２１の一端とＳＡＦ素子２３の一端とが接続されて第３回路要素が構成されている。通常ＧＭＲ素子２１の他端には第１電位＋Ｖが付与されている。ＳＡＦ素子２３の他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、ＳＡＦ素子２３の他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

更に、通常ＧＭＲ素子２２の一端とＳＡＦ素子２４の一端とが接続されて第４回路要素が構成されている。ＳＡＦ素子２４の他端には第１電位＋Ｖが付与されている。通常ＧＭＲ素子２２の他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、通常ＧＭＲ素子２２の他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

そして、通常ＧＭＲ素子２１の一端とＳＡＦ素子２３の一端との接続箇所Ｑ３の電位VQ3と、通常ＧＭＲ素子２２の一端とＳＡＦ素子２４の一端との接続箇所Ｑ４の電位VQ4と、の電位差Voy（＝VQ3−VQ4）がセンサの出力値（第２出力値）として取り出される。この結果、Ｙ軸磁気センサは、図９の（Ｂ）に示したように、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界Ｈｙに略比例するとともに、外部磁界Ｈｙが大きいほど大きくなる電圧Voyを出力するようになっている。

（磁気センサ１０の製造方法−ピンド層の磁化固定方法−）
次に、上記素子１１〜１４及び２１〜２４の製造方法（各ピンド層の磁化の固定方法）を説明する。先ず、平面図である図１０に示したように、後に基板１０ａとなる基板１０ａ−１の上に、上記素子１１〜１４及び２１〜２４を構成する膜Ｍを島状に複数形成する。これらの膜Ｍは、基板１０ａ−１が後の切断工程により図１０の鎖線にて示した切断線ＣＬに沿って切断されて図１に示した個々の磁気センサ１０に分割されたとき、素子１１〜１４及び２１〜２４が図１に示した基板１０ａ上の各位置に配置されるように形成される。なお、膜Ｍの形成方法については後に詳述する。

次に、図１１及び図１２に示したマグネットアレイ３０を準備する。図１１は、マグネットアレイ３０の平面図である。図１２は、図１１の２−２線に沿った平面にてマグネットアレイ３０を切断したマグネットアレイ３０の断面図である。このマグネットアレイ３０は、それぞれが直方体形状の複数の永久磁石（永久棒磁石）３１…３１と透明な石英ガラスからなるプレート３２と、を備えている。永久磁石３１…３１は正方格子状に配列され、各上面がプレート３２の下面に固定されている。永久磁石３１…３１は、永久磁石３１…３１の各端面を含む平面において、最短距離で隣接する磁極の極性が異なるように配列されている。

即ち、マグネットアレイ３０は、略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石３１を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石３１の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石３１の磁極の極性と異なるように配置・構成されたマグネットアレイである。

図１３は、上記永久磁石３１…３１を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。この図から明らかなように、永久磁石３１…３１の端面（前記磁極が形成された端面）では、一つのＮ極から同Ｎ極に最短距離で隣接するＳ極に向かう９０°ずつ方向が異なる磁界が形成される。本実施形態においては、この磁界を素子１１〜１４及び２１〜２４のピンド層の磁化の向きを固定する際の磁界として使用する。

次に、上記膜Ｍが形成された基板１０ａ−１をマグネットアレイ３０の上に配置する。このとき、図１４の平面図に示したように、基板１０ａ−１を切断線ＣＬにて切断したときに形成される正方形の「膜Ｍが隣接して形成されていない２辺」及びその２辺の交点を、永久磁石３１のＸ軸負方向側においてＹ軸に沿う辺とＹ軸負方向側においてＸ軸に沿う辺及びその２辺の交点とそれぞれ一致させるように、基板１０ａ−１とマグネットアレイ３０とを相対的に配置する。この結果、図１３及び図１４に矢印にて示したように、各膜Ｍに同各膜Ｍの幅狭帯状部の長手方向と直交する向きの磁界が加わる。

そして、この状態にある基板１０ａ−１及びマグネットアレイ３０を真空中で２５０℃〜２８０℃に加熱し、その後、４時間ほど放置する磁場中熱処理を実施する。これにより、固定層Ｐ（ピンド層Ｐｄ）の磁化の向き及び固定層Ｐ’（ピンド層Ｐ１）磁化の向きが固定される。

ところで、図３７に示したように、互いに近接した位置に互いに磁気検出方向が反平行（１８０度相違する）の通常ＧＭＲ素子を形成しようとすると、通常ＧＭＲ素子となる一つの膜Ｍ１に対して磁場中熱処理中に付与する磁界の向きと、通常ＧＭＲ素子となる他の一つの膜Ｍ２に対して磁場中熱処理中に付与する磁界の向きとは互いに反平行でなければならない。しかしながら、このように小さい領域に各大きさが大きい反平行の磁界を発生することは一般に困難である。このため、従来においては、二つの通常ＧＭＲ素子の距離を大きくし、マグネットアレイ３０の一つのＮ極から同Ｎ極に隣接する二つのＳ極に向う１８０度向きが相違する磁界（或いは、マグネットアレイ３０の一つのＳ極から同Ｓ極に隣接する二つのＮ極から同Ｓ極に向う１８０度向きが相違する磁界）を付与していた。

一方、図１５に示したように、通常ＧＭＲ素子となる膜Ｍ３及びＳＡＦ素子となる膜Ｍ４を上下方向に重ねて（近接して）形成しておき、これらに対し磁場中熱処理において同一方向の磁界を与えると、磁気検出方向が互いに反平行である巨大磁気抵抗効果素子が得られる。これは、通常ＧＭＲ素子となる膜の固定層Ｐのピンド層Ｐｄ（ＣｏＦｅ磁性層）及びＳＡＦ素子となる膜の固定層Ｐ’の第２強磁性体膜Ｐ２の磁化の向きは一致し、固定層Ｐ’の第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きは第２強磁性体膜Ｐ２の磁化の向きと反平行となるからである。

従って、この方法によれば、極めて狭い領域内に磁気検出方向が互いに１８０度異なる二つ以上の巨大磁気抵抗効果素子を形成することができる。

なお、実際には、このように磁場中熱処理を実施した後、バイアス磁石膜等の着磁などの必要な処理を行い、図１４に示した切断線ＣＬに沿って基板１０ａ−１を切断する。これにより、図１に示した磁気センサ１０と図１６に示した磁気センサ４０とが同時に多数個製造される。

この磁気センサ４０は、便宜上「Ｓタイプの磁気センサ４０」と称呼される。ここで磁気センサ４０について説明すると、磁気センサ４０は、巨大磁気抵抗効果素子４１〜４４，５１〜５４を備えている。素子４１，４２，５１及び５２は、通常ＧＭＲ素子であり、素子４３，４４，５３及び５４はＳＡＦ素子である。ＳＡＦ素子４３，４４，５３及び５４は、それぞれ通常ＧＭＲ素子４１，４２，５１及び５２の上部に重なるように形成されている。これらの素子のフリー層の初期状態における磁化の向き及びピンド層（スペーサ層に接する強磁性体膜）の固定された磁化の向き（従って、磁気検出方向と反平行の向き）は、図１６に示した通りである。なお、図１６において、実線の各円内にある二つの素子（例えば、素子４１と素子４３）は、基板１０ａの主面に直交する方向（Ｚ軸方向）において互いに重なって形成されていることを意味するものとする。

また、素子４１，４２，４３及び４４はそれぞれ第１，第２，第３及び第４Ｘ軸磁気検出素子と称呼され、磁気センサ１０の素子１１，１２，１３及び１４と同様にフルブリッジ接続されてＸ軸磁気センサを構成する。同様に、素子５１，５２，５３及び５４はそれぞれ第１，第２，第３及び第４Ｙ軸磁気検出素子と称呼され、磁気センサ１０の素子２１，２２，２３及び２４と同様にフルブリッジ接続されてＹ軸磁気センサを構成する。

（膜Ｍの製造方法）
次に、上述した膜Ｍ（通常ＧＭＲ素子となる膜及びＳＡＦ素子となる膜）の製造方法（膜形成工程）について説明する。

ステップ１；先ず、図１７の（Ａ）に示したように、基板１０ａを準備する。基板１０ａには上述したブリッジ接続のための配線１０ａ１と、配線１０ａ１を覆う絶縁層１０ａ２とからなる絶縁・配線層が形成されている。絶縁層１０ａ２には、ＶＩＡホールと呼ばれる接続孔が形成されている。ＶＩＡホールにより配線１０ａ１の一部が外部に露呈される。

ステップ２；図１７の（Ｂ）に示したように、バイアス磁石膜となる膜１１ｂ（バイアス磁石膜１１ｂ１〜１１ｂ７となるＣｏＣｒＰｔからなる膜）を基板１０ａの上面にスパッタリングによって成膜する。
ステップ３；図１７の（Ｃ）に示したように、バイアス磁石膜となる膜１１ｂの上面にレジストＲ１を形成し、そのレジストＲ１をバイアス磁石膜となる膜１１ｂの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストＲ１によるレジストマスクを形成する。

ステップ４；図１８の（Ａ）に示したように、イオンミリングによりバイアス磁石膜となる膜１１ｂの不要部分を除去する。
ステップ５；図１８の（Ｂ）に示したように、レジストＲ１を除去する。
ステップ６；図１８の（Ｃ）に示したように、図３（Ａ）に示した通常ＧＭＲ素子となる膜１１ａ（幅狭帯状部１１ａ１〜１１ａ６となる膜）を上面に形成する。

ステップ７；図１９の（Ａ）に示したように、上面にレジストＲ２を形成し、そのレジストＲ２を通常ＧＭＲ素子（１１，１２，２１，２２）となる膜１１ａの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストＲ２によるレジストマスクを形成する。
ステップ８；図１９の（Ｂ）に示したように、イオンミリングにより通常ＧＭＲ素子となる膜１１ａの不要部分を除去する。
ステップ９；図１９の（Ｃ）に示したように、レジストＲ２を除去する。

ステップ１０；図２０の（Ａ）に示したように、上面にＳｉＮからなる層間絶縁膜ＩＮをＣＶＤ法により成膜する。層間絶縁膜ＩＮはＳｉＯ_２であってもよい。
ステップ１１；図２０の（Ｂ）に示したように、上面であってＶＩＡホールを形成する部分以外を除く位置にレジストＲ３を形成する。即ち、レジストＲ３によるレジストマスクを形成する。
ステップ１２；図２０の（Ｃ）に示したように、イオンミリングにより層間絶縁膜ＩＮの不要部分を除去する。これにより、ＶＩＡホールが形成される。

ステップ１３；図２１の（Ａ）に示したように、レジストＲ３を除去する。
ステップ１４；図２１の（Ｂ）に示したように、上面にバイアス磁石膜となる膜１３ｂ（バイアス磁石膜１３ｂ１〜１３ｂ７となるＣｏＣｒＰｔからなる膜）をスパッタリングによって成膜する。
ステップ１５；図２１の（Ｃ）に示したように、バイアス磁石膜となる膜１３ｂの上面にレジストＲ４を形成し、そのレジストＲ４をバイアス磁石膜となる膜１３ｂの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストＲ４によるレジストマスクを形成する。

ステップ１６；図２２の（Ａ）に示したように、イオンミリングによりバイアス磁石膜となる膜１３ｂの不要部分を除去する。
ステップ１７；図２２の（Ｂ）に示したように、レジストＲ４を除去する。
ステップ１８；図２２の（Ｃ）に示したように、図７（Ａ）に示したＳＡＦ素子となる膜１３ａ（幅狭帯状部１３ａ１〜１３ａ６となる膜）を上面に形成する。

ステップ１９；図２３の（Ａ）に示したように、上面にレジストＲ５を形成し、そのレジストＲ５をＳＡＦ素子となる膜１３ａの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストＲ５によるレジストマスクを形成する。
ステップ２０；図２３の（Ｂ）に示したように、イオンミリングによりＳＡＦ素子となる膜１３ａの不要部分を除去する。
ステップ２１；図２３の（Ｃ）に示したように、レジストＲ５を除去する。
以上により、ＧＭＲ素子となる膜１１ａとＳＡＦ素子となる膜１３ａとが重なるように形成される。この後、上述した磁場中熱処理を行う。

なお、上記方法においては、通常ＧＭＲ素子となる膜を先に形成し、その後、ＳＡＦ素子となる膜を形成していたが、ＳＡＦ素子となる膜を先に形成し、その後、通常ＧＭＲ素子となる膜を形成してもよい。

このように、上記製造方法は、第１巨大磁気抵抗効果素子である通常ＧＭＲ素子となる膜１１ａ及び第２巨大磁気抵抗効果素子であるＳＡＦ素子となる膜１３ａを基板１０ａ（実際には、基板１０ａとなる基板１０ａ−１）上に形成する膜形成工程（ステップ１〜ステップ２１）と、その形成された各膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより同各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する磁場中熱処理工程と、を含む。

この磁場中熱処理工程により、通常ＧＭＲ素子（例えば、通常ＧＭＲ素子１１）の固定層のピンド層とＳＡＦ素子（例えば、ＳＡＦ素子１３）の固定層のピンド層との磁化を１８０度相違する向きに容易に固定することができるので、磁気検出方向が互いに１８０度相違する２つの巨大磁気抵抗効果素子を単一の基板上に容易に製造することができる。

また、前記磁場中熱処理工程は、マグネットアレイ（３０）によって形成される磁界を同磁場中熱処理工程中の磁界として用いる。従って、大量の磁気センサを一時に効率よく製造することができる。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の直交する二軸のそれぞれに磁気検出方向を有する巨大磁気抵抗効果素子及び磁気センサを容易に製造することができる。

更に、前記膜形成工程は、
基板の上にバイアス磁石膜となる膜（第１のバイアス磁石膜）１１ｂを形成する工程（ステップ２）と、
前記第１のバイアス磁石膜１１ｂの不要部分を除去する工程（ステップ３〜ステップ５）と、
第１巨大磁気抵抗効果素子（通常ＧＭＲ素子）となる膜及び第２巨大磁気抵抗効果素子（ＳＡＦ素子）となる膜のうちの一方の膜を基板の上に形成する第１膜形成工程（ステップ６）と、
前記形成された一方の膜の不要部分を除去する第１不要部除去工程（ステップ７〜ステップ９）と、
前記不要部分が除去された前記一方の膜を絶縁膜（ＩＮ）により覆う絶縁膜形成工程（ステップ１０）と、
絶縁膜（ＩＮ）の一部を除去してＶＩＡホールを形成する工程（ステップ１１〜ステップ１３）と、
絶縁膜（ＩＮ）の上にバイアス磁石膜となる膜（第２のバイアス磁石膜）１３ｂを形成する工程（ステップ１４）と、
前記第２のバイアス磁石膜１３ｂの不要部分を除去する工程（ステップ１５〜ステップ１７）と、
第１巨大磁気抵抗効果素子（通常ＧＭＲ素子）となる膜及び第２巨大磁気抵抗効果素子（ＳＡＦ素子）となる膜のうちの他方の膜を絶縁膜（ＩＮ）及び前記ＶＩＡホールの上に形成する第２膜形成工程（ステップ１８）と、
前記形成された他方の膜の不要部分を除去する第２不要部除去工程（ステップ１９〜ステップ２１）、
を含んでいる。

これにより、単一の基板上に通常ＧＭＲ素子となる膜及びＳＡＦ素子となる膜が連続的に形成される。

以上、説明したように、磁気センサ１０は、単一の基板１０ａ上に通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子を上下方向（基板の主面に直交する方向）に積層した構造を有するので、これらの素子となる膜に単一の方向の磁界を加えることにより、磁気検出方向が１８０度相違する素子を微小領域内に備えることができる。従って、磁気センサ１０は非常に小型の磁気センサとなる。

一方、磁気センサ１０において、巨大磁気抵抗効果素子１１〜１４，２１〜２４は、基板１０ａ上に形成されるとともに樹脂などにより被覆される。従って、基板１０ａや樹脂等が熱や外部から加わる応力などによって変形すると、巨大磁気抵抗効果素子１１〜１４，２１〜２４も熱や応力により変形し、その抵抗値が変化してしまう。この結果、磁気センサ１０のように、巨大磁気抵抗効果素子をブリッジ接続している磁気センサにおいては、ブリッジ回路のランスが崩れ、出力値が応力により変化してしまう。従って、かかる磁気センサは、外部磁界の大きさを精度良く検出できないという問題がある。

しかしながら、上記磁気センサ１０は、一つのフルブリッジ回路を形成する巨大磁気抵抗効果素子１１〜１４（又は、巨大磁気抵抗効果素子２１〜２４）は、基板１０ａ上の微小領域内に形成されているから、それらの素子には一様な応力（例えば、略同一の引張応力又は略同一の圧縮応力）が加わる。従って、各巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値は互いに同様に増大又は減少するので、ブリッジ回路のバランスが崩れてしまう可能性が低減する。この結果、磁気センサ１０は磁界を精度良く検出することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る磁気センサについて説明する。第２実施形態に係る磁気センサは、拡大平面図である図２４に示したように、通常ＧＭＲ素子の幅狭帯状部とＳＡＦ素子の幅狭帯状部とが平面視で交差するように、通常ＧＭＲ素子とＳＡＦ素子とが重ねられた磁気センサである。

より具体的に説明すると、第２実施形態に係る磁気センサは、第１実施形態に係る磁気センサ１０の第１素子群Ｇ１乃至第４素子群Ｇ４にそれぞれ代わる第１素子群Ｇ１’乃至第４素子群Ｇ４’を備えている。第１素子群Ｇ１’乃至第４素子群Ｇ４’は、基板１０ａにおける配置が異なる点を除き、互いに実質的に同一の構造を備えている。従って、以下、第１素子群Ｇ１’をこれらの代表例として、その構造について説明する。

第１素子群Ｇ１’の通常ＧＭＲ素子１１’は、図２４に示したように、複数の（この例では４個の）幅狭帯状部１１ａ１’〜１１ａ４’と、複数の（この例では５個の）バイアス磁石膜１１ｂ１’〜１１ｂ５’と、一対の接続部（端子部）１１ｃ１’，１１ｃ２’と、を備えている。

幅狭帯状部１１ａ１’は、幅狭帯状部１１ａ１’〜１１ａ４’の中で最もＸ軸正方向側に位置している。幅狭帯状部１１ａ１’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１１ａ１’のＹ軸正方向側の端部は、バイアス磁石膜１１ｂ１’の上に形成されている。バイアス磁石膜１１ｂ１’は接続部１１ｃ１’と接続されている。幅狭帯状部１１ａ１’のＹ軸負方向側の端部は、バイアス磁石膜１１ｂ２’の上に形成されている。

幅狭帯状部１１ａ２’は、幅狭帯状部１１ａ１’に隣接している。幅狭帯状部１１ａ２’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ反時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１１ａ２’のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ２’及びバイアス磁石膜１１ｂ３’の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ２’のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ２’の上部にて幅狭帯状部１１ａ１’のＹ軸負方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１１ａ３’は、幅狭帯状部１１ａ２’に隣接している。幅狭帯状部１１ａ３’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１１ａ３’のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ３’及びバイアス磁石膜１１ｂ４’の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ３’のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ３’の上部にて幅狭帯状部１１ａ２’のＹ軸正方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１１ａ４’は、幅狭帯状部１１ａ３’に隣接している。幅狭帯状部１１ａ４’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ反時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１１ａ４’のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ４’及びバイアス磁石膜１１ｂ５’の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１１ａ４’のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１１ｂ４’の上部にて幅狭帯状部１１ａ３’のＹ軸負方向端部と接続されている。バイアス磁石膜１１ｂ５’は接続部１１ｃ２’と接続されている。このように、通常ＧＭＲ素子１１’は、複数の幅狭帯状部をジグザグ状に配列し、それらを直列接続した素子である。

第１素子群Ｇ１’のＳＡＦ素子１３’は、複数の（この例では４個の）幅狭帯状部１３ａ１’〜１３ａ４’と、複数の（この例では５個の）バイアス磁石膜１３ｂ１’〜１３ｂ５’と、一対の接続部（端子部）１３ｃ１’，１３ｃ２’と、を備えている。

幅狭帯状部１３ａ１’は、幅狭帯状部１３ａ１’〜１３ａ４’の中で最もＸ軸正方向側に位置している。幅狭帯状部１３ａ１’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ反時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１３ａ１’のＹ軸負方向側の端部は、バイアス磁石膜１３ｂ１’の上に形成されている。バイアス磁石膜１３ｂ１’は接続部１３ｃ１’と接続されている。幅狭帯状部１３ａ１’のＹ軸正方向側の端部は、バイアス磁石膜１３ｂ２’の上に形成されている。

幅狭帯状部１３ａ２’は、幅狭帯状部１３ａ１’に隣接している。幅狭帯状部１３ａ２’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１３ａ２’のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ２’及びバイアス磁石膜１３ｂ３’の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ２’のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ２’の上部にて幅狭帯状部１３ａ１’のＹ軸正方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１３ａ３’は、幅狭帯状部１３ａ２’に隣接している。幅狭帯状部１３ａ３’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ反時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１３ａ３’のＹ軸負方向端部及びＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ３’及びバイアス磁石膜１３ｂ４’の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ３’のＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ３’の上部にて幅狭帯状部１３ａ２’のＹ軸負方向端部と接続されている。

幅狭帯状部１３ａ４’は、幅狭帯状部１３ａ３’に隣接している。幅狭帯状部１３ａ４’の長手方向は、Ｙ軸正方向から鋭角の角度θだけ時計方向に回転した角度に沿っている。幅狭帯状部１３ａ４’のＹ軸正方向端部及びＹ軸負方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ４’及びバイアス磁石膜１３ｂ５’の上にそれぞれ形成されている。幅狭帯状部１３ａ４’のＹ軸正方向端部は、バイアス磁石膜１３ｂ４’の上部にて幅狭帯状部１３ａ３’のＹ軸正方向端部と接続されている。バイアス磁石膜１３ｂ５’は接続部１３ｃ２’と接続されている。このように、ＳＡＦ素子１３’は、複数の幅狭帯状部をジグザグ状に配列し、それらを直列接続した素子である。また、ＳＡＦ素子１３’の各幅狭帯状部は、通常ＧＭＲ素子１１’の各幅狭帯状部の上方において平面視で同各幅狭帯状部と交差するように形成されている。なお、ＳＡＦ素子１３’の各幅狭帯状部と、通常ＧＭＲ素子１１’の各幅狭帯状部とが平面視で交差する部分には、少なくとも図示しない絶縁膜が形成されている。

この第２実施形態に係る磁気センサも、磁気センサ１０と同様、単一の基板１０ａ上に通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子を上下方向（基板の主面に直交する方向）に積層した構造を有するので、これらの素子となる膜に単一の方向の磁界を加えることにより、磁気検出方向が１８０度相違する素子を微小領域内に備えることができる。従って、第２実施形態に係る磁気センサも非常に小型の磁気センサとなる。なお、第６実施形態においては、通常ＧＭＲ素子１１’の上部に絶縁膜を介してＳＡＦ素子１３’が形成されていたが、ＳＡＦ素子１３’の上部に通常ＧＭＲ素子１１’が形成されてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る磁気センサについて説明する。図２５に示したように、この磁気センサ５０は、単一の基板５０ａ、通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇ、ＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓ、通常ＧＭＲ素子７１Ｇ〜７４Ｇ及びＳＡＦ素子８１Ｓ〜８４Ｓを備えている。なお、図２５において、実線の各円内にある二つの素子（例えば、素子５１Ｇと素子６１Ｓ）は、基板１０ａの主面に直交する方向（Ｚ軸方向）において絶縁体を介して互いに重なって形成されていることを意味するものとする。

基板５０ａは、基板１０ａと同様の形状を有するシリコンからなる薄板体である。

通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇ及び通常ＧＭＲ素子７１Ｇ〜７４Ｇのそれぞれは、上述した通常ＧＭＲ素子１１と同一の膜構造を備えている。ＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓ及びＳＡＦ素子８１Ｓ〜８４Ｓのそれぞれは、上述したＳＡＦ素子１３と同一の膜構造を備えている。また、これらの素子は、それぞれの磁気検出方向に同一の大きさの磁界が付与されたときに同一の抵抗値を示すとともに、同一の向き且つ大きさの応力を受けたとき、各抵抗値が同量だけ変化するように、スピンバルブ膜を構成する膜厚等が調整されている。

通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇ，７１Ｇ〜７４Ｇ及びＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓ，８１Ｓ〜８４Ｓは、以下の表１及び表２に示した第１乃至第８素子群を構成している。表１及び表２は、これらの素子群の形成位置、通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇ，７１Ｇ〜７４Ｇの固定層Ｐのピンド層Ｐｄの固定された磁化の向き、ＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓ，８１Ｓ〜８４Ｓの固定層Ｐ’のピンド層である第１強磁性体膜Ｐ１の固定された磁化の向き及び各素子の磁気検出方向等を示している。なお、図２５及び表１に示した第１領域〜第４領域の各領域内に形成された素子は、基板５０ａ等の変形により実質的に同一の応力を受ける。

なお、本実施形態において、各通常ＧＭＲ素子及び各ＳＡＦ素子は、表３に示したようにも称呼される。

磁気センサ５０は、図２６に示したように、第１Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ１と、第２Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ２と、差分回路５０ＸdifとからなるＸ軸磁気センサ５０Ｘを備えている。

第１Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ１は、図２７の（Ａ）に等価回路を示したように、４つの通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇが図２５において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。

より具体的に第１Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ１について述べると、通常ＧＭＲ素子５１Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子５３Ｇの一端とが接続されて第１回路要素が構成されている。通常ＧＭＲ素子５１Ｇの他端には第１電位（図示しない定電圧源により与えられる一定電圧）＋Ｖが付与されている。通常ＧＭＲ素子５３Ｇの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、通常ＧＭＲ素子５３Ｇの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

更に、通常ＧＭＲ素子５４Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子５２Ｇの一端とが接続されて第２回路要素が構成されている。通常ＧＭＲ素子５４Ｇの他端には第１電位＋Ｖが付与されている。通常ＧＭＲ素子５２Ｇの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、通常ＧＭＲ素子５２Ｇの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

そして、通常ＧＭＲ素子５１Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子５３Ｇの一端との接続箇所Q10の電位VQ10と、通常ＧＭＲ素子５４Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子５２Ｇの一端との接続箇所Q20の電位VQ20と、の電位差VoxConv（＝VQ10−VQ20）がセンサの出力値（通常ＧＭＲ素子出力値，通常ＧＭＲ素子Ｘ軸出力値）として取り出される。

なお、図２７の（Ａ）において、通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各通常ＧＭＲ素子が応力を受けていない場合、各通常ＧＭＲ素子が引張応力を受けた場合及び各通常ＧＭＲ素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Ｈｘに対する抵抗値Ｒの変化をそれぞれ示している。

従って、第１Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ１の出力VoxConvは、通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇに応力が加わっていないとき、図２７の（Ｂ）の実線により示したように、外部磁界Ｈｘに略比例するとともに、外部磁界Ｈｘが大きいほど小さくなる。

第２Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ２は、図２８の（Ａ）に等価回路を示したように、４つのＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓが図２５において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。

より具体的に第２Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ２について述べると、ＳＡＦ素子６１Ｓの一端とＳＡＦ素子６３Ｓの一端とが接続されて第３回路要素が構成されている。ＳＡＦ素子６１Ｓの他端には第１電位＋Ｖが付与されている。ＳＡＦ素子６３Ｓの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、ＳＡＦ素子６３Ｓの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

更に、ＳＡＦ素子６４Ｓの一端とＳＡＦ素子６２Ｓの一端とが接続されて第４回路要素が構成されている。ＳＡＦ素子６４Ｓの他端には第１電位＋Ｖが付与されている。ＳＡＦ素子６２Ｓの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、ＳＡＦ素子６２Ｓの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

そして、ＳＡＦ素子６１Ｓの一端とＳＡＦ素子６３Ｓの一端との接続箇所Q30の電位VQ30と、ＳＡＦ素子６４Ｓの一端とＳＡＦ素子６２Ｓの一端との接続箇所Q40の電位VQ40と、の電位差VoxSAF（＝VQ30−VQ40）がセンサの出力値（ＳＡＦ素子出力値，ＳＡＦ素子Ｘ軸出力値）として取り出される。

なお、図２８の（Ａ）において、ＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各ＳＡＦ素子が応力を受けていない場合、各ＳＡＦ素子が引張応力を受けた場合及び各ＳＡＦ素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Ｈｘに対する抵抗値Ｒの変化をそれぞれ示している。

従って、第２Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ２の出力VoxSAFは、ＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓに応力が加わっていないとき、図２８の（Ｂ）の実線により示したように、外部磁界Ｈｘに略比例するとともに、外部磁界Ｈｘが大きいほど大きくなる。

差分回路５０Ｘdifは、図２６に示したように、第２Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ２の出力VoxSAFから第１Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ１の出力VoxConvを減算して、その減算結果をＸ軸磁気センサ５０Ｘの出力値Voxとして出力する回路である。これにより、磁気センサ５０の出力Voxは、図２９に示したように、外部磁界Ｈｘに略比例するとともに、外部磁界Ｈｘが大きいほど大きくなる。

更に、磁気センサ５０は、図３０に示したように、Ｙ軸磁気センサ５０Ｙを備えている。Ｙ軸磁気センサ５０Ｙは、第１Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ１と、第２Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ２と、差分回路５０Ｙdifとからなっている。

第１Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ１は、図３１の（Ａ）に等価回路を示したように、４つの通常ＧＭＲ素子７１Ｇ〜７４Ｇが図２５において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。

より具体的に第１Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ１について述べると、通常ＧＭＲ素子７１Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子７３Ｇの一端とが接続されて第１１回路要素が構成されている。通常ＧＭＲ素子７１Ｇの他端には第１電位＋Ｖが付与されている。通常ＧＭＲ素子７３Ｇの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、通常ＧＭＲ素子７３Ｇの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

更に、通常ＧＭＲ素子７４Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子７２Ｇの一端とが接続されて第１２回路要素が構成されている。通常ＧＭＲ素子７４Ｇの他端には第１電位＋Ｖが付与されている。通常ＧＭＲ素子７２Ｇの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、通常ＧＭＲ素子７２Ｇの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

そして、通常ＧＭＲ素子７１Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子７３Ｇの一端との接続箇所Q50の電位VQ50と、通常ＧＭＲ素子７４Ｇの一端と通常ＧＭＲ素子７２Ｇの一端との接続箇所Q60の電位VQ60と、の電位差VoyConv（＝VQ50−VQ60）がセンサの出力値（通常ＧＭＲ素子出力値，通常ＧＭＲ素子Ｙ軸出力値）として取り出される。

なお、図３１の（Ａ）において、通常ＧＭＲ素子７１Ｇ〜７４Ｇの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各通常ＧＭＲ素子が応力を受けていない場合、各通常ＧＭＲ素子が引張応力を受けた場合及び各通常ＧＭＲ素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Ｈｙに対する抵抗値Ｒの変化をそれぞれ示している。

従って、第１Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ１の出力VoyConvは、通常ＧＭＲ素子７１Ｇ〜７４Ｇに応力が加わっていないとき、図３１の（Ｂ）の実線により示したように、外部磁界Ｈｙに略比例するとともに、外部磁界Ｈｙが大きいほど大きくなる。

第２Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ２は、図３２の（Ａ）に等価回路を示したように、４つのＳＡＦ素子８１Ｓ〜８４Ｓが図２５において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。

より具体的に第２Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ２について述べると、ＳＡＦ素子８１Ｓの一端とＳＡＦ素子８３Ｓの一端とが接続されて第１３回路要素が構成されている。ＳＡＦ素子８１Ｓの他端には第１電位＋Ｖが付与されている。ＳＡＦ素子８３Ｓの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、ＳＡＦ素子８３Ｓの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

更に、ＳＡＦ素子８４Ｓの一端とＳＡＦ素子８２Ｓの一端とが接続されて第１４回路要素が構成されている。ＳＡＦ素子８４Ｓの他端には第１電位＋Ｖが付与されている。ＳＡＦ素子８２Ｓの他端は、接地されている（ＧＮＤに接続されている。）。即ち、ＳＡＦ素子８２Ｓの他端には、第１電位と異なる第２電位が付与されている。

そして、ＳＡＦ素子８１Ｓの一端とＳＡＦ素子８３Ｓの一端との接続箇所Q70の電位VQ70と、ＳＡＦ素子８４Ｓの一端とＳＡＦ素子８２Ｓの一端との接続箇所Q80の電位VQ80と、の電位差VoySAF（＝VQ70−VQ80）がセンサの出力値（ＳＡＦ素子出力値，ＳＡＦ素子Ｙ軸出力値）として取り出される。

なお、図３２の（Ａ）において、ＳＡＦ素子８１Ｓ〜８４Ｓの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各ＳＡＦ素子が応力を受けていない場合、各ＳＡＦ素子が引張応力を受けた場合及び各ＳＡＦ素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Ｈｙに対する抵抗値Ｒの変化をそれぞれ示している。

従って、第２Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ２の出力VoySAFは、ＳＡＦ素子８１Ｓ〜８４Ｓに応力が加わっていないとき、図３２の（Ｂ）の実線により示したように、外部磁界Ｈｙに略比例するとともに、外部磁界Ｈｙが大きいほど小さくなる。

差分回路５０Ｙdifは、図３０に示したように、第１Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ１の出力VoyConvから第２Ｙ軸磁気センサ５０Ｙ２の出力VoySAFを減算して、その減算結果をＹ軸磁気センサ５０Ｙの出力値Voyとして出力する回路である。これにより、磁気センサ５０の出力Voyは、図３３に示したように、外部磁界Ｈｙに略比例するとともに、外部磁界Ｈｙが大きいほど大きくなる。

次に、このように構成された磁気センサ５０の作動について場合を分けて説明する。なお、Ｘ軸磁気センサ５０ＸとＹ軸磁気センサ５０Ｙは、磁界検出方向が９０度相違する点を除いて同様に作動する。従って、以下においては、Ｘ軸磁気センサ５０Ｘの作動について述べる。

（１）通常ＧＭＲ素子５１Ｇ〜５４Ｇ及びＳＡＦ素子６１Ｓ〜６４Ｓに応力が加わっていない場合。
このとき、Ｘ軸磁気センサ５０Ｘは、前述したように外部磁界Ｈｘが大きいほど大きくなる電圧Voxを出力する。

（２）第１領域内の素子群（通常ＧＭＲ素子５１Ｇ、ＳＡＦ素子６１Ｓ、通常ＧＭＲ素子５２Ｇ及びＳＡＦ素子６２Ｓ）に引張応力が加わり、第２領域内の素子群（通常ＧＭＲ素子５３Ｇ、ＳＡＦ素子６３Ｓ、通常ＧＭＲ素子５４Ｇ及びＳＡＦ素子６４Ｓ）に圧縮応力が加わった場合。

この場合、通常ＧＭＲ素子５１Ｇ及び通常ＧＭＲ素子５２Ｇの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に略一定値だけ増大する（図２７の素子５１Ｇ，５２Ｇに対応するグラフにおける破線を参照。）。また、通常ＧＭＲ素子５３Ｇ及び通常ＧＭＲ素子５４Ｇの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に同略一定値だけ減少する（図２７の素子５３Ｇ，５４Ｇに対応するグラフにおける二点鎖線を参照。）。この結果、第１Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ１の出力VoxConvは、図２７の（Ｂ）に一点鎖線により示したように、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず一定値だけ減少する。

一方、ＳＡＦ素子６１Ｓ及びＳＡＦ素子６２Ｓの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に一定値だけ増大する（図２８の素子６１Ｓ，６２Ｓに対応するグラフにおける破線を参照。）。また、ＳＡＦ素子６３Ｓ及びＳＡＦ素子６４Ｓの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に一定値だけ減少する（図２８の素子６３Ｓ，６４Ｓに対応するグラフにおける二点鎖線を参照。）。この結果、第２Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ２の出力VoxSAFは、図２８の（Ｂ）に一点鎖線により示したように、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず一定値だけ減少する。従って、この場合、出力VoxConv及び出力VoxSAFは共に一定値だけ減少するから、その差であるＸ軸磁気センサ５０Ｘの出力Ｖoxは変化しない。

（３）第１領域内の素子群（通常ＧＭＲ素子５１Ｇ、ＳＡＦ素子６１Ｓ、通常ＧＭＲ素子５２Ｇ及びＳＡＦ素子６２Ｓ）に圧縮応力が加わり、第２領域内の素子（通常ＧＭＲ素子５３Ｇ、ＳＡＦ素子６３Ｓ、通常ＧＭＲ素子５４Ｇ及びＳＡＦ素子６４Ｓ）に引張応力が加わった場合。

この場合、通常ＧＭＲ素子５１Ｇ及び通常ＧＭＲ素子５２Ｇの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に略一定値だけ減少する（図２７の素子５１Ｇ，５２Ｇに対応するグラフにおける二点鎖線を参照。）。また、通常ＧＭＲ素子５３Ｇ及び通常ＧＭＲ素子５４Ｇの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に同略一定値だけ増大する（図２７の素子５３Ｇ，５４Ｇに対応するグラフにおける破線を参照。）。この結果、第１Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ１の出力VoxConvは、図２７の（Ｂ）に破線により示したように、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず一定値だけ増大する。

一方、ＳＡＦ素子６１Ｓ及びＳＡＦ素子６２Ｓの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に一定値だけ減少する（図２８の素子６１Ｓ，６２Ｓに対応するグラフにおける二点鎖線参照。）。また、ＳＡＦ素子６３Ｓ及びＳＡＦ素子６４Ｓの抵抗値は、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず共に一定値だけ増大する（図２８の素子６３Ｓ，６４Ｓに対応するグラフにおける破線を参照。）。この結果、第２Ｘ軸磁気センサ５０Ｘ２の出力VoxSAFは、図２８の（Ｂ）に破線により示したように、外部磁界Ｈｘの大きさに拘わらず一定値だけ増大する。従って、この場合、出力VoxConv及び出力VoxSAFは共に一定値だけ増大するから、その差であるＸ軸磁気センサ５０Ｘの出力Ｖoxは変化しない。

（４）第１領域内の素子及び第２領域内の素子の総てに圧縮応力が加わった場合。
この場合、総ての素子の抵抗値は一定量だけ小さくなる。従って、出力VoxConv及び出力VoxSAFは変化しない。この結果、Ｘ軸磁気センサ５０Ｘの出力Ｖoxは変化しない。

（５）第１領域内の素子及び第２領域内の素子の総てに引張応力が加わった場合。
この場合、総ての素子の抵抗値は一定量だけ大きくなる。従って、出力VoxConv及び出力VoxSAFは変化しない。この結果、Ｘ軸磁気センサ５０Ｘの出力Ｖoxは変化しない。

以上、説明したように、第３実施形態に係る磁気センサ５０は、各素子に加わる応力が変化した場合であっても、外部磁界が変化しない限り一定の出力値を出力することができる。この結果、磁気センサ５０は磁界を精度良く検出することができる。

以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る磁気センサは、小型であって、素子が受ける応力の出力値への影響を極力小さくした磁気センサとなっている。なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、図３４の（Ａ）に示したように、磁気センサ１０の第１素子群Ｇ１（通常ＧＭＲ素子１１及びＳＡＦ素子１３）のみを基板Ｓｕｂ上に形成しておき、図３４（Ｂ）に示したように、ＳＡＦ素子１３と通常ＧＭＲ素子１１とをハーフブリッジ接続し、それらの素子の接続箇所Ｔ１の電位をＸ軸磁気センサの出力値Voxとしてもよい。即ち、上記各実施形態は、直交２軸方向検出型磁気センサであったが、本発明に従ってＸ軸磁気センサのみを備えた１軸方向検出型磁気センサを構成してもよい。また、図３５に示したように、固定抵抗Ｒfix1，Ｒfix2を含んでフルブリッジ回路を構成し、接続箇所Ｔ２の電位と接続箇所Ｔ３の電位との電位差をＸ軸磁気センサの出力値Voxとしてもよい。

更に、例えば、図８（Ａ）に示した回路において、ＳＡＦ素子１３と接続箇所Ｑ１との間に固定抵抗を直列接続するとともに、ＳＡＦ素子１４と接続箇所Ｑ２との間に他の固定抵抗を直列接続してもよい。また、各ＳＡＦ素子は、その幅狭帯状部のセンターラインＣＬ２が、通常ＧＭＲ素子の幅狭帯状部のセンターラインＣＬ１に一致するように、基板１０ａ上であって、通常ＧＭＲ素子の下部において通常ＧＭＲ素子に実質的に重なるように形成されてもよい。

本発明の第１実施形態に係る磁気センサ（Ｎタイプ）の平面図である。 図１に示した通常ＧＭＲ素子の拡大平面図である。 図３の（Ａ）は図１に示した通常ＧＭＲ素子の膜構成を示した図、図３の（Ｂ）は図１に示した通常ＧＭＲ素子の概念的斜視図、図３の（Ｃ）は図１に示した通常ＧＭＲ素子の外部磁界に対する抵抗値の変化を示したグラフである。 図１に示したＳＡＦ素子の拡大平面図である。 図１に示した第１素子群（通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子）の拡大平面図である。 図５の１−１線に沿った平面にて第１素子群を切断した概略断面図である。 図７の（Ａ）は図１に示したＳＡＦ素子の膜構成を示した図、図７の（Ｂ）は図１に示したＳＡＦ素子の概念的斜視図、図７の（Ｃ）は図１に示したＳＡＦ素子の外部磁界に対する抵抗値の変化を示したグラフである。 図８の（Ａ）は図１に示した磁気センサが備えるＸ軸磁気センサの等価回路図であり、図８の（Ｂ）は外部磁界のＸ軸正方向成分に対する同Ｘ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 図９の（Ａ）は図１に示した磁気センサが備えるＹ軸磁気センサの等価回路図であり、図９の（Ｂ）は外部磁界のＹ軸正方向成分に対する同Ｙ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 図１に示した磁気センサを製造するためのウエハ（基板）の部分平面図である。 図１に示した磁気センサのピンド層の磁化の向きを固定する際に使用するマグネットアレイの平面図である。 図１１の２−２線に沿った平面にてマグネットアレイを切断した同マグネットアレイの断面図である。 図１１に示したマグネットアレイの永久磁石を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。 図１１に示した磁気センサの通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子のピンド層の磁化の向きを固定する方法を示したマグネットアレイ及びウエハの部分平面図である。 通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子の磁場中熱処理時における磁界方向と得られる素子の特性との関係を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る磁気センサ（Ｓタイプ）の平面図である。 図１に示した磁気センサが備える通常ＧＭＲ素子及びＳＡＦ素子となる各膜を基板上に形成するための製造方法における一工程を示した図である。 図１７に続く製造工程を示した図である。 図１８に続く製造工程を示した図である。 図１９に続く製造工程を示した図である。 図２０に続く製造工程を示した図である。 図２１に続く製造工程を示した図である。 図２２に続く製造工程を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る磁気センサの第１素子群の拡大平面図である。 本発明の第３実施形態に係る磁気センサの平面図である。 図２５に示した磁気センサが備えるＸ軸磁気センサの回路構成を示したブロック図である。 図２７の（Ａ）は図２５に示した磁気センサが備える第１Ｘ軸磁気センサの等価回路図であり、図２７の（Ｂ）は外部磁界のＸ軸正方向成分に対する同第１Ｘ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 図２８の（Ａ）は図２５に示した磁気センサが備える第２Ｘ軸磁気センサの等価回路図であり、図２８の（Ｂ）は外部磁界のＸ軸正方向成分に対する同第２Ｘ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 外部磁界のＸ軸正方向成分に対する図２５に示した磁気センサが備えるＸ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 図２５に示した磁気センサが備えるＹ軸磁気センサの回路構成を示したブロック図である。 図３１の（Ａ）は図２５に示した磁気センサが備える第１Ｙ軸磁気センサの等価回路図であり、図３１の（Ｂ）は外部磁界のＹ軸正方向成分に対する同第１Ｙ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 図３２の（Ａ）は図２５に示した磁気センサが備える第２Ｙ軸磁気センサの等価回路図であり、図３２の（Ｂ）は外部磁界のＹ軸正方向成分に対する同第２Ｙ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 外部磁界のＹ軸正方向成分に対する図２５に示した磁気センサが備えるＹ軸磁気センサの出力の変化を示したグラフである。 図３４の（Ａ）は本発明の変形例に係る磁気センサの平面図であり、図３４の（Ｂ）は（Ａ）に示した磁気センサの等価回路図である。 本発明の他の変形例に係る磁気センサの等価回路図である。 図３６の（Ａ）は従来の磁気センサの等価回路図であり、図３６の（Ｂ）は同従来の磁気センサの外部磁界に対する出力の変化を示したグラフである。 通常ＧＭＲ素子の磁場中熱処理時における磁界方向と得られる素子の特性との関係を示した図である。 従来の磁気センサの平面図である。 従来の磁気センサの固定層の磁化の向きを固定する際に使用するマグネットアレイの永久磁石を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。 固定層の磁化の向きを固定する際の図３９に示したマグネットアレイとウエハとの位置関係を示した平面図である。

符号の説明

１０…磁気センサ（Ｎタイプ）、１１，１２，２１，２２…通常ＧＭＲ素子、１３，１４，２３，２４…ＳＡＦ素子、１１ａ…通常ＧＭＲ素子となる膜、１１ｂ…バイアス磁石膜となる膜、１３ａ…ＳＡＦ素子となる膜、１３ｂ…バイアス磁石膜となる膜、１１ａ１〜１１ａ６，１３ａ１〜１３ａ６…幅狭帯状部、１１ｂ１〜１１ｂ７，１３ｂ１〜１３ｂ７…バイアス磁石膜、３０…マグネットアレイ、３１…永久磁石、４０…磁気センサ（Ｓタイプ）、４１，４２，５１，５２…通常ＧＭＲ素子、４３，４４，５３，５４…ＳＡＦ素子、５０…磁気センサ、５１Ｇ〜５４Ｇ，７１Ｇ〜７４Ｇ…通常ＧＭＲ素子、６１Ｓ〜６４Ｓ，８１Ｓ〜８４Ｓ…ＳＡＦ素子、Ｅｂ…交換バイアス膜、Ｅｘ…交換結合膜、Ｆ…フリー層、Ｐ，Ｐ’…固定層、Ｐ１…ピンド層（第１強磁性体膜）、Ｐ２…第２強磁性体膜、Ｐｄ…ピンド層、Ｓ…スペーサ層。

Claims (6)

1. 単一の基板と、
   前記基板上に形成されるとともに、単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第１の向きに固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる第１巨大磁気抵抗効果素子と、
   前記基板上において前記第１巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに、第１強磁性体膜、同１強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第２強磁性体膜及び同第２強磁性体膜に接するピニング層からなり同第２強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第１強磁性体膜が同第２強磁性体膜と同交換結合膜を介して交換結合することにより同第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きと１８０度相違する第２の向きに固定されたピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる第２巨大磁気抵抗効果素子と、
   を備えた磁気センサ。
2. 請求項１に記載の磁気センサであって、
   前記基板上に形成されるとともに前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり、同単一膜固定層における固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きと直交する第３の向きに固定された第３巨大磁気抵抗効果素子と、
   前記基板上において前記第３巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり、同多重膜積層固定層における第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第３の向きと１８０度相違する第４の向きに固定された第４巨大磁気抵抗効果素子と、
   を更に備えた磁気センサ。
3. 単一の基板と、
   前記基板上に形成されるとともに、単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第１の向きに固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる第１巨大磁気抵抗効果素子と、
   前記基板上において前記第１巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに、第１強磁性体膜、同１強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第２強磁性体膜及び同第２強磁性体膜に接するピニング層からなり同第２強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第１強磁性体膜が同第２強磁性体膜と同交換結合膜を介して交換結合することにより同第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きと１８０度相違する第２の向きに固定されたピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる第２巨大磁気抵抗効果素子と、
   を備えた磁気センサの製造方法であって、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜を前記基板上にて重なるように形成する膜形成工程と、
   前記形成された各膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより同各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する磁場中熱処理工程と、
   を含む磁気センサの製造方法。
4. 請求項３に記載の磁気センサの製造方法において、
   前記磁場中熱処理工程は、
   略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石の磁極の極性と異なるように配置されたマグネットアレイによって形成される磁界を前記磁場中熱処理工程中の磁界として用いる磁気センサの製造方法。
5. 請求項３又は請求項４に記載の磁気センサの製造方法において、
   前記膜形成工程は、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの一方の膜を前記基板の上に形成する第１膜形成工程と、
   前記形成された一方の膜の不要部分を除去する第１不要部除去工程と、
   前記不要部分が除去された前記一方の膜を絶縁膜により覆う絶縁膜形成工程と、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第２巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの他方の膜を前記絶縁膜の上に形成する第２膜形成工程と、
   前記形成された他方の膜の不要部分を除去する第２不要部除去工程と、
   を含む磁気センサの製造方法。
6. 請求項１に記載の磁気センサであって、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子と前記第２巨大磁気抵抗効果素子とからなる一つの素子群である第１素子群が前記基板上の第１領域内に形成され、
   更に、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きに固定された第３巨大磁気抵抗効果素子及び前記基板上において同第３巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第２の向きに固定された第４巨大磁気抵抗効果素子からなる他の一つの素子群であって前記第１素子群に近接するように前記基板上の前記第１領域内に形成された第２素子群と、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第２の向きに固定された第５巨大磁気抵抗効果素子及び前記基板上において同第５巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きに固定された第６巨大磁気抵抗効果素子からなる他の一つの素子群であって前記第１領域とは離間した前記基板上の第２領域内に形成された第３素子群と、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第２の向きに固定された第７巨大磁気抵抗効果素子及び前記基板上において同第７巨大磁気抵抗効果素子の上部又は下部に重なるように形成されるとともに前記第２巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり前記固定層の第１強磁性体膜の磁化の向きが前記第１の向きに固定された第８巨大磁気抵抗効果素子からなる他の一つの素子群であって前記第３素子群に近接するように前記基板上の前記第２領域内に形成された第４素子群と、
   を備え、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第５巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第１回路要素を構成し、
   前記第３巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第７巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第２回路要素を構成し、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子の他端及び前記第７巨大磁気抵抗効果素子の他端に第１電位を付与するとともに前記第３巨大磁気抵抗効果素子の他端及び前記第５巨大磁気抵抗効果素子の他端に同第１電位と異なる第２電位を付与し、
   前記第１巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第５巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第３巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第７巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差を通常ＧＭＲ素子出力値として取得し、
   前記第２巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第６巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第３回路要素を構成し、
   前記第４巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第８巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第４回路要素を構成し、
   前記第２巨大磁気抵抗効果素子の他端及び前記第８巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第１電位を付与するとともに前記第４巨大磁気抵抗効果素子の他端及び前記第６巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第２電位を付与し、
   前記第２巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第６巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第４巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第８巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差をＳＡＦ素子出力値として取得し、
   前記通常ＧＭＲ素子出力値と前記ＳＡＦ素子出力値とに基づく値を出力するように構成された磁気センサ。
   

Images