技术摘要：
一种磁检测装置(100)，具备固定磁化方向(P)与偏置施加方向F的关系相互不同的两种的磁阻效应膜(MR1、MR2)的磁检测元件(M1、R2)设置在同一基板(SB)上的全桥电路(HB)，通过具备阻隔温度(Tb)不同的反铁磁性层的三种以上的交换耦合膜(511、512、521、522)设定有固定磁化方向  全部
背景技术：
使用了具有包括固定磁性层以及自由磁性层的磁阻效应膜的磁检测元件的磁检 测装置(磁传感器)被用于地磁传感器、位置传感器、电流传感器等各种领域。从提高这样的 各种传感器的检测精度或者扩大可测定范围的观点出发，有时磁传感器具备将对外部磁场 的响应性不同的两种磁检测元件串联连接而成的半桥电路并联连接而构成的全桥电路(惠 斯通电桥电路)。全桥电路所使用的两种磁检测元件通常基于未施加外部磁场的状态下的 自由磁性层的磁化方向与灵敏度轴方向的相对关系不同，对外部磁场的响应性不同。 例如，在专利文献1中，记载了固定磁化轴相互反平行地设定的两种磁检测元件。 此外，在专利文献2中，记载了固定磁化轴被设定为相同的方向但施加于自由磁性层的偏置 磁场的方向被设定为不同的两种磁检测元件。 在先技术文献 专利文献 专利文献1：日本特开2006-527497号公报 专利文献2：日本特表2014-516406号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题 在专利文献1中，为了将形成于基板上的多个磁检测元件的固定磁化轴的方向设 定为相互不同，通过在施加磁场的同时选择性地对多个磁检测元件中的任一个进行通电加 热，将被通电加热后的磁检测元件的反铁磁性层加热至其阻隔温度以上，在与外部磁场的 施加方向一致的固定磁性层的磁化方向上使反铁磁性层的磁化方向一致，其结果是，将被 通电加热的磁检测元件的固定磁化轴设定为所希望的方向。 在专利文献2中，对于两种磁检测元件，使固定磁化轴的方向一致，使未施加外部 磁场的状态下的自由磁性层的方向相互不同，在同一基板上形成两种磁检测元件。作为控 制该自由磁性层的方向的方法，记载了如下方法：使用磁阻效应膜的形状各向异性、使用由 永久磁铁产生的偏置磁场、在自由磁性层层叠反铁磁性层而产生交换耦合磁场。 本发明的目的在于提供一种磁检测装置，该磁检测装置具备通过与上述的专利文 献1以及专利文献2所记载的结构不同的结构而在同一基板上具有对外部磁场的响应性不 同的两种磁检测元件的全桥电路(惠斯通电桥电路)。此外，本发明的目的还在于提供一种 制造上述的磁检测装置的方法。 用于解决课题的手段 为了提供用于解决上述课题的本发明在一个方式中，是具备全桥电路的磁检测装 6 CN 111615636 A 说　明　书 2/25 页 置，该全桥电路具有第1磁检测元件和第2磁检测元件，该第1磁检测元件具备层叠第1固定 磁性层和第1自由磁性层的第1磁阻效应膜，该第2磁检测元件具备层叠第2固定磁性层和第 2自由磁性层的第2磁阻效应膜，该磁检测装置的特征在于，在所述全桥电路中，所述第1磁 检测元件与所述第2磁检测元件被串联连接而成的第1半桥电路、和所述第2磁检测元件与 所述第1磁检测元件被串联连接而成的第2半桥电路在电源端子与接地端子之间被并联连 接，所述第1磁检测元件与所述第2磁检测元件设置在相同的基板上，在所述第1磁阻效应膜 中，所述第1固定磁性层和层叠于所述第1固定磁性层的与所述第1自由磁性层对置的一侧 的相反侧的第1固定用反铁磁性层构成第1固定用交换耦合膜，所述第1自由磁性层和层叠 于所述第1自由磁性层的与所述第1固定磁性层对置的一侧的相反侧的第1偏置用反铁磁性 层构成第1偏置用交换耦合膜，在所述第2磁阻效应膜中，所述第2固定磁性层和层叠于所述 第2固定磁性层的与所述第2自由磁性层对置的一侧的相反侧的第2固定用反铁磁性层构成 第2固定用交换耦合膜，所述第2自由磁性层和层叠于所述第2自由磁性层的与所述第2固定 磁性层对置的一侧的相反侧的第2偏置用反铁磁性层构成第2偏置用交换耦合膜，所述第1 固定磁性层的固定磁化轴与所述第2固定磁性层的固定磁化轴被设定为共轴，所述第1偏置 用交换耦合膜的交换耦合磁场的方向与所述第1固定磁性层的固定磁化轴的方向被设定为 非平行，所述第2偏置用交换耦合膜的交换耦合磁场的方向与所述第2固定磁性层的固定磁 化轴的方向被设定为非平行，所述第1固定用反铁磁性层的阻隔温度Tbf1以及所述第2固定 用反铁磁性层的阻隔温度Tbf2分别比所述第1偏置用反铁磁性层的阻隔温度Tb1以及所述 第2偏置用反铁磁性层的阻隔温度Tb2中的任一个温度高，所述第1偏置用反铁磁性层的阻 隔温度Tb1比所述第2偏置用反铁磁性层的阻隔温度Tb2高。 如上所述，通过使用至少三种阻隔温度Tb不同的反铁磁性层，对于两种磁阻效应 元件，能够自由度高地设定固定磁化轴的方向以及自由磁性层的偏置磁场的施加方向。而 且，固定磁化轴的设定以及偏置磁场的设定均使用反铁磁性层与铁磁性层的交换耦合磁场 来进行，因此强磁场耐性优异。此外，相邻配置的两种磁阻效应元件不易相互影响。因此，与 例如使用永久磁铁来设定偏置磁场的情况相比，能够实现磁检测装置的小型化。 在上述的磁检测装置中，也可以，所述第1固定磁性层的固定磁化轴的方向与所述 第2固定磁性层的固定磁化轴的方向被设定为反平行，所述第1偏置用反铁磁性层的交换耦 合磁场的方向与所述第2偏置用反铁磁性层的交换耦合磁场的方向被设定为平行，所述第1 固定磁性层的固定磁化轴的方向与所述第1偏置用反铁磁性层的交换耦合磁场的方向被设 定为非平行(具体而言，以使在层叠方向观察时正交)。 在上述的磁检测装置中，所述第1固定磁性层的固定磁化轴的方向与所述第2固定 磁性层的固定磁化轴的方向可以被设定为平行，所述第1偏置用交换耦合膜的偏置磁场的 方向与所述第2偏置用交换耦合膜的偏置磁场的方向也可以被设定为非平行。在该情况下， 优选以所述第1偏置用交换耦合膜的偏置磁场的方向相对于所述第1固定磁性层的固定磁 化轴的方向的层叠方向观察时的倾斜角度与以所述第2偏置用交换耦合膜的偏置磁场的方 向相对于所述第2固定磁性层的固定磁化轴的方向的层叠方向观察时的倾斜角度方向相反 且绝对值相等。具体而言，例示了倾斜角度的绝对值均为45度，其结果是，在层叠方向观察 时正交的情况。 在上述的磁检测装置中，作为所述第1固定用反铁磁性层以及所述第2固定用反铁 7 CN 111615636 A 说　明　书 3/25 页 磁性层的至少一方的固定用反铁磁性层具备含有从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的 一种或者两种以上的元素X以及Mn、Cr的X(Cr-Mn)层，所述X(Cr-Mn)层具有相对地接近与所 述固定用反铁磁性层交换耦合的固定用铁磁性层(第1固定用反铁磁性层以及/或者第2固 定用反铁磁性层)的第1区域、和离所述固定用铁磁性层相对地远位的第2区域，所述第1区 域中的Mn的含量优选高于所述第2区域中的Mn的含量。第1固定用反铁磁性层以及所述第2 固定用反铁磁性层这两者优选为上述的固定用反铁磁性层。 图1是说明具有上述的固定用反铁磁性层的交换耦合膜的磁化曲线的磁滞回线的 图。通常，软磁性体的M-H曲线(磁化曲线)所形成的磁滞回线成为以H轴与M轴的交点(磁场H ＝0A/m，磁化M＝0A/m)为中心对称的形状，但如图1所示那样，交换耦合膜的磁滞回线由于 交换耦合磁场Hex对与固定用反铁磁性层交换耦合的铁磁性层作用，因此成为与交换耦合 磁场Hex的大小相应地沿着H轴移位的形状。交换耦合膜的固定用铁磁性层的该交换耦合磁 场Hex越大，即使施加外部磁场，磁化的方向越难反转，因此具备该固定用反铁磁性层的磁 检测装置的强磁场耐性优异。 而且，上述的固定用反铁磁性层与由专利文献1所记载的IrMn、PtMn这样的以往的 反铁磁性材料形成的反铁磁性层相比阻隔温度Tb高，因此即使放置在例如350℃左右的被 施加外部磁场的环境中，也能够维持交换耦合磁场Hex。 在上述的磁检测装置中，所述第1区域也可以与所述固定用铁磁性层相接。 在上述的磁检测装置中，所述第1区域也可以具有Mn的含量相对于Cr的含量的比 即Mn/Cr比为0.3以上的部分。在该情况下，优选的是，所述第1区域具有所述Mn/Cr比为1以 上的部分。 作为上述的磁检测装置的的一个具体方式，所述固定用反铁磁性层也可以由PtCr 层和比所述PtCr层更接近所述固定用铁磁性层的X0Mn层(其中，X0为从由铂族元素以及Ni构 成的组中选择的一种或者两种以上的元素)层叠而成。 作为上述的磁检测装置的具体例，所述固定用反铁磁性层也可以被层叠构成为 PtCr层和PtMn层以PtCr层、PtMn层的顺序层叠且所述PtMn层接近所述固定用铁磁性层。在 该情况下，也可以在比所述PtMn层更接近所述固定用铁磁性层的位置进一步层叠IrMn层。 在该情况下，上述的X0Mn层具有PtMn层和IrMn层的层叠构造。 在上述的磁检测装置中，作为所述第1固定用反铁磁性层以及所述第2固定用反铁 磁性层的至少一方的固定用反铁磁性层也可以具有交替地层叠X1Cr层(其中，X1为从由铂族 元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素)和X2Mn层(其中，X2为从由铂族元 素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素，可以与X1相同也可以不同)的三层 以上的交替层叠构造。在具有这样的结构的情况下，磁检测装置具有强磁场耐性。 在上述的磁检测装置中，所述X1也可以为Pt，所述X2也可以为Pt或者Ir。 在上述的磁检测装置中，所述固定用反铁磁性层也可以具有单元层叠部，该单元 层叠部层叠多个由X1Cr层和X2Mn层构成的单元。在该情况下，所述单元层叠部中的、所述 X1Cr层以及所述X2Mn层分别为相同的膜厚，所述X1Cr层的膜厚也可以比所述X2Mn层的膜厚 大。此时，所述X1Cr层的膜厚与所述X2Mn层的膜厚之比有时优选为5∶1～100∶1。 在上述的磁检测装置中，优选的是，所述第1偏置用反铁磁性层由PtMn层构成，所 述第2偏置用反铁磁性层由IrMn层构成。在该情况下，通过阻隔温度前所未有地高并且能够 8 CN 111615636 A 说　明　书 4/25 页 产生强的交换耦合磁场的反铁磁性层设定固定磁化轴的方向。 作为本发明的另一方式，提供一种磁检测装置的制造方法，该磁检测装置具备全 桥电路，该全桥电路具有第1磁检测元件和第2磁检测元件，该第1磁检测元件具备层叠第1 固定磁性层和第1自由磁性层的第1磁阻效应膜，该第2磁检测元件具备层叠第2固定磁性层 和第2自由磁性层的第2磁阻效应膜。关于通过该制造方法制造的磁检测装置，在所述全桥 电路中，所述第1磁检测元件与所述第2磁检测元件被串联连接而成的第1半桥电路、和所述 第2磁检测元件与所述第1磁检测元件被串联连接而成的第2半桥电路在电源端子与接地端 子之间被并联连接，所述第1磁检测元件与所述第2磁检测元件设置在相同的基板上，在所 述第1磁阻效应膜中，所述第1固定磁性层和层叠于所述第1固定磁性层的与所述第1自由磁 性层对置的一侧的相反侧的第1固定用反铁磁性层构成第1固定用交换耦合膜，所述第1自 由磁性层和层叠于所述第1自由磁性层的与所述第1固定磁性层对置的一侧的相反侧的第1 偏置用反铁磁性层构成第1偏置用交换耦合膜，在所述第2磁阻效应膜中，所述第2固定磁性 层和层叠于所述第2固定磁性层的与所述第2自由磁性层对置的一侧的相反侧的第2固定用 反铁磁性层构成第2固定用交换耦合膜，所述第2自由磁性层和层叠于所述第2自由磁性层 的与所述第2固定磁性层对置的一侧的相反侧的第2偏置用反铁磁性层构成第2偏置用交换 耦合膜，所述第1固定用反铁磁性层的阻隔温度Tbf1以及所述第2固定用反铁磁性层的阻隔 温度Tbf2分别比所述第1偏置用反铁磁性层的阻隔温度Tb1以及所述第2偏置用反铁磁性层 的阻隔温度Tb2中的任一个温度高，所述第1偏置用反铁磁性层的阻隔温度Tb1比所述第2偏 置用反铁磁性层的阻隔温度Tb2高。上述制造方法具备：固定磁化轴设定工序，所述第1固定 用反铁磁性层以及所述第2固定用反铁磁性层通过热处理进行规则化，通过使所述第1偏置 用交换耦合膜以及所述第2偏置用交换耦合膜产生交换耦合磁场，从而将所述第1固定磁性 层的固定磁化轴与所述第2固定磁性层的固定磁化轴设定为共轴；第1偏置磁场设定工序， 通过以比所述第1固定用反铁磁性层的阻隔温度Tbf1以及所述第2固定用反铁磁性层的阻 隔温度Tbf2低的温度施加外部磁场并进行热处理，从而将所述第1偏置用交换耦合膜的偏 置磁场的方向设定为与所述第1固定磁性层的固定磁化轴的方向非平行；以及第2偏置磁场 设定工序，在所述第1偏置磁场设定工序之后，通过以比所述第1偏置用反铁磁性层的阻隔 温度Tb1低的温度施加外部磁场并进行热处理，从而将所述第2偏置用交换耦合膜的偏置磁 场的方向设定为与所述第2固定磁性层的固定磁化轴的方向非平行。 根据该制造方法，能够在不具有以磁检测元件单位施加外部磁场的工序的情况下 制造具备在同一基板上具有对外部磁场的响应性不同的两种磁检测元件的全桥电路(惠斯 通电桥电路)且强磁场耐性优异的磁检测装置。 在上述的制造方法中，也可以，在所述固定磁化轴设定工序中，将所述第1固定用 交换耦合膜的交换耦合磁场的方向与第1固定用铁磁性层的磁化方向一致，将所述第2固定 用交换耦合膜的交换耦合磁场的方向与第2固定用铁磁性层的磁化方向一致。与第1固定用 交换耦合膜的交换耦合磁场的方向一致的第1固定用铁磁性层的磁化方向以及与第2固定 用交换耦合膜的交换耦合磁场的方向一致的第2固定用铁磁性层的磁化方向可以在成膜阶 段中沿规定的方向一致，通过在固定磁化轴设定工序中施加外部磁场并进行加热从而一 致。 在上述的制造方法中，也可以，在所述固定磁化轴设定工序中，所述第1固定磁性 9 CN 111615636 A 说　明　书 5/25 页 层的固定磁化轴的方向与所述第2固定磁性层的固定磁化轴的方向被设定为反平行，在第1 偏置磁场设定工序中，将所述第1偏置用反铁磁性层的交换耦合磁场的方向设定为与所述 第1固定磁性层的固定磁化轴的方向非平行，在第2偏置磁场设定工序中，将所述第2偏置用 反铁磁性层的交换耦合磁场的方向设定为与所述第1偏置用反铁磁性层的交换耦合磁场的 方向平行。通过这样设定，能够在不对磁阻效应膜进行通电加热的情况下形成专利文献1所 公开的结构的全桥电路。 在上述的制造方法中，在所述固定磁化轴设定工序中，也可以，将所述第1固定磁 性层的固定磁化轴的方向与所述第2固定磁性层的固定磁化轴的方向设定为平行，在所述 第1偏置磁场设定工序中，将所述第1偏置用交换耦合膜的偏置磁场的方向设定为与所述第 1固定磁性层的固定磁化轴的方向非平行，在所述第2偏置磁场设定工序中，将所述第2偏置 用交换耦合膜的偏置磁场的方向设定为与所述第1固定磁性层的固定磁化轴的方向以及所 述第1偏置用交换耦合膜的偏置磁场的方向中的任一个非平行。通过这样设定，能够不需要 永久磁铁偏置、偏置磁场产生用的电流导体而形成专利文献2所公开的结构的全桥电路。 发明效果 根据本发明，提供一种具备在同一基板上具有对外部磁场的响应性不同的两种磁 检测元件的全桥电路，且强磁场耐性优异的磁检测装置。此外，根据本发明，还提供一种制 造上述的磁检测装置的方法。 附图说明 图1是说明本发明所涉及的磁场施加偏置膜的磁化曲线的磁滞回线的图。 图2是本发明的第1实施方式所涉及的磁传感器的电路框图。 图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的磁检测元件的结构的说明图，图3的(a) 是从Y1-Y2方向观察第1磁检测元件的磁阻效应膜的图，图3的(b)是从Y1-Y2方向观察第2磁 检测元件的磁阻效应膜的图。 图4的(a)为将具备与本发明的一实施方式所涉及的层叠型的反铁磁性层同样的 反铁磁性层的交换耦合膜包括在内的膜的结构的说明图，图4的(b)是图4的(a)的深度剖面 图(depth  profile)的一例。 图5是将图4的深度剖面图的一部分放大的剖面图。 图6是与图5的横轴的范围相等地示出基于图5求出的Cr的含量相对于Mn的含量的 比(Mn/Cr比)的图表。 图7的(a)是表示本发明的第1实施方式的变形例所涉及的第1磁检测元件的磁阻 效应膜的结构的说明图，图7的(b)是表示本发明的第1实施方式的另一变形例所涉及的第1 磁检测元件的磁阻效应膜的结构的说明图。 图8是本发明的第2实施方式所涉及的磁传感器的电路框图。 图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的磁检测元件的结构的说明图，图9的(a) 是从Y1-Y2方向观察第1磁检测元件的磁阻效应膜的图，图9的(b)是从Y1-Y2方向观察第2磁 检测元件的磁阻效应膜的图。 图10是表示交换耦合磁场Hex的强度的温度依赖性的图表。 10 CN 111615636 A 说　明　书 6/25 页