WO2015146640A1

WO2015146640A1 - 電流センサ

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Publication number: WO2015146640A1
Application number: PCT/JP2015/057503
Authority: WO
Inventors: 治花ヶ崎; 涌井　幸夫
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JP2015187584A

Abstract

　電流センサは、検出対象とする電流が流れる検出用コイルと、配された位置における磁界に応じて抵抗値が変化する第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第３磁気抵抗効果素子及び第４磁気抵抗効果素子が電気的に接続され、各々の抵抗値の変化に基づいて上記検出対象とする電流に応じた電気信号を出力する出力回路と、を備え、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子は、それぞれ、検出用コイルに流れる電流により生じる磁界の特定方位の強度に応じて抵抗値が変化するように配され、第３磁気抵抗効果素子及び第４磁気抵抗効果素子は、それぞれ、検出用コイルに流れる電流により生じる磁界のうち上記特定方位と直交する成分の強度に応じて抵抗値が変化するように配されている。

Description

電流センサ

　本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサに関する。
　本願は、２０１４年３月２７日に、日本に出願された特願２０１４－０６５４００号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子）が知られている。この磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが所定の方位に固定（ピン）されたピンド層と、磁化の向きが外部磁場に応じて変化するフリー層とを備え、ピンド層の磁化の向きと、フリー層の磁化の向きとの相対関係に応じて抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気的に検知することで、外部磁場（磁界）の強度を把握することができる。

　また、上記ＧＭＲ素子を所定のコイルの近傍に配置し、当該コイルに流れる電流に応じて生じる磁界の強度をＧＭＲ素子の抵抗値の変化を介して読み取ることで、コイルに流れる電流を評価する電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電流センサによれば、外部磁場（外乱ノイズ）の影響を除外するため、特に、同一方向に一様に分布する外部磁場に対して抵抗変化がキャンセルされるような素子配置及び回路構成が考案されている。

米国特許第６３００６１７号明細書

　しかしながら、影響を除外すべき外部磁場は、必ずしも同一方向に一様に分布しているとは限らない。従来のＧＭＲ素子を用いた電流センサにおいて、このような様々な態様の外部磁場の影響を低減することは困難であった。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、様々な外部磁場の影響を低減可能とする電流センサを提供することを目的とする。

　本発明の一態様の電流センサは、検出対象とする電流が流れる検出用コイルと、磁界に応じて抵抗値が変化する第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第３磁気抵抗効果素子及び第４磁気抵抗効果素子が電気的に接続され、各々の抵抗値の変化に基づいて前記検出対象とする電流に応じた電気信号を出力する出力回路と、を備え、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、前記検出用コイルに流れる電流により生じる磁界の強度であって、方位が互いに逆向きの関係にある第１磁界強度及び第２磁界強度に応じて抵抗値が変化するようにそれぞれ配され、前記第３磁気抵抗効果素子及び前記第４磁気抵抗効果素子は、前記検出用コイルに流れる電流により生じる磁界の強度であって、方位が前記第１磁界強度及び前記第２磁界強度とは異なる方位であって互いに逆向きの関係にある第３磁界強度及び第４磁界強度に応じて抵抗値が変化するようにそれぞれ配されている。
　このような構成とすることで、外界から印加される磁界（外部磁場）の分布が不均一な場合であっても、互いに異なる感度方向を有する磁気抵抗効果素子同士が、当該不均一な磁界による抵抗値の変化を互いに打ち消し合うように作用する。一方、検出用コイルに流れる電流により生じる磁界に対しては、互いに逆向きの磁界強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子同士が、当該磁界による抵抗値の変化を強調するように作用する。

　上述の電流センサによれば、様々な外部磁場の影響を低減し、精度よく電流を検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電流センサの構造を示す平面図である。第１の実施形態に係る電流センサにおける磁気抵抗効果素子の構造を示す平面図である。図２Ａに示された磁気抵抗効果素子の図２Ａのα－α’線における断面図である。第１の実施形態に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る各磁気抵抗効果素子におけるピンド層およびフリー層の磁化の方位を示す図である。第１の実施形態に係る電流センサにおける検出用コイルに電流が印加された場合の動作を示す平面図である。第１の実施形態に係る電流センサに、一様に分布する外部磁場が印加された場合の動作を示す平面図である。第１の実施形態に係る電流センサに、不均一な外部磁場が印加された場合の動作を示す平面図である。直線状の一様な外部磁場に対する第１の実施形態に係る電流センサの動作を示す表である。円弧上に不均一に分布する外部磁場に対する第１の実施形態に係る電流センサの動作を示す表である。第１の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明する斜視図である。図１０に示された製造方法に用いられるマグネットアレイを示す平面図である。図１１Ａに示されたマグネットアレイによる磁気抵抗効果素子の磁化方法を示す平面図である。第２の実施形態に係る電流センサの構造を示す図である。第２の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明する図である。第１の実施形態の変形例に係る電流センサの構造を示す図である。

＜第１の実施形態＞
［電流センサの構造］
　以下、第１の実施形態に係る電流センサについて説明する。
　第１の実施形態に係る電流センサは、入力される電流を磁気抵抗効果素子により検出可能とし、例えば、入力信号線と出力信号線とを絶縁しながら信号の伝達が可能なアイソレータとして用いられる。

［電流センサの構造］
　図１は、第１の実施形態に係る電流センサの構造を示す平面図である。
　図１に示すように、第１の実施形態に係る電流センサ１は、検出用コイル１０の上方（＋Ｚ方向）に、４つの磁気抵抗効果素子（第１磁気抵抗効果素子２００、第２磁気抵抗効果素子２０１、第３磁気抵抗効果素子２０２、第４磁気抵抗効果素子２０３）が積層された構造を成している。
　なお、本実施形態において、電流センサ１は、半導体ウェハ（図１には図示せず）に対して、所定の製造プロセス（成膜、パターニング、エッチング等）を経て、当該半導体ウェハの平坦面上に複数形成される。

　検出用コイル１０は、図１に示すように、半導体ウェハの平坦面において、導電材料（アルミや銅等）が略正方形状に巻回されて成る。検出用コイル１０は、その端部に接続端子Ｔ１、Ｔ２を有しており、当該検出用コイル１０には、接続端子Ｔ１、Ｔ２を通じて外部から検出対象とする電流が流れる。

　第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３は、検出用コイル１０に流れる電流により生じる磁界の強度に応じて抵抗が変化する、いわゆるスピンバルブ型のＧＭＲ素子を成している。第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３の具体的な構造及び機能については後述する。
　また、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３は、所定の配線（後述の配線層１１０、１１１（図２Ａおよび２Ｂ））を介して電気的に接続され、各々の抵抗値の変化に基づいて、検出用コイル１０に流れる電流に応じた電気信号を出力する出力回路２０（図３）を構成する。

　図１に示すように、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１は、紙面横方向（±Ｘ方向）を長手方向とするように形成された略長方形状に形成される。同様に、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３は、紙面縦方向（±Ｙ方向）を長手方向とするように形成された略長方形状に形成される。

　第１磁気抵抗効果素子２００は、長手方向が、略正方形状の検出用コイル１０のうち紙面上側（＋Ｙ方向側）の辺に沿って延伸するように配される。同様に、第２磁気抵抗効果素子２０１は、長手方向が、略正方形状の検出用コイル１０のうち紙面下側（－Ｙ方向側）の辺に沿って延伸するように配される。さらに、第３磁気抵抗効果素子２０２は、長手方向が、略正方形状の検出用コイル１０のうち紙面左側（－Ｘ方向側）の辺に沿って延伸するように配される。そして、第４磁気抵抗効果素子２０３は、長手方向が、略正方形状の検出用コイル１０のうち紙面右側（＋Ｘ方向側）の辺に沿って延伸するように配される。

　図２Ａおよび図２Ｂは、第１の実施形態に係る電流センサにおける磁気抵抗効果素子の構造を示す図である。
　例として、図２Ａおよび図２Ｂは、図１に示す第３磁気抵抗効果素子２０２の具体的な構造を示している。なお、他の３つの磁気抵抗効果素子の構造も、第３磁気抵抗効果素子２０２の構造と同一であるため、説明を省略する。

　図２Ａは、第３磁気抵抗効果素子２０２を上方（＋Ｚ方向側（図１参照））から平面視した場合の模式図であり、図２Ｂは、図２Ａにおけるα－α’の断面図である。
　図２Ａに示すように、第３磁気抵抗効果素子２０２は、平面視で長方形を成し、その長手方向が±Ｙ方向に沿うように配される。第３磁気抵抗効果素子２０２は、配線層１１０、１１１により他の素子等と接続される。例えば、配線層１１０、１１１には、それぞれ図示しない定電圧源の正極及び負極等が接続される。この定電圧源による所定の電源電圧Ｖｉｎ＋（例えば、３Ｖ）及び接地電圧Ｖｉｎ－（例えば、０Ｖ）の印加に応じて、配線層１１０（配線層１１１）から第３磁気抵抗効果素子２０２を介して配線層１１１（配線層１１０）へと電流が流れる。

　図２Ｂに示すように、第３磁気抵抗効果素子２０２は、反強磁性材料からなるピニング層２０ａ、ピニング層２０ａにより磁化の方位が固定されたピンド層２０ｂ、非磁性材料からなるスペーサ層２０ｃ、および、配された位置における磁界（外部磁場）に応じて磁化の方位が変化するフリー層２０ｄ、を含む積層構造を成している。
　この積層構造により、第３磁気抵抗効果素子２０２は、印加される外部磁場に応じて配線層１１０と配線層１１１間の抵抗値が変化するので、自身が配された位置における外部磁場の磁界強度を検出することができる。
　なお、図２Ａおよび図２Ｂに示された第３磁気抵抗効果素子２０２の構造は一例であって、その構造は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の機能を発揮できる限度において適宜変更可能である。例えば、フリー層２０ｄと、ピンド層２０ｂ及びピニング層２０ａと、の成膜順序は入れ替え可能であり、さらに、磁気抵抗効果素子としての特性改善のため、上記以外の層が挿入されていてもよい。
　また、ピニング層２０ａ、ピンド層２０ｂ、スペーサ層２０ｃ及びフリー層２０ｄの各々に用いる材料や成膜条件等については、既知の製造技術が適用可能であるため、詳細な説明を省略する。なお、ピンド層の磁化の方位を所望の方位に固定する規則化熱処理工程については後述する。

［電流センサの回路構成］　次に、図１に示した第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３により構成される電流センサの出力回路２０の回路構成について、図３を参照しながら説明する。
　図３に示すように、出力回路２０において、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１は、電源端子Ｑ１と接地端子Ｑ２との間に直列に接続される。第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３は、同様に、電源端子Ｑ１と接地端子Ｑ２との間に直列に接続される。ここで、電源端子Ｑ１、接地端子Ｑ２には図示しない定電圧源の正極、負極がそれぞれ接続され、電源端子Ｑ１には電源電圧Ｖｉｎ＋（例えば、３Ｖ）が印加され、接地端子Ｑ２には接地電圧Ｖｉｎ－（例えば、０Ｖ）が印加される。このように、出力回路２０は、４つの磁気抵抗効果素子が直並列に接続されたブリッジ回路を成し、第１磁気抵抗効果素子２００と第２磁気抵抗効果素子２０１との間の電位Ｖａと、第３磁気抵抗効果素子２０２と第４磁気抵抗効果素子２０３との間の電位Ｖｂと、の電位差（Ｖａ－Ｖｂ）に応じた出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
　なお、増幅器２０４は、電位Ｖａと電位Ｖｂとの間の電位差を増幅して、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する回路である。

［磁化の方位］
　図４は、第１の実施形態に係る各磁気抵抗効果素子におけるピンド層およびフリー層の磁化の方位を示す図である。
　本実施形態に係る電流センサ１の各磁気抵抗効果素子におけるピンド層２０ｂは、後述する規則化熱処理工程によって磁化が所定の方位に固定（ピン）される。
　具体的には、図４に示すように、第１磁気抵抗効果素子２００のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１は、＋Ｙ方向に固定される。また、第２磁気抵抗効果素子２０１のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ２は、第１磁気抵抗効果素子２００のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１と同じ＋Ｙ方向に固定される（方位Ｐ２＝方位Ｐ１）。
　同様に、第３磁気抵抗効果素子２０２のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３は、＋Ｘ方向に固定される。また、第４磁気抵抗効果素子２０３のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ４は、第３磁気抵抗効果素子２０２のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３と同じ＋Ｘ方向に固定される（方位Ｐ４＝方位Ｐ３）。

　一方、外部磁場が印加されない状態（初期状態）におけるフリー層２０ｄの磁化の方位は、その形状異方性に基づいて決定される。
　具体的には、第１磁気抵抗効果素子２００のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１は、初期状態（外部磁場が印加されない状態）において、その長手方向に沿う＋Ｘ方向を向く。また、第２磁気抵抗効果素子２０１のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ２は、その長手方向に沿う方位であって、第１磁気抵抗効果素子２００のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１と同じ＋Ｘ方向を向く（方位Ｆ２＝方位Ｆ１）。
　同様に、第３磁気抵抗効果素子２０２のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３は、初期状態において、その長手方向沿う＋Ｙ方向を向く。また、第４磁気抵抗効果素子２０３のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ４は、その長手方向に沿う方位であって、第３磁気抵抗効果素子２０２のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３と同じ＋Ｙ方向を向く（方位Ｆ４＝方位Ｆ３）。

　このように、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１は、各々のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１、Ｐ２が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１、Ｆ２が互いに同一とされている。
　同様に、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３は、各々のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３、Ｐ４が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３、Ｆ４が互いに同一とされている。

　さらに、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１の長手方向と、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３の長手方向とが、互いに直交するように設けられている。これにより、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１、Ｆ２の向きと、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３、Ｆ４の向きとは互いに直交する。

　また、図４に示すように、本実施形態においては、各第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１～Ｐ４と、初期状態におけるフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１～Ｆ４とは、互いに直交するように設けられる。

　上記実施形態における電流センサにおいて、前記出力回路は、電源端子と接地端子の間において、前記第１磁気抵抗効果素子と前記第２磁気抵抗効果素子とが直列に接続されるとともに、前記第３磁気抵抗効果素子と前記第４磁気抵抗効果素子とが直列に接続されたブリッジ回路を成している。
　このような構成とすることで、より簡素に、互いに異なる感度方向を有する磁気抵抗効果素子同士を通じて不均一な磁界による抵抗値の変化を互いに打ち消し合うように作用させることができる。同時に、互いに逆向きの磁界強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子同士を通じて当該磁界による抵抗値の変化を強調するように作用させることができる。

［電流センサの動作］
　次に、第１の実施形態に係る電流センサ１の動作について、図５～図７を参照しながら詳細に説明する。

　図５は、検出用コイル１０に、検出対象とする電流が流れている場合における電流センサ１の動作を説明する図である。
　図５を参照しながら、例として、端子Ｔ１から端子Ｔ２までに計測対象とする電流が供給された場合を説明する。端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けて電流が流れると、この電流は、図５の反時計回りに検出用コイル１０を流れる。検出用コイル１０の周囲には、反時計回りに流れる電流に基づく所定の外部磁場が発生する。
　例えば、略正方形状の検出用コイル１０の＋Ｙ方向側の辺の上方（＋Ｚ方向側）には、上記電流に基づいて、＋Ｙ方向の外部磁場Ｈｙ＋が生じる（図５参照）。同様に、検出用コイル１０の－Ｙ方向側の辺の上方には、上記電流に基づいて、－Ｙ方向の外部磁場Ｈｙ－が生じる。また、検出用コイル１０の－Ｘ方向側の辺の上方には、上記電流に基づいて、－Ｘ方向の外部磁場Ｈｘ－が生じる。そして、検出用コイル１０の＋Ｘ方向側の辺の上方には、上記電流に基づいて、＋Ｘ方向の外部磁場Ｈｘ＋が生じる。

　ここで、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３は、各々が配された位置における磁界強度、即ち外部磁場Ｈｘ＋、Ｈｘ－、Ｈｙ＋、Ｈｙ－の磁界強度に応じて各々の抵抗値が変化する。
　具体的には、第１磁気抵抗効果素子２００は、検出用コイル１０に流れる電流に基づいて外部磁場Ｈｙ＋が印加されることで、フリー層２０ｄにおける磁化の方位Ｆ１が＋Ｙ方向に傾く（図５参照）。そうすると、第１磁気抵抗効果素子２００におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１とが成す角度が小さくなるため、第１磁気抵抗効果素子２００の抵抗値は減少する。
　同様に、第２磁気抵抗効果素子２０１は、検出用コイル１０に流れる電流に基づいて外部磁場Ｈｙ－が印加されることで、フリー層２０ｄにおける磁化の方位Ｆ２が－Ｙ方向に傾く（図５参照）。そうすると、第２磁気抵抗効果素子２０１におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ２と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ２とが成す角度が大きくなるため、第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値は増加する。
　また、第３磁気抵抗効果素子２０２は、検出用コイル１０に流れる電流に基づいて外部磁場Ｈｘ－が印加されることで、フリー層２０ｄにおける磁化の方位Ｆ３が－Ｘ方向に傾く（図５参照）。そうすると、第３磁気抵抗効果素子２０２におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３とが成す角度が大きくなるため、第３磁気抵抗効果素子２０２の抵抗値は増加する。
　また、第４磁気抵抗効果素子２０３は、検出用コイル１０に流れる電流に基づいて外部磁場Ｈｘ＋が印加されることで、フリー層２０ｄにおける磁化の方位Ｆ４が＋Ｘ方向に傾く（図５参照）。そうすると、第４磁気抵抗効果素子２０３におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ４と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ４とが成す角度が小さくなるため、第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は減少する。

　このように、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１は、それぞれ、検出用コイル１０に流れる電流により生じる磁界の強度であって、方位が互いに逆向きの関係にある外部磁場Ｈｙ＋の磁界強度（第１磁界強度）、及び、外部磁場Ｈｙ－の磁界強度（第２磁界強度）に応じて抵抗値が変化するように配される。
　同様に、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３は、それぞれ、検出用コイル１０に流れる電流により生じる磁界の強度であって、外部磁場Ｈｙ＋、Ｈｙ－（第１磁界強度、第２磁界強度）と直交する方位で、かつ、互いに逆向きの関係にある外部磁場Ｈｘ＋の磁界強度（第３磁界強度）及び外部磁場Ｈｘ－の磁界強度（第４磁界強度）に応じて抵抗値が変化するように配されている。

　出力回路２０（図３）は、上述の第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３の各抵抗値の変化に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔを変化させる。電流センサ１は、この出力電圧Ｖｏｕｔの変化に基づいて、検出対象とする電流の電流値を特定する。

　ここで、紙面反時計回りに検出対象とする電流が検出用コイル１０を流れる場合（図５）における出力電圧Ｖｏｕｔの変化を、図３を参照しながら具体的に説明する。上述したように、検出用コイル１０を紙面反時計回りに電流が流れる場合、第１磁気抵抗効果素子２００の抵抗値は減少し、第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値は増加する。したがって、出力回路２０における電位Ｖａは上昇する。また、第３磁気抵抗効果素子２０２の抵抗値は増加し、第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は減少する。したがって、電位Ｖｂは下降する。
　一方、検出用コイル１０を流れる電流の向きが逆（紙面時計回り）の場合、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は、各々上記と逆の変化を示し、したがって、電位Ｖａ、Ｖｂの変化の方向も逆になる。
　このように、電位Ｖａと、電位Ｖｂとは、検出用コイル１０を流れる電流に対し、常に、互いに異なる変化（上昇又は下降）を示す。これにより、検出対象とする電流の大きさに応じた出力電圧Ｖｏｕｔの変化が大きくなるので、電流センサ１は、電流を精度よく検出することができる。

　次に、図６を参照しながら、外界から直線状（＋Ｘ方向）に一様に分布する外部磁場Ｈｅｘ＋が印加された場合における電流センサ１の動作について説明する。
　この場合、第３磁気抵抗効果素子２０２、及び、第４磁気抵抗効果素子２０３は、各々が配された位置における外部磁場Ｈｅｘ＋の磁界強度に応じて各々の抵抗値が変化する。
　具体的には、第３磁気抵抗効果素子２０２は、外界から直線状に一様に分布する外部磁場Ｈｅｘ＋が印加されることで、フリー層２０ｄにおける磁化の方位Ｆ３が＋Ｘ方向に傾く（図６参照）。そうすると、第３磁気抵抗効果素子２０２におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３とが成す角度が小さくなるため、第３磁気抵抗効果素子２０２の抵抗値は減少する。
　同様に、第４磁気抵抗効果素子２０３は、外界から直線状に一様に分布する外部磁場Ｈｅｘ＋が印加されることで、フリー層２０ｄにおける磁化の方位Ｆ４が＋Ｘ方向に傾く（図６参照）。そうすると、第４磁気抵抗効果素子２０３におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ４と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ４とが成す角度が小さくなるため、第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値も減少する。このとき、外部磁場Ｈｅｘ＋の磁界強度が一様に分布しているとすると、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３の各々における抵抗値の変化（減少）の量は同等となる。

　一方、第１磁気抵抗効果素子２００、及び、第２磁気抵抗効果素子２０１のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１、Ｆ２は、外部磁場Ｈｅｘ＋に平行な方位を向いているため、当該外部磁場Ｈｅｘ＋に基づいて方位が変化しない。したがって、＋Ｘ方向の一様な外部磁場Ｈｅｘ＋によっては、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値は変化しない。
　例えば、外界から＋Ｙ方向の一様な外部磁場Ｈｅｙ＋が印加された場合は、上記とは逆に、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は変化せずに、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値が同等に減少する。

　ここで、外界から＋Ｘ方向の一様な外部磁場Ｈｅｘ＋が印加される場合における出力電圧Ｖｏｕｔの変化を、図３を参照しながら具体的に説明する。上述したように、外部磁場Ｈｅｘ＋が印加される場合、第１磁気抵抗効果素子２００、及び、第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値は変化しない。したがって、出力回路２０における電位Ｖａは変化しない。また、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は共にほぼ同等に減少する。そうすると、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３の各々における電圧降下の度合いが釣り合うため、結局、電位Ｖｂも変化しない。
　一方、外界から＋Ｙ方向の一様な外部磁場Ｈｅｙ＋が印加される場合においては、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は変化せず、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値が同等に減少するため、電位Ｖａ、Ｖｂは、同様に変化しない。
　このように、出力回路２０は、外界からの直線状に一様に分布する外部磁場（外部磁場Ｈｅｘ＋、Ｈｅｙ＋、又は、これらと逆方向の外部磁場Ｈｅｘ－、Ｈｅｙ－等）に対しては、出力電圧Ｖｏｕｔが変化しない。したがって、電流センサ１は、外界からの直線状の一様な外部磁場の影響を排することができ、検出対象とする電流を一層精度よく検出することができる。

　次に、図７を参照しながら、外界から円弧状に分布する不均一な外部磁場Ｈｅｒ１、Ｈｅｒ２が印加された場合における電流センサ１の動作について説明する。
　例えば、円弧状に分布する外部磁場Ｈｅｒ１、Ｈｅｒ２は、電流センサ１が設置される付近の紙面右下（＋Ｘ、－Ｙ方向側）を、紙面奥手方向（－Ｚ方向）に流れる外部電流に基づくものである。この場合、外部磁場Ｈｅｒ１、Ｈｅｒ２は、外部電流に対し時計回りに生じ、電流センサ１を左下から右上（－Ｘ、－Ｙ方向側から＋Ｘ、＋Ｙ方向側）に通過するように印加される。なお、外部磁場Ｈｅｒ２の磁界強度は外部磁場Ｈｅｒ１の磁界強度に比べて小さいものとなる。

　このような円弧状に不均一に分布する外部磁場Ｈｅｒ１、Ｈｅｒ２が印加された場合、まず、第２磁気抵抗効果素子２０１及び第４磁気抵抗効果素子２０３には、比較的強い外部磁場Ｈｅｒ１の影響を受けてフリー層２０ｄの磁化の方位が大きく変化する。
　具体的には、第２磁気抵抗効果素子２０１のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ２は、外部磁場Ｈｅｒ１の＋Ｙ方向成分の影響を受けて＋Ｙ方向に傾く。そうすると、第２磁気抵抗効果素子２０１におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ２と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ２とが成す角度が小さくなるため、第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値は減少する。
　同様に、第４磁気抵抗効果素子２０３のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ４は、外部磁場Ｈｅｒ１の＋Ｘ方向成分の影響を受けて＋Ｘ方向に傾く。そうすると、第４磁気抵抗効果素子２０３におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ４と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ４とが成す角度が小さくなるため、第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は減少する。

　一方、第１磁気抵抗効果素子２００及び第３磁気抵抗効果素子２０２には、比較的弱い外部磁場Ｈｅｒ２の影響を受けてフリー層２０ｄの磁化の方位が小さく変化する。
　具体的には、第１磁気抵抗効果素子２００のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１は、外部磁場Ｈｅｒ２の＋Ｙ方向成分の影響を受けて＋Ｙ方向に傾く。そうすると、第１磁気抵抗効果素子２００におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１とが成す角度が小さくなるため、第１磁気抵抗効果素子２００の抵抗値は減少する。ただし、第１磁気抵抗効果素子２００における抵抗値の減少の度合いは、第２磁気抵抗効果素子２０１と比較して小さいものとなる。
　同様に、第３磁気抵抗効果素子２０２のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３は、外部磁場Ｈｅｒ２の＋Ｘ方向成分の影響を受けて＋Ｘ方向に傾く。そうすると、第３磁気抵抗効果素子２０２におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ３とが成す角度が小さくなるため、第３磁気抵抗効果素子２０２の抵抗値は減少する。ただし、第３磁気抵抗効果素子２０２における抵抗値の減少の度合いは、第４磁気抵抗効果素子２０３と比較して小さいものとなる。

　ここで、外界から円弧状に不均一に分布する外部磁場Ｈｅｒ１、Ｈｅｒ２が印加される場合における出力電圧Ｖｏｕｔの変化を、図３を参照しながら具体的に説明する。
　上述したように、第２磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値は、外部磁場Ｈｅｒ１の影響を受けて大きく減少する一方、第１磁気抵抗効果素子２００の抵抗値は、外部磁場Ｈｅｒ２の影響を受けて小さく減少する。そうすると、第１磁気抵抗効果素子２００における電圧降下よりも第２磁気抵抗効果素子２０１における電圧降下が小さくなるため、電位Ｖａは下降する。
　同様に、第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は、外部磁場Ｈｅｒ１の影響を受けて大きく減少する一方、第３磁気抵抗効果素子２０２の抵抗値は、外部磁場Ｈｅｒ２の影響を受けて小さく減少する。そうすると、第３磁気抵抗効果素子２０２における電圧降下よりも第４磁気抵抗効果素子２０３における電圧降下が小さくなるため、電位Ｖａと同じく電位Ｖｂも下降する。
　このように、電位Ｖａと電位Ｖｂは同程度に下降するため、電位Ｖａと電位Ｖｂとの電位差に応じた出力電圧Ｖｏｕｔは結局変化しない。即ち、出力回路２０は、外界からの不均一な円弧状の外部磁場（外部磁場Ｈｅｒ１、Ｈｅｒ２）に対しては、出力電圧Ｖｏｕｔが変化しない。したがって、電流センサ１は、外界からの不均一な外部磁場Ｈｅｒ１、Ｈｅｒ２の影響を排することができ、検出対象とする電流を一層精度よく検出することができる。

　上述した実施形態の電流センサにおいて、前記第１磁気抵抗効果素子乃至前記第４磁気抵抗効果素子は、磁化の方位が固定されたピンド層と、配された位置における磁界に応じて磁化の方位が変化するフリー層と、を含む積層構造を成しており、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、各々のピンド層の磁化の方位が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層の磁化の方位が互いに同一とされ、前記第３磁気抵抗効果素子及び前記第４磁気抵抗効果素子は、各々のピンド層の磁化の方位が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層の磁化の方位が互いに同一とされている。
　このような構成とすることで、外界から一様な外部磁場が印加された際に、ピンド層及びフリー層の磁化の方位が同一の第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子、又は、第３磁気抵抗効果素子及び第４磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化がほぼ同一となって打ち消し合うため、外界から印加される一様な外部磁場の影響も一層低減することができる。

　図８には、直線状の一様な外部磁場に対する電流センサ１（出力回路２０）の動作を示している。また、図９には、円弧状に不均一に分布する他の外部磁場に対する電流センサ１（出力回路２０）の動作を示している。
　なお、図８、図９において、記号“Ｈ”、“ｈ”は、当該磁気抵抗効果素子において抵抗値が増加すること示し、記号“Ｌ”、“ｌ”は、抵抗値が減少することを示している。また、記号“ｈ”は、記号“Ｈ”の場合と比較して、抵抗値の増加の度合いが小さいことを示している。さらに、記号“ｌ”は、記号“Ｌ”の場合と比較して、抵抗値の減少の度合いが小さいことを示している。記号“－”は、抵抗値の変化がないことを示している。
　また、記号“ＵＰ”、“ＤＯＷＮ”は、それぞれ、電位Ｖａ、Ｖｂの各々が“上昇”または“下降”することを示しており、記号“Ｃ”は、電位Ｖａ、Ｖｂの変化がないことを示している。

　図８に示すように、電位Ｖａ及び電位Ｖｂは、直線状に一様に分布する外部磁場の全ての分類について変化しない。したがって、出力回路２０の出力電圧Ｖｏｕｔは、直線状に一様に分布する外部磁場によっては変動しない。
　また、図９に示すように、電位Ｖａと電位Ｖｂは、円弧状に不均一に分布する外部磁場の全ての分類について、同じ変化（上昇又は下降）を示す。したがって、その電位差（Ｖａ－Ｖｂ）に応じた出力電圧Ｖｏｕｔは変化しない。
　一方、図８、図９に示す通り、電位Ｖａと電位Ｖｂとが逆方向に変化するのは、検出用コイル１０に電流が流れた場合のみである。

［効果］
　このように、本実施形態に係る電流センサ１は、外界から印加される磁界（外部磁場）の分布が不均一な場合であっても、互いに異なる感度方向（最も抵抗値の変化が大きくなる磁界の方向）を有する磁気抵抗効果素子同士が、当該不均一な磁界による抵抗値の変化を互いに打ち消し合うように作用する。一方、検出用コイルに流れる電流により生じる磁界に対しては、互いに逆向きの磁界強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子同士が、当該磁界による抵抗値の変化を強調するように作用する。したがって、電流センサ１は、様々な外部磁場の影響を低減し、精度よく電流を検出することができる。

　また、本実施形態に係る電流センサ１は、出力回路２０が、電源端子Ｑ１と接地端子Ｑ２の間において、第１磁気抵抗効果素子２００と第２磁気抵抗効果素子２０１とが直列に接続されるとともに、第３磁気抵抗効果素子２０２と第４磁気抵抗効果素子２０３とが直列に接続されたブリッジ回路を成している。
　このようにすることで、より簡素な構成で、互いに異なる感度方向を有する磁気抵抗効果素子同士を通じて不均一な磁界による抵抗値の変化を互いに打ち消し合うように作用させることができる。同時に、より簡素な構成で、互いに逆向きの磁界強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子同士を通じて当該磁界による抵抗値の変化を強調するように作用させることができる。

　また、本実施形態に係る電流センサ１は、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１は、各々のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１、Ｐ２が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１、Ｆ２が互いに同一とされる。同様に、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３は、各々のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３、Ｐ４が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層２０ｄの磁化の方位Ｐ３、Ｐ４が互いに同一とされている。
　これにより、電流センサ１は、外界から一様な外部磁場が印加された場合であっても、ピンド層２０ｂ及びフリー層２０ｄの磁化の方位が同一の磁気抵抗効果素子同士の抵抗値の変化がほぼ同一となって打ち消し合う。したがって、外界から印加される一様な外部磁場の影響も一層低減することができる。

　以上、第１の実施形態に係る電流センサ１によれば、直線状に一様に分布する外部磁場のみならず、円弧状に不均一に分布する種々の外部磁場に対しても影響を排することができるので、様々な外部磁場の影響を低減することができる。したがって、電流の検出精度を一層向上させることができる。

［変形例］
　なお、第１の実施形態に係る電流センサ１は、このような態様に限定されず、例えば、以下のようにも変形可能である。

　例えば、第１の実施形態に係る電流センサ１の検出用コイル１０は、図１に示すように、略正方形状に形成されているが、他の実施形態に係る検出用コイルは、この形状に限定されず、例えば、略長方形状や略円形に形成されてもよい。ただし、この場合であっても、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１（第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３）は、それぞれ、当該検出用コイルに流れる電流により生じる磁界ののうち、方位が互いに逆向きの関係にある磁界強度に基づいて抵抗値が変化するように配されるものとする。

　また、他の実施形態においては、必ずしも第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３の４つでブリッジ回路を構成する必要はない。例えば、出力回路２０は、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値に応じた電圧値をＡ／Ｄ変換器等を介して取得する。そして、所定の演算部が、当該取得した電圧値に基づいて、上記ブリッジ回路と同等の動作をデータ処理により再現してもよい。

［製造方法について］
　次に、第１の実施形態に係る電流センサ１の製造方法について説明する。
　図１０は、第１の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明する図である。また、図１１Ａは、図１０に示されたマグネットアレイの詳細を示す平面図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示されたマグネットアレイによる磁気抵抗効果素子の磁化方法を示す平面図である。
　第１の実施形態に係る電流センサ１の製造工程において、ピンド層２０ｂの磁化の方位を固定する規則化熱処理工程が実施される。規則化熱処理工程とは、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３（図１）の各ピンド層２０ｂ（図２Ｂ）の磁化の方位を所望する方位に固定する工程である。

　ここで、規則化熱処理工程の前段階において、スパッタリング法等を用いて、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３（図１）を成す多層膜、即ち、ピニング層２０ａ、ピンド層２０ｂ、スペーサ層２０ｃ及びフリー層２０ｄ（図２Ｂ）を、半導体ウェハ（図１０に示す基板１Ｗ）の平坦面上に順次成膜する成膜工程を実施する。

　上記成膜工程のあと、ピンド層２０ｂの磁化の方位を固定する規則化熱処理工程を実施する。
　図１０に示すように、規則化熱処理工程において、上記多層膜が成膜された基板１Ｗを、予め用意されたマグネットアレイ３０に重ねる。マグネットアレイ３０は、基板１Ｗの平坦面にマトリクス状に配列された各区画（電流センサ１）に対応するように、永久棒磁石（後述する第１磁石３０Ｎ、第２磁石３１Ｎ、第３磁石３０Ｓ、第４磁石３１Ｓ）が規則的に、同一平面上に配列された治具である。
　規則化熱処理工程においては、図１０に示すように、マグネットアレイ３０の平坦面に対し、基板１Ｗの裏面（各磁気抵抗効果素子が形成される平坦面と異なる面）を対向させるように両者を重ね合わせて固定する。この際、基板１Ｗの平坦面における各区画と、マグネットアレイ３０における永久棒磁石（第１磁石３０Ｎ～第４磁石３１Ｓ）の配列パターンと、が対応するように位置合わせを行う。
　この状態を維持したまま、真空中で２６０℃～２９０℃に加熱し、４時間ほど放置することにより、各ピンド層２０ｂの磁化の方位が、各永久棒磁石により印加される外部磁場に応じた方位に固定される（正確には、上記熱処理により、ピニング層２０ａの磁化の方位が固定される。そして、磁化が固定されたピニング層２０ａとの相互作用に基づいてピンド層２０ｂの磁化の方位が固定される）。

　図１１Ａに示すように、マグネットアレイ３０は、基板１Ｗ（図１０）に対しＮ極の面を対向させる第１磁石３０Ｎ、第２磁石３１Ｎと、基板１Ｗに対しＳ極の面を対向させる第３磁石３０Ｓ、第４磁石３１Ｓと、を同一面内に配列して成る。
　第１磁石３０Ｎ及び第３磁石３０Ｓは、±Ｙ方向を長手方向とする棒状に形成されており、それぞれ、Ｎ極、Ｓ極を基板１Ｗに対向させながら配列される。第１磁石３０Ｎ及び第３磁石３０Ｓは、基板１Ｗの平坦面における各区画（電流センサ１）の±Ｘ方向の幅と同間隔で交互に、平行に配列される。
　また、第２磁石３１Ｎ及び第４磁石３１Ｓは、いずれも、スポット状（小円形状）に形成される。第２磁石３１Ｎ及び第４磁石３１Ｓは、±Ｙ方向に延伸する第１磁石３０Ｎ及び第３磁石３０Ｓの間において、各区画（電流センサ１）の±Ｙ方向の幅と同間隔で交互に配列される。これにより、図１１Ａに示す矢印の向きに沿って外部磁場が発生する。

　図１１Ｂに示すように、規則化熱処理工程において、電流センサ１の第１磁気抵抗効果素子２００は、±Ｘ方向を長手方向としながら、第４磁石３１Ｓの紙面下側（－Ｙ方向側）に近接して配されている。したがって、第１磁気抵抗効果素子２００のピンド層２０ｂの磁化の方位は、紙面左側（－Ｘ方向側）の第１磁石３０Ｎから第４磁石３１Ｓにかけて流れる外部磁場Ｈ１（図１１Ｂ）に基づいて、紙面上方向（＋Ｙ方向）に固定される。
　同様に、第２磁気抵抗効果素子２０１は、±Ｘ方向を長手方向としながら、第２磁石３１Ｎの紙面上側（＋Ｙ方向側）に近接して配されている。したがって、第２磁気抵抗効果素子２０１のピンド層２０ｂの磁化の方位は、第２磁石３１Ｎから紙面右側（＋Ｘ方向側）の第３磁石３０Ｓにかけて流れる外部磁場Ｈ２（図１１Ｂ）に基づいて、紙面上方向（＋Ｙ方向）に固定される。
　また、第３磁気抵抗効果素子２０２は、±Ｙ方向を長手方向としながら、第１磁石３０Ｎの紙面右側（＋Ｘ方向側）に近接して配されている。したがって、第３磁気抵抗効果素子２０２のピンド層２０ｂの磁化の方位は、第１磁石３０Ｎから第３磁石３０Ｓ又は第４磁石３１Ｓにかけて流れる外部磁場Ｈ３又はＨ１（図１１Ｂ）に基づいて、紙面右方向（＋Ｘ方向）に固定される。
　同様に、第４磁気抵抗効果素子２０３は、±Ｙ方向を長手方向としながら、第３磁石３０Ｓの紙面左側（－Ｘ方向側）に近接して配されている。したがって、第４磁気抵抗効果素子２０３のピンド層２０ｂの磁化の方位は、第１磁石３０Ｎ又は第２磁石３１Ｎから第３磁石３０Ｓにかけて流れる外部磁場Ｈ３又はＨ２（図１１Ｂ）に基づいて、紙面右方向（＋Ｘ方向）に固定される。

　このようにすることで、規則化熱処理工程を経た後、第１磁気抵抗効果素子２００及び第２磁気抵抗効果素子２０１のピンド層２０ｂの磁化の方位は、＋Ｙ方向に固定されるとともに、第３磁気抵抗効果素子２０２及び第４磁気抵抗効果素子２０３のピンド層２０ｂの磁化の方位は、＋Ｘ方向に固定される（図４に示す方位Ｐ１～Ｐ４を参照）。

　このように、電流センサ１においては、磁気抵抗効果素子におけるピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１～Ｐ４が、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１～Ｆ４の各々に対して直交する方位で固定される。これにより、外部磁場の印加によりフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１～Ｆ４が変化した際における各磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化の度合いが大きくなるので、印加された外部磁場の強度を高感度で検出することができる。

　なお、電流センサ１の各磁気抵抗効果素子は、規則化熱処理工程時に印加される外部磁場が適切に印加されるように位置関係が調整されてもよい。
　具体的には、第３磁気抵抗効果素子２０２は、±Ｙ方向を長手方向としながら、第１磁気抵抗効果素子２００及び第４磁石３１Ｓに近い位置（＋Ｙ方向側）にずれて配されていてもよい（図１１Ａおよび１１Ｂ参照）。このようにすることで、第３磁気抵抗効果素子２０２に印加される外部磁場は、＋Ｘ方向の成分（長手方向に直交する成分）が主となるため、ピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ３を精度よく＋Ｘ方向に固定することができる。同様に、第４磁気抵抗効果素子２０３は、±Ｙ方向を長手方向としながら、第２磁気抵抗効果素子２０１及び第２磁石３１Ｎに近い位置（－Ｙ方向側）にずれて配されていてもよい（図１１Ａおよび１１Ｂ参照）。このようにすることで、第４磁気抵抗効果素子２０３に印加される外部磁場は、＋Ｘ方向の成分（長手方向に直交する成分）が主となるため、ピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ４を精度よく＋Ｘ方向に固定することができる。

＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態に係る電流センサ１について説明する。
　第１の実施形態に係る電流センサ１の各磁気抵抗効果素子（第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３）は、ピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１～Ｐ４とフリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１～Ｆ４とが、互いに直交するように形成されるものとして説明した（図４等参照）。第２の実施形態に係る電流センサ１は、第１の実施形態に係る電流センサ１と同様の構造を有しているが、４つの磁気抵抗効果素子のピンド層２０ｂの磁化の方位が、第１の実施形態に係る電流センサ１と異なるように形成されている。

　図１２は、第２の実施形態に係る電流センサの構造を示す図である。
　図１２に示すように、第２の実施形態に係る電流センサ１は、第１の実施形態に係る電流センサ１と同様、検出用コイル１０と、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３と、を備えている。
　図１２に示すように、本実施形態に係る第１磁気抵抗効果素子２００のピンド層２０ｂ（図２Ｂ）の磁化の方位Ｐ１は、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向の成分を有する方位（＋Ｘ、＋Ｙ方向）を向いて固定されている。同様に、他の磁気抵抗効果素子（第２磁気抵抗効果素子２０１～第４磁気抵抗効果素子２０３）のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ２～Ｐ４も、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向の成分を有する斜めの方位を向いて固定されている。
　即ち、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３のピンド層２０ｂは、各々の磁化が全て同じ方位に固定されている。

　一方、初期状態における第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３のフリー層２０ｄ（図２Ｂ）の磁化の方位Ｆ１～Ｆ４は、各々の形状異方性に基づいた方位、即ち、各磁気抵抗効果素子の長手方向に沿う方位を向いている。これにより、４つの各磁気抵抗効果素子のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１～Ｐ４と、フリー層２０ｄの磁化の方位Ｆ１～Ｆ４とは、平行、直角以外の所定の傾斜角θ１、θ２（０°＜θ１、θ２＜９０°）で交差する。例えば、本実施形態においては、θ１＝θ２＝４５°とする。

　ここで、図１２に示す電流センサ１における第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３の抵抗値は、種々の外部磁場（図８、図９に示す各種外部磁場）に対し、第１の実施形態に係る電流センサ１と同等に変化する。したがって、本実施形態に係る電流センサ１は、第１の実施形態に係る電流センサ１と同様の効果、即ち、円弧状に分布する不均一な外部磁場に対してもその影響を低減することができる。

　図１３は、第２の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明する図である。
　本実施形態に係る電流センサ１も、第１の実施形態と同様に、所定のマグネットアレイ３０Ａを用いて規則化熱処理工程を行う（図１０参照）。
　本実施形態に係る電流センサ１の規則化熱処理工程に用いるマグネットアレイ３０Ａは、図１３に示すように、基板１Ｗ（図１０）に対しＮ極の面を対向させる第５磁石３２Ｎと、基板１Ｗに対しＳ極の面を対向させる第６磁石３２Ｓと、を同一面内に周期的に配列して成る。
　第５磁石３２Ｎ及び第６磁石３２Ｓは、いずれも棒状に形成されている。第５磁石３２Ｎ及び第６磁石３２Ｓは、それぞれ、Ｎ極、Ｓ極を基板１Ｗに対向させながら、その長手方向が、電流センサ１の各磁気抵抗効果素子の長手方向（±Ｘ方向、±Ｙ方向）に対し所定の角度（例えば４５°）だけ傾斜するように配されている。また、第５磁石３２Ｎ及び第６磁石３２Ｓは、互いに平行に、電流センサ１の幅と同じ間隔で交互に配列される。
　棒状に形成された第５磁石３２Ｎ及び第６磁石３２Ｓは、各々の間に、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向の成分を有する外部磁場Ｈｘｙ＋と、－Ｘ方向、－Ｙ方向の成分を有する外部磁場Ｈｘｙ－と、を生させる。

　図１３に示すように、電流センサ１の第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３は、いずれも、同一方向の外部磁場Ｈｘｙ＋が印加された状態で規則化熱処理工程が成される。したがって、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３のピンド層２０ｂの磁化の方位Ｐ１～Ｐ４は、いずれも、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向の成分を有する同一の方位に固定される（図１２参照）。

　このように、本実施形態に係る電流センサ１の規則化熱処理工程には、棒状の第５磁石３２Ｎ及び第６磁石３２Ｓが、平行に、交互に配列されてなるマグネットアレイ３０Ａが用いられる。このようにすることで、規則化熱処理工程において印加される外部磁場の態様も簡素となるので、基板１Ｗに形成される複数の電流センサ１の特性ばらつきを軽減することができる。また、マグネットアレイ３０Ａの構成全体を簡素化することができるので、製造コストを低減させることができる。

　本実施形態の電流センサにおいて、前記第１磁気抵抗効果素子乃至前記第４磁気抵抗効果素子の前記ピンド層の各々は、前記第１磁気抵抗効果素子乃至前記第４磁気抵抗効果素子の前記フリー層の各々の磁化の方位に対し直角以外の角度を成し、かつ、全て同じ方位に固定されている。
　このような構成とすることで、当該電流センサの規則化熱処理工程において印加される外部磁場の態様を簡素化することができるので、半導体ウェハに形成される複数の電流センサの特性ばらつきを軽減することができる。

　図１４は、第１の実施形態の変形例に係る電流センサの構造を示す図である。
　第１の実施形態に係る電流センサ１は、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３が、検出用コイル１０の外周における四方の辺に沿って、その外側に配されるものとして説明したが（図１参照）、他の変形例においては、このような態様に限定されない。例えば、図１４に示すように、第１の実施形態の変形例に係る第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３は、検出用コイル１０に対し＋Ｚ方向側に重なるように配置されていてもよい。この場合、検出用コイル１０と各磁気抵抗効果素子との間には、所定の絶縁層間膜が設けられる。このようにすることで、電流センサ１全体を小型化することができる。なお、第１の実施形態の変形例に係る第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３は、検出用コイル１０に対し－Ｚ方向側に重なるように配置されていてもよい。
　また、上述の変形例の他、第１磁気抵抗効果素子２００～第４磁気抵抗効果素子２０３を、検出用コイル１０の内周における四方の辺に沿って、更にその内側に配置してもよい。

　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

　１…電流センサ、
　１Ｗ…基板、
　１０…検出用コイル、　
　１１０、１１１…配線層、
　２０…出力回路、
　２００…第１磁気抵抗効果素子、
　２０１…第２磁気抵抗効果素子、
　２０２…第３磁気抵抗効果素子、
　２０３…第４磁気抵抗効果素子、
　２０４…増幅器、
　２０ａ…ピニング層、
　２０ｂ…ピンド層、
　２０ｃ…スペーサ層、
　２０ｄ…フリー層、
　３０、３０Ａ…マグネットアレイ、
　３０Ｎ…第１磁石、
　３１Ｎ…第２磁石、
　３０Ｓ…第３磁石、
　３１Ｓ…第４磁石、
　３２Ｎ…第５磁石、
　３２Ｓ…第６磁石。

Claims

　検出対象とする電流が流れる検出用コイルと、
　磁界に応じて抵抗値が変化する第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第３磁気抵抗効果素子及び第４磁気抵抗効果素子が電気的に接続され、各々の抵抗値の変化に基づいて前記検出対象とする電流に応じた電気信号を出力する出力回路とを備え、
　前記検出用コイルは、前記電流の印加により、方位が互いに逆向きである第１磁界及び第２磁界を発生するとともに、前記第１磁界及び前記第２磁界とは異なる方位であって互いに逆向きである第３磁界及び第４磁界を発生し、
　前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、前記第１磁界の強度及び前記第２磁界の強度に応じて抵抗値が変化する位置にそれぞれ配され、
　前記第３磁気抵抗効果素子及び前記第４磁気抵抗効果素子は、前記第３磁界の強度及び前記第４磁界の強度に応じて抵抗値が変化する位置にそれぞれ配される
　電流センサ。
　前記出力回路は、電源端子と接地端子の間において、前記第１磁気抵抗効果素子と前記第２磁気抵抗効果素子とが直列に接続されるとともに、前記第３磁気抵抗効果素子と前記第４磁気抵抗効果素子とが直列に接続されたブリッジ回路を成している請求項１に記載の電流センサ。
　前記第１磁気抵抗効果素子乃至前記第４磁気抵抗効果素子は、
　磁化の方位が固定されたピンド層と、磁界に応じて磁化の方位が変化するフリー層と、を含む積層構造を成しており、
　前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子は、各々のピンド層の磁化の方位が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層の磁化の方位が互いに同一とされ、
　前記第３磁気抵抗効果素子及び前記第４磁気抵抗効果素子は、各々のピンド層の磁化の方位が互いに同一であって、かつ、初期状態における各々のフリー層の磁化の方位が互いに同一とされている
　請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
　前記第１磁気抵抗効果素子乃至前記第４磁気抵抗効果素子の前記ピンド層の各々は、前記第１磁気抵抗効果素子乃至前記第４磁気抵抗効果素子の前記フリー層の各々の磁化の方位に対し直角以外の角度を成し、かつ、全て同じ方位に固定されている請求項３に記載の電流センサ。
　互いに対向しほぼ平行な第１および第２の方向成分、ならびに互いに対向し前記第１および第２の方向成分と直交する第３および第４の方向成分を持つ検出用コイルと、
　前記第１の方向成分に沿って延伸する第１磁気抵抗効果素子と、前記第２の方向成分に沿って延伸する第２磁気抵抗効果素子と、前記第３の方向成分に沿って延伸する第３磁気抵抗効果素子と、前記第４の方向成分に沿って延伸する第４磁気抵抗効果素子と、
　　前記第１および第２磁気抵抗効果素子が直列に接続され前記第３および第４磁気抵抗効果素子が直列に接続されたブリッジ回路と
　を有する電流センサ。
　各々の前記第１磁気抵抗効果素子乃至前記第４磁気抵抗効果素子は、磁化の方位が固定されたピンド層と、磁界に応じて磁化の方位が変化するフリー層とが積層された構造を有し、
　前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子の前記ピンド層は磁化の方位が互いに同一であり、前記第１磁気抵抗効果素子及び前記第２磁気抵抗効果素子の前記フリー層は磁化の方位が互いに同一であり、
　前記第３磁気抵抗効果素子及び前記第４磁気抵抗効果素子の前記ピンド層は磁化の方位が互いに同一であり、前記第３磁気抵抗効果素子及び前記第４磁気抵抗効果素子の前記フリー層の磁化の方位が互いに同一である
　請求項５に記載の電流センサ。