磁性膜センサ
【課題】従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサを提供する。
【解決手段】磁性膜センサは、磁気歪を発生する矩形状の磁性膜を有し、磁性膜に磁気歪を発生させる磁気歪構造を有している。磁気歪構造は、例えば磁性膜を湾曲させて磁気歪を発生させるように構成されている。また、磁気歪構造は、例えば表面に凹部が形成された凹部付絶縁層を設け、その凹部を跨ぐようにして磁性膜を形成することによって得られる。磁性膜は、ＧＭＲ膜等に永久磁石バイアス層が積層され、その永久磁石バイアス層によって磁性膜の短手辺に沿った方向の磁界がＧＭＲ膜に加えられている。
【解決手段】磁性膜センサは、磁気歪を発生する矩形状の磁性膜を有し、磁性膜に磁気歪を発生させる磁気歪構造を有している。磁気歪構造は、例えば磁性膜を湾曲させて磁気歪を発生させるように構成されている。また、磁気歪構造は、例えば表面に凹部が形成された凹部付絶縁層を設け、その凹部を跨ぐようにして磁性膜を形成することによって得られる。磁性膜は、ＧＭＲ膜等に永久磁石バイアス層が積層され、その永久磁石バイアス層によって磁性膜の短手辺に沿った方向の磁界がＧＭＲ膜に加えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＭＲ膜，ＡＭＲ膜，ＴＭＲ膜，ＭＲ膜等の磁性膜を用いた磁性膜センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサが様々な分野で利用され、センサの需要が大きく拡大している。例えば、MEMS技術（Micro Electro Mechanical Systems technology)を応用した加速度センサが、携帯電話機やノート型のパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯型音楽プレーヤーといったデジタルメディア製品に搭載されている。
【０００３】
また、カーエレクトロニクスの分野でも、圧力センサ、温度センサ、加速度センサといった形で応用され、イメージセンサが携帯電話機やデジタルカメラ等に搭載されている。さらに、航空、宇宙分野でも、あるいは軍需産業でも、MEMS技術とともに様々なセンサが利用されている。
【０００４】
特にMEMS技術を応用したセンサは民生機器に数多く採用されており、小型軽量であることから、ロボットのセンサや自動車のタイヤの圧力センサといった様々な形で応用が進んでいる。
【０００５】
このように、MEMS技術を使ったセンサには、圧力センサ、温度センサ、加速度センサといった様々なタイプのセンサがある。以下では、そのうちの圧力センサを一例に取り上げて、その構造や作用などについて説明する（圧力センサに関しては例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２１４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の圧力センサは、主に空気圧の変化を内部の感圧素子によって電気信号に変換して出力する構造を有している。この種の圧力センサは、外部から加わる圧力値が予め設定した値を超えたことを電気信号として出力し、例えば、空気圧を利用した吸着確認や着座確認、リークテスト、元圧管理といった様々用途で利用されている。この種の圧力センサには、例えば、図３５（Ａ）に示す圧力センサ３００や図３５（Ｂ）に示す圧力センサ３０３があった。
【０００８】
ここで、図３５は従来の圧力センサの構成の一例を模式的に示す断面図で、（Ａ）は圧力センサ３００の構成を模式的に示す断面図、（Ｂ）は圧力センサ３０３の構成を示す断面図である。図３５（Ａ）に示すように、圧力センサ３００と、圧力センサ３０３とはともにシリコンチップの上に歪抵抗が形成された構成を有している。圧力センサ３００と、圧力センサ３０３とはともに、一定の方向に圧力が加わり、その圧力によってシリコンチップが歪むと歪抵抗の抵抗値が変化する。圧力センサ３００と圧力センサ３０３はこの抵抗値の変化を電気信号に変換して出力することにより、圧力を検出するようになっている。
【０００９】
そして、圧力センサ３００は、シリコンチップ３０１の上に歪抵抗３０２が形成され、圧力センサ３０３は、シリコンチップ３０４の上に歪抵抗３０２が形成されている。シリコンチップ３０４は歪抵抗３０２が圧力を感じ易くするため、歪抵抗３０２が形成されていない裏面側をエッチング等により除去して厚さを薄くした部分が形成されている。
【００１０】
この圧力センサ３０４は、厚さの薄くなった部分に圧力が加わったときに、圧力センサ３００よりも、歪抵抗３０２が変形しやすく歪抵抗３０２の抵抗値が変化しやすい。そのため、圧力センサ３０３は、圧力センサ３００よりも圧力を検出しやすくなっている。
【００１１】
圧力センサ３００や圧力センサ３０３は空気圧や水圧等を検出するための圧力センサとしてだけではなく、走行中のタイヤの圧力コントロール装置にも応用され、特に最近では、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとしても応用されている。
【００１２】
しかしながら、圧力センサ３００や圧力センサ３０３のような構造を備えた従来の圧力センサでは、圧力の検出精度を高めることに限界があった。この点について、従来の圧力センサがロボットのタッチセンサとして利用される場合を例にとって説明する。
【００１３】
ロボットの中には、人間の手の代わりを務め、人間の手の働きを補うものもある。そのようなロボットに応用されるタッチセンサは、安全性と機能性が求められ、より高感度であることが要求されている。
【００１４】
ロボットは人間の手の感触を備えることが最も大きな課題の１つとされているが、タッチセンサの性能次第で活用される分野が大きく異なってくる。ロボットの活用分野としては、例えば、介護や介助の分野、火災や災害発生時における人命救助の分野等があり、タッチセンサはロボットがそれぞれの活用分野で要求される性能を発揮できるだけの感度を備えていなければならない。
【００１５】
介護や介助の分野のロボットでは、安全性が重視されかつ高い信頼性が求められるから、タッチセンサもその要求に見合った感度が必要とされる。また、人命救助の分野のロボットでは、人間が出入り出来ない場所における迅速な動作と耐久性が要求されるから、タッチセンサもその要求に見合った感度が必要とされるといったことである。
【００１６】
しかしながら、ロボットにはタッチセンサを含む何種類ものセンサが備えられており、各センサから得られるデータによってその行動や性能が決まってしまうため、ロボットがその活用分野で要求される性能を発揮できるようにするには、タッチセンサの感度を高める必要があった。
【００１７】
一方、ロボットのタッチセンサは触ったか触らないか程度の微妙な力加減を検出する必要があるため、ロボットが人間の手の代わりを務めるには、タッチセンサを多く、しかも複雑に組み合わせる必要があった。しかしながら、たとえそのようにしても、ロボットが敏感な人間の手の感触を備えるには、タッチセンサについて多くの改善が必要であった。
【００１８】
以上のように、圧力センサ３００や圧力センサ３０３のような構造を備えた従来の圧力センサでは、感度を高めることに限界があり、とりわけロボットのタッチセンサに必要な感度を発揮するには限界があった。
【００１９】
また、従来、高感度のセンサを必要とするロボットのほか、安全性が要求されるカーエレクトロニクスの分野や、各種の家庭用電化製品、血圧測定の医療機器などでも、高感度のセンサ（圧力センサ、温度センサ、加速度センサ）が求められていた。そのため、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサの登場が期待されていた。
【００２０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明は磁気歪を発生するスピンバルブ膜を有し、そのスピンバルブ膜に磁気歪を発生させる磁気歪構造を有する磁性膜センサを特徴とする。
【００２２】
この磁性膜センサはスピンバルブ膜に機械的な歪みが加わると、スピンバルブ膜の磁化が変化する。また、磁性膜センサは磁気歪構造を有するから、スピンバルブ膜に機械的な歪みが加わるようになっている。
【００２３】
上記磁気歪構造は、スピンバルブ膜を湾曲させて磁気歪を発生させるように構成されているようにすることができる。
【００２４】
また、スピンバルブ膜は、磁気歪に応じて抵抗値が変化するように構成されているようにすることができる。
【００２５】
そして、本発明は磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有し、磁性膜が凹部を跨ぐようにして凹部付絶縁層に形成された構成を有する磁性膜センサを提供する。
【００２６】
この磁性膜センサは磁性膜が凹部を跨ぐようにして形成されているので、微弱な外力によっても磁性膜が変形する。
【００２７】
また、本発明は、磁性膜と、表面の少なくとも一部が磁性膜よりも柔軟な変形許容部となっているベース層とを有し、磁性膜が変形許容部を跨ぐようにしてベース層に形成された構成を有する磁性膜センサを提供する。
【００２８】
この磁性膜センサは磁性膜が磁性膜よりも柔軟な変形許容部を跨ぐようにして形成されているので、微弱な外力によっても磁性膜が変形する。
【００２９】
上記磁性膜センサは、凹部付絶縁層の表面上に凹部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、そのバッファ絶縁層の上に磁性膜が形成されているようにすることができる。
【００３０】
上記磁性膜センサは、ベース層の表面上に変形許容部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、そのバッファ絶縁層の上に磁性膜が形成されているようにすることもできる。
【００３１】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に対し、凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、その第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は、磁性膜の凹部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることができる。
【００３２】
上記磁性膜センサは、上記変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、その第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は磁性膜の変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることもできる。
【００３３】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、その第１の電極および第２の電極は、磁性膜の凹部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることができる。
【００３４】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、その第１の電極および第２の電極は、磁性膜の変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることもできる。
【００３５】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜の凹部を跨ぐ方向のトラック幅がそのトラック幅に交差する方向の奥行きよりも大きく形成されているようにすることができる。
【００３６】
上記磁性膜は、ＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかと永久磁石からなる永久磁石層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有するようにすることができる。
【００３７】
上記磁性膜は、凹部を跨ぐ方向のトラック幅の変化に応じて磁化の向きが変わる自由磁化層と、磁化の向きが変わらない固定磁化層とを積層した構成を有するようにすることができる。
【００３８】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に対し、凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、磁性膜は、ＧＭＲ膜と、第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界をＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する磁性膜センサとすることができる。
【００３９】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に対し、変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、磁性膜はＧＭＲ膜と、第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界をＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有するようにすることもできる。
【００４０】
さらに、上記磁性膜センサは、第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を接続する第３の永久磁石層と、第１、第２、第３の永久磁石層のいずれかの周囲を周回する薄膜コイルとを更に有するようにすることができる。
【００４１】
上記磁性膜センサは、凹部付絶縁層の表面上に凹部を跨ぐようにして形成されたバイメタルを更に有し、そのバイメタルの上に磁性膜が形成されているようにすることができる。
【００４２】
また、上記磁性膜センサは、凹部にフォトレジストが埋め込まれた構成を有するようにすることができる。
【００４３】
そして、本発明は、磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、下記の（１）〜（３）の各工程を有する磁性膜センサの製造方法を提供する。
（１）絶縁層の表面に凹部を形成して凹部付絶縁層を形成する工程と、
（２）凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、凹部を跨ぐようにして凹部付絶縁層の表面に磁性膜を形成する工程と、
（３）リフトオフを行い、凹部に埋め込まれているフォトレジストを除去する工程。
【００４４】
また、本発明は、磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、下記の（４）〜（８）の各工程を有する磁性膜センサの製造方法を提供する。
（４）絶縁層の表面に凹部を形成して凹部付絶縁層を形成する工程と、
（５）絶縁層の表面に凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち凹部付絶縁層の表面に絶縁材からなる被膜を形成する工程と、
（６）被膜が形成された凹部付絶縁層の表面をＣＭＰで研磨する工程と、
（７）ＣＭＰで研磨された凹部付絶縁層の表面に凹部を跨ぐようにして磁性膜を形成する工程と、
（８）リフトオフを行い、凹部に埋め込まれているフォトレジストを除去する工程。
【００４５】
上記製造方法は、磁性膜を形成する工程と、フォトレジストを除去する工程との間に、磁性材からなる磁性層および導電材料からなる導電層を凹部付絶縁層の表面に形成する工程を更に有するようにすることができる。
【００４６】
また、磁性膜を形成する工程において、凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、凹部を跨ぐようにして凹部付絶縁層の表面にバッファ絶縁層を形成し、そのバッファ絶縁層に接するようにして磁性膜を形成するようにすることができる。
【発明の効果】
【００４７】
以上詳述したように、本発明によれば、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサおよびその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサを示し、（Ａ）は磁性膜センサの要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサの図１における断面の方向からみた斜視図である。
【図３】センサ膜の積層構造を模式的に示す断面図で、（Ａ）はセンサ膜を構成する各層を機能別に区分けして示す断面図、（Ｂ）はセンサ膜の積層構造を各層の材質とともに示す断面図である。
【図４】センサ膜を構成する固定磁化層、非磁性金属層および自由磁化層を磁化および磁界の向きとともに積層状態で示す斜視図である。
【図５】固定磁化層、非磁性金属層および自由磁化層の各層を磁化の向きとともに示す平面図で、（Ａ）は自由磁化層、（Ｂ）は非磁性金属層、（Ｃ）は固定磁化層を示している。
【図６】センサ膜の構造を模式的に示す斜視図で、（Ａ）は上述のセンサ膜の構造を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は永久磁石層の代わりに軟磁性隣接層を有するセンサ膜の構造を模式的に示す斜視図である。
【図７】変形したセンサ膜およびバッファ絶縁層を模式的に示す断面図で、（Ａ）はプラス方向の圧力が加わった場合、（Ｂ）はマイナス方向の圧力が加わった場合を示している。
【図８】センサ膜および永久磁石層を模式的に示す平面図で、（Ａ）はセンサ膜が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜が伸びた場合を示している。
【図９】バイアス磁界と抵抗値との関係を示すグラフで、（Ａ）はセンサ膜が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜が伸びた場合を示している。
【図１０】バイアス磁界と抵抗値との関係を示す別のグラフで、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している。
【図１１】変形例に係る磁性膜センサを模式的に示す斜視図で、（Ａ）は磁性膜センサ１０１を示す斜視図、（Ｂ）は磁性膜センサ１０２を示す斜視図である。
【図１２】第１の実施の形態に係る磁性膜センサを製造する工程における図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【図１３】図１２の後続の工程を示す断面図である。
【図１４】図１３の後続の工程を示す断面図である。
【図１５】図１４の後続の工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁性膜センサを示し、（Ａ）は磁性膜センサの要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る磁性膜センサを製造する工程における図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【図１８】図１７の後続の工程を示す断面図である。
【図１９】図１８の後続の工程を示す断面図である。
【図２０】図１９の後続の工程を示す断面図である。
【図２１】図２０の後続の工程を示す断面図である。
【図２２】図２１の後続の工程を示す断面図である。
【図２３】図２２の後続の工程を示す断面図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態に係る別の磁性膜センサを示し、（Ａ）は磁性膜センサの要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）はさらに別の磁性膜センサにおける（Ｂ）同様の断面図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態に係る磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２６】図２５に示す磁性膜センサのフォトレジストが膨張したときを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態に係る別の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２８】同じく、センサ膜が縮んだ場合の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２９】同じく、センサ膜が伸びた場合の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図３０】第４の実施の形態に係る磁性膜センサを製造する工程における図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【図３１】本発明の第５の実施の形態に係る磁性膜センサを示す図１（Ａ）同様の平面図である。
【図３２】本発明の第６の実施の形態に係る磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図３３】本発明の第６の実施の形態に係る別の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図３４】ＣｏＦｅからなる磁性材における組成と磁歪定数との関係を示す図である。
【図３５】従来の圧力センサの構成の一例を模式的に示す断面図で、（Ａ）は圧力センサの構成を模式的に示す断面図、（Ｂ）は別の圧力センサの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。本発明の実施の形態に係る磁性膜センサは、磁気歪を発生する磁性膜を有している。この磁性膜は例えば後述する第１の実施の形態におけるセンサ膜１０とすることができる。また、磁性膜センサの磁性膜はスピンバルブ膜とも呼ばれ、反強磁性層、強磁性層、非磁性金属層および強磁性層を有している。このスピンバルブ膜は、例えば後述するセンサ膜１０のような矩形状に形成されており、その幅方向が長手辺、幅方向と交差する方向が短手辺になっている。そして、スピンバルブ膜は、ＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかに永久磁石からなる永久磁石バイアス層が積層されていて、その永久磁石バイアス層によってスピンバルブ膜の短手辺に沿った方向の磁界がＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかに加えられる構造を有している。また、磁性膜は磁気歪（Magnetostriction、磁歪ともいい、詳しくは後述する）を発生する。そのため、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みが加わると、磁性膜の磁化が変化する。磁性膜センサは、この性質を利用して機械的な変化を電気的な変化として検出できるようになっている。後述する磁性膜センサ１００は、磁気歪に応じて抵抗値が変化するようになっている。
【００５０】
そして、磁性膜センサは磁気歪構造を有している。この磁気歪構造は、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みを加えることによって磁気歪を発生させるための構造である。例えば、後述する磁性膜センサ１００のように、センサ膜１０がキャビティ２を跨ぐようにして設けられた構造や、磁性膜センサ１０６のように、フォトレジスト３１の膨張によってセンサ膜４０が変形するようにした構造、さらには、磁性膜センサ１０７のようにバイメタル層５０に重ねてセンサ膜４０を設けた構造とすることができる。もちろん、磁気歪構造は、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みを加えられる構造であればよく、以下の第１の実施の形態から第６の実施の形態に開示されている構造に限定されるものではない。
【００５１】
本発明の実施の形態に係る磁性膜センサは、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みが加わると、たとえその機械的な歪が微少であっても磁気歪を発生する。そのため、磁性膜センサは、ごくわずかな機械的な変化を電気的な変化として検出することができるから、非常に高感度なセンサとなっている。特に、後述する磁性膜センサ１００のように、ＧＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＭＲ膜、ＣＰＰ（Current Perpendicular Plane）膜等を用いると、いっそう検出精度を高めることができる。また、本発明の実施の形態に係る磁性膜センサは、後述する磁性膜センサ１００のように、永久磁石層４，５と、電極６，７とを有することが好ましい。永久磁石層４，５はセンサ膜１０の幅方向の両側における端面部分に接していて、永久磁石層４，５によって、後述する静磁界Ｈ３がセンサ膜１０に加えられる。電極６，７はそれぞれ永久磁石層４，５の上に形成されている。電極６，７によって、後述するセンス電流Ｉｓがセンサ膜１０に流れる。
【００５２】
続いて、本発明の実施の形態に係る磁性膜センサの具体的な構造、作用、効果などについて詳細に説明する。
【００５３】
第１の実施の形態
（磁性膜センサの構造）
まず、図１および図２を参照して本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサ１００の構造について説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサ１００を示し、（Ａ）は磁性膜センサ１００の要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図２は磁性膜センサ１００の図１における断面の方向からみた斜視図である。なお、図示の都合上、図１（Ａ）では後述する絶縁層１が省略され、図２では電極６，７が省略されている。
【００５４】
磁性膜センサ１００は、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）膜８を含む磁性膜としてのセンサ膜１０を有している。この磁性膜センサ１００は、外部から加わる圧力Ｆによるセンサ膜１０の抵抗値が変化する性質を利用して圧力Ｆを検出する圧力センサである。
【００５５】
磁性膜センサ１００は、ベース層としての絶縁層１と、絶縁層１の表面に直に接しているバッファ絶縁層３とを有し、そのバッファ絶縁層３の上にセンサ膜１０が直に形成された構成を有している。また、磁性膜センサ１００は第１、第２の永久磁石層としての永久磁石層４，５と、第１、第２の電極としての電極６，７とを有している。
【００５６】
絶縁層１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２等の絶縁材からなり、片側表面の幅方向中央に凹部としてのキャビティ（cavity）２が形成された凹部付絶縁層である。
【００５７】
キャビティ２は絶縁層１の表面上に形成され、所定の幅、奥行きおよび深さを有し、底部に所定の大きさでくぼんだ穴部２ａ，２ｂを有している。穴部２ａ，２ｂはセンサ膜１０を挟んで奥行き方向に対向するようにして配置されている。
【００５８】
そして、このキャビティ２を跨ぐようにしてバッファ絶縁層３とセンサ膜１０とが配置され、センサ膜１０のキャビティ２を跨ぐ方向（幅方向といい、幅方向のうち、永久磁石４から永久磁石５に向かう方向を「Ｘ方向」ともいう）の両側に永久磁石層４，５が配置されている。なお、本実施の形態では、センサ膜１０はキャビティ２の奥行きの方向と直交するようにして配置されている。
【００５９】
バッファ絶縁層３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２などの絶縁材からなる薄膜であって、センサ膜１０および永久磁石層４，５に対応した形状に形成されている。そして、バッファ絶縁層３のうちのセンサ膜１０の接しない部分に永久磁石層４，５が直に接する形で形成されている。
【００６０】
永久磁石層４，５は、永久磁石からなる薄膜であって、センサ膜１０の幅方向の両側における端面部分に接している。永久磁石層４，５によって、後述する静磁界Ｈ３がセンサ膜１０に加わるようになっている。
【００６１】
電極６，７は、導電性の良好な金属からなり、永久磁石層４，５に対応した形状を有している。電極６，７は、それぞれ永久磁石層４，５の上に形成されている。この電極６，７は、後述するセンス電流Ｉｓをセンサ膜１０に流すために設けられている。
【００６２】
（センサ膜１０の構成）
センサ膜１０は、幅方向の長さ（トラック幅）Ｗ１、幅方向と交差する方向（奥行き方向といい、奥行き方向のうちの図１（Ｂ）の断面に向かう方向を「Ｙ方向」という）の長さ（奥行き）がＷ２の矩形状に成形された薄膜である。本実施の形態では、トラック幅Ｗ１は約１００ｎｍに設定され、奥行きＷ２はトラック幅Ｗ１よりも小さく（Ｗ１＞Ｗ２）設定されている。
【００６３】
次に、図３〜図６を参照して、センサ膜１０について詳しく説明する。図３はセンサ膜１０の積層構造を模式的に示す断面図で、（Ａ）はセンサ膜１０を構成する各層を機能別に区分けして示す断面図、（Ｂ）はセンサ膜１０の積層構造を各層の材質とともに示す断面図である。図４は、センサ膜１０を構成する固定磁化層１５、非磁性金属層１６および自由磁化層１７を磁化および磁界の向きとともに積層状態で示す斜視図である。図５は、固定磁化層１５、非磁性金属層１６および自由磁化層１７の各層を磁化の向きとともに示す平面図で、（Ａ）は自由磁化層１７、（Ｂ）は非磁性金属層１６、（Ｃ）は固定磁化層１５を示している。
【００６４】
さらに、図６はセンサ膜の構造を模式的に示す斜視図で、（Ａ）はセンサ膜１０の構造を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は永久磁石バイアス層１１の代わりに軟磁性隣接層１９を有するセンサ膜２０の構造を模式的に示す斜視図である。
【００６５】
図３（Ａ）に示すように、センサ膜１０はＧＭＲ膜８、永久磁石バイアス層１１および絶縁層１２を有し、永久磁石バイアス層１１と、絶縁層１２と、ＧＭＲ膜８とがこの順に積層された構成を有している。このセンサ膜１０は永久磁石バイアス層１１がバッファ絶縁層３に直に接する形で形成されている。
【００６６】
ＧＭＲ膜８は下地層１３と、反強磁性層１４と、固定磁化層１５と、非磁性金属層１６と、自由磁化層１７と、保護層１８とを有し、各層がこの順に積層された構成を有している。このＧＭＲ膜８は図４に示すように、非磁性金属層１６に電極６，７を通って加えられるセンス電流Ｉｓが流され、そのセンス電流Ｉｓの形成する後述する電流磁界Ｈ２によって、自由磁化層１７の磁化の向きを調整できるようになっている（詳しくは後述する）。また、ＧＭＲ膜８は磁気抵抗効果のため、磁界の大きさによって抵抗値が変化する性質を有している。
【００６７】
永久磁石バイアス層１１は永久磁石からなる薄膜であって、図３（Ｂ）に示すように、ＣｒＴｉからなるＣｒＴｉ層１１ａ（膜厚は約５０Å）と、ＣｏＰｔからなるＣｏＰｔ層１１ｂ（膜厚は約３００Å）と、ＴａからなるＴａ層１１ｃ（膜厚は約３００Å）とを有し、各層がこの順に積層された３層構造を有している。この永久磁石バイアス層１１はＧＭＲ膜８に後述する垂直バイアス磁界Ｈ１を加えるための垂直バイアス磁界層としての機能を有している。
【００６８】
なお、永久磁石バイアス層１１におけるＣｏＰｔ層１１ｂの厚みを増すことにより、垂直バイアス磁界Ｈ１の強度を高めることが可能である。また、センサ膜１０の高さおよび永久磁石バイアス層１１の高さを小さくすることでも、垂直バイアス磁界Ｈ１の強度を高めることが可能である。また、ＣｏＰｔ層１１ｂの材質をパーマロイにすることもできる。
【００６９】
絶縁層１２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなり、膜厚は約２００Åとなっている。この絶縁層１２はセンス電流ＩｓがＧＭＲ膜８から永久磁石バイアス層１１に流れないようにし、センス電流Ｉｓの永久磁石バイアス層１１への分流による出力ロスを防ぐため、永久磁石バイアス層１１とＧＭＲ膜８との間に挟み込まれている。
【００７０】
下地層１３は、ＮｉＣｒからなる単層構造で膜厚は約５０Åである。反強磁性層１４はＩｒＭｎからなる単層構造で膜厚は約７０Åである。
【００７１】
固定磁化層１５は、図３（Ｂ）に示すように、ＣｏＦｅからなる第１のＣｏＦｅ層１５ａ（膜厚は約１５Å）と、ＲｕからなるＲｕ層１５ｂ（膜厚は約８Å）と、ＣｏＦｅからなる第２のＣｏＦｅ層１５ｃ（膜厚は約２０Å）とを有し、各層がこの順に積層された３層構造（強磁性材、非磁性金属材および強磁性材が積層されたシンセティック・ピンド構造）を有している。
【００７２】
本実施の形態では、固定磁化層１５は図４および図５（Ａ）に示すように、磁化の向きが方向ｄ１５に沿った方向を向くように設定されている。方向ｄ１５は図１に示した磁性膜センサ１００の断面に向かうＹ方向から、概ね１８０度反対の方向になっている。
【００７３】
この固定磁化層１５は所定の熱処理（例えば、２５０度〜３００度程度の温度を２時間〜５時間程度加える処理）が施された後に磁化され（例えば、５〜１０ｋＯｅの外部磁界を加えて磁化されている）その上で反強磁性層１４に接合されている。これにより、固定磁化層１５は反強磁性層１４との間で交換結合をしていて、磁化の向きが固定され一定の向きを向くようになっている。このように、固定磁化層１５は磁化の向きが固定された磁性層なので、ピンド層（pinned layer）ともいう。
【００７４】
なお、固定磁化層１５は３層構造とすることによって、交換結合力が実効的に増大しているが、この点については、例えば、特開２０００−１３７９０６号公報に開示されている。また、固定磁化層１５は強磁性材を用いた単層構造にしてもよい。
【００７５】
非磁性金属層１６は、Ｃｕからなる単層構造で膜厚は約２０Åである。この非磁性金属層１６は、センス電流Ｉｓが流れるようになっている。非磁性金属層１６は、Ｃｕの代わりにＡｇやＡｕを用いても良い。
【００７６】
自由磁化層１７はＣｏＦｅ（ＣｏとＦｅの原子組成比が６０：４０）からなる単層構造で膜厚は約５０Åである。この自由磁化層１７は磁化が固定されてなく外部から加えられる磁界（以下、「外部磁界」といい、本実施の形態では、後述する垂直バイアス磁界Ｈ１、電流磁界Ｈ２、および永久磁石４、５からの静磁界Ｈ３との合成磁界になっている）の向きに応じて磁化の向きが容易に変わる。そのため、自由磁化層１７はセンス電流Ｉｓを調整して電流磁界Ｈ２の大きさを調整することによって磁化の向きを変えることができる。
【００７７】
このように、自由磁化層１７は磁化の向きが固定されない磁性層であるため、フリー層（free layer）ともいう。なお、本実施の形態では永久磁石層４，永久磁石層５、永久磁石バイアス層１１等の永久磁石によって外部から自由磁化層１７に加えられる磁界をバイアス磁界という。
【００７８】
本実施の形態では、自由磁化層１７は外部から圧力Ｆの加わっていない初期状態では、センス電流Ｉｓの値を調整し、図４および図５（Ａ）に示すように、磁化が外部磁界によって方向ｄ１７に沿った方向を向くようにしている。この方向ｄ１７は、Ｘ方向からＹ方向に向かって概ね４５度回転した方向になっている。
【００７９】
自由磁化層１７を構成しているＣｏＦｅは、本実施の形態では、磁歪定数が３×１０−５になっている。この磁歪定数は通常のＨＤＤ（Hard Disk Drive）のＧＭＲヘッドに用いられているフリー層の磁歪定数と比較して、約２０倍程度大きな値になっている。なお、ＣｏＦｅ合金の磁歪定数は、ＣｏとＦｅとの組成に依存することが知られている。外部から圧力Ｆが加わったときにおけるセンサ膜１０の感度を高めたい場合には、磁歪定数の大きな材料を選択し、感度を弱めたい場合には、磁歪定数の小さな材料を選択すればよい。
【００８０】
また、自由磁化層１７は、外部磁界に対して敏感に反応することが望ましく、バルクハウゼンノイズが小さいことも望ましい。バルクハウゼンノイズを低減するためには、例えば、ＧＭＲ膜８に対して幅Ｗ１方向にバイアス磁界が加えられるようにすることができる（このバイアス磁界を水平バイアス磁界ともいう）。センサ膜１０に対する水平バイアス磁界は、例えば、ＧＭＲ膜８の両側に永久磁石４，５を配置することによって行うことができる。そのほか、図示はしないが、ＧＭＲ膜８の両側に永久磁石４，５の代わりにバイアス磁界印加層を配置してもよい。このバイアス磁界印加層は、強磁性層と反強磁性層との積層体等によって構成され、磁化の向きが固定されている
【００８１】
保護層１８はＲｕからなるＲｕ層１８ａ（膜厚は約５Å）と、ＴａからなるＴａ層（膜厚は約２０Å）１８ｂとを有し、各層がこの順に積層された２層構造を有している。この保護層１８はＧＭＲ膜８を圧力Ｆから保護する役割を有している。
【００８２】
なお、上述のとおり、センサ膜１０は、永久磁石バイアス層１１とＧＭＲ膜８との間に絶縁層１２が挟み込まれた構造となっているが、この構造の最も大きな長所の１つとして、プロセス的な面も含めて設計が比較的簡単なことが挙げられる。例えば、詳しくは後述するが、バイアス磁界によって傾けようとするＧＭＲ膜８の磁化の向きをαとすると、永久磁石バイアス層１１は(MS・t)ｓｉｎαとほぼ等しい残留磁化と厚さの積があれば良く、設計指針が単純かつ明快である。ここで、MSはＧＭＲ膜８の飽和磁化の大きさ、ｔはＧＭＲ膜８の厚さである。
【００８３】
次に、外部から加わる圧力Ｆと、センサ膜１０の特性の変化について、図７〜図１０を参照して説明する。ここで、図７は変形したセンサ膜１０およびバッファ絶縁層３を模式的に示す断面図で、（Ａ）はプラス方向の圧力が加わった場合、（Ｂ）はマイナス方向の圧力が加わった場合を示している。図８はセンサ膜１０および永久磁石層４，５を模式的に示す平面図で、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している。
【００８４】
さらに、図９はバイアス磁界と抵抗値との関係を示すグラフで、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している。図１０はバイアス磁界と抵抗値との関係を示す別のグラフで、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している
【００８５】
ところで、一般に磁性材には、長さの伸縮に応じて磁化し易い方向が変化するという性質がある。磁性材には、この性質に関連して、「磁歪」という特性パラメータがある。磁歪（Magnetostriction）とは、強磁性体に長さの変化などの機械的な歪を加えると磁化が変化し、逆に強磁性体に長さなどの機械的な歪を加えると、磁化が変化する性質を意味している。
【００８６】
磁歪が正の値の磁性材は、長さが伸びるとその伸びた方向に磁化され易くなるが、長さが縮むとその縮んだ方向に磁化され難くなるという性質を有している。また、磁歪が負の値の磁性材は、長さが伸びるとその伸びた方向に磁化され難くなり、長さが縮むと縮んだ方向に磁化され易くなるという性質を有している。
【００８７】
そして、磁性膜センサ１００はセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１の変化に応じて自由磁化層１７の磁化の方向が変わり、それによってセンサ膜１０の抵抗値が変化することに着目して圧力Ｆを検出する（詳しくは後述する）。なお、自由磁化層１７のようなＣｏＦｅからなる磁性材における組成と磁歪定数との関係を図示すると、例えば図３４のようになる。
【００８８】
ここで、磁歪パラメータの大きさは、センサ膜１０に用いられる磁性材では、−0.000001〜＋0.000001の値をとるようになっている。磁歪が０（ゼロ）の場合には、伸び縮みに対して、磁気的に全く変化しないことを意味している。これを「ゼロ磁歪」という。本実施の形態では、センサ膜１０に用いられる磁性材は磁歪が「正」の特性を有することを想定しているので、伸ばされた方向に磁化されやすい性質を有している。
【００８９】
そして、図７（Ａ）に示すように、センサ膜１０に上側から下向き（この向きをプラス方向という）の圧力Ｆ１が加わると、センサ膜１０はバッファ絶縁層３とともに両端部分が中央に向かって手繰り寄せられるようにして下向きアーチ状に変形、すなわち湾曲する。この場合、センサ膜１０が幅方向に縮んでトラック幅Ｗ１が小さくなる。
【００９０】
反対に図７（Ｂ）に示すように、センサ膜１０に上側から上向き（この向きをマイナス方向という）の圧力Ｆ２が加わった（すなわち、それまで加わっていた圧力が小さくなった）とすると、センサ膜１０はバッファ絶縁層３とともに中央部分が引っ張られるようにして上向きアーチ状に変形、すなわち湾曲する。この場合、センサ膜１０が幅方向に伸びてトラック幅Ｗ１が大きくなる。
【００９１】
上述のとおり、自由磁化層１７が磁歪を有するとした場合、外部からの圧力Ｆに応じてセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が大きくなったり小さくなったりする。そのため、このトラック幅Ｗ１の大きさの変化に応じて、自由磁化層１７が幅方向に磁化され易くなったり磁化され難くなったりするという現象が発生することとなる。この点について、図８を参照して説明する。
【００９２】
ここで、本実施の形態では、磁歪が正の材料を用いて自由磁化層１７が構成されていることを想定している。そのため、図８（Ｂ）に示すように、センサ膜１０が幅方向に伸張したときは、伸張した幅方向に自由磁化層１７が磁化されやすくなるから、磁化の向きが幅方向の磁界の影響を強く受けやすくなる。すると、自由磁化層１７に幅方向と交差する奥行き方向の垂直バイアス磁界Ｈ１が加えられても（図４参照）、垂直バイアス磁界Ｈ１の影響が相対的に小さくなり、磁化が幅方向を向きやすくなる。
【００９３】
逆に、図８（Ａ）に示すようにセンサ膜１０が幅方向に縮んだときは、縮んだ幅方向に自由磁化層１７が磁化され難くなる。この場合、自由磁化層１７は、幅方向の磁界の影響を受け難くなるため、垂直バイアス磁界Ｈ１の影響が相対的に大きくなり、磁化が奥行き方向を向きやすくなる。
【００９４】
一方、ＧＭＲ膜８には永久磁石バイアス層１１によって垂直バイアス磁界Ｈ１が加えられる。続いてＧＭＲ膜８に加えられる垂直バイアス磁界Ｈ１について、図６を参照して説明する。
【００９５】
本実施の形態では、図６（Ａ）にも示すように、ＧＭＲ膜８に垂直バイアス磁界Ｈ１を加えるため、永久磁石バイアス層１１のような永久磁石からなる薄膜がＧＭＲ膜８に隣接して成膜されている。そのため、永久磁石バイアス層１１が図６（Ａ）の矢印a１方向に磁化されていると、静磁結合によって、ＧＭＲ膜８に矢印a２方向のバイアス磁界Ｈ１が加わるようになっている。このバイアス磁界Ｈ１は静磁界Ｈ３に直交しているので、本実施の形態では、垂直バイアス磁界という。
【００９６】
そして、ＧＭＲ膜８に対して垂直バイアス磁界Ｈ１を加える場合、次の点を考慮することが望ましい。一般に磁性材は外部から加わるバイアス磁界の大きさに応じて抵抗値が変化するが、その抵抗値の変化する割合が長さの伸縮に応じて変わるという性質を有している。ＧＭＲ膜８の場合、図９（Ａ）に示すように、センサ膜１０のトラック幅Ｗ１が小さくなった場合は、センサ膜１０の抵抗値の変化が急峻になり、図９（Ｂ）に示すように、トラック幅Ｗ１が大きくなった場合は抵抗値の変化が緩慢になるといった性質を有している。
【００９７】
ところが、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バイアス磁界の大きさを大きく設定しすぎると、バイアス磁界の大きさに応じて抵抗値の変化する大きさ（抵抗値の変動幅）が小さくなってしまう。
【００９８】
このように、バイアス磁界をあまりに大きくしてしまうと、最大の抵抗変化量（ＭＲ変化率）で規定される抵抗値だけ（図１０（Ａ）では抵抗値Ｒ１、図１０（Ｂ）では抵抗値Ｒ２）が検出値として常時現われるようになってしまい、所望の抵抗値の変化を得ることが困難になる。この点を考慮すると、バイアス磁界はセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が最も小さくなり、自由磁化層１７が最も磁化されやすい状態になっても、抵抗値が飽和しない程度の大きさに設定する必要がある。
【００９９】
磁性膜センサ１００の出力は、センサ膜１０の抵抗値とセンス電流Ｉｓの積である電圧値として与えられる。従って、磁性膜センサ１００の出力値はセンス電流Ｉｓを大きくするか、センサ膜１０のトラック幅Ｗ１を大きくすることで高めることができる。また、センサ膜１０の膜厚を小さくすると、それに応じて抵抗値が高くなるからセンサ膜１０の膜厚を小さくするようにしても良い。
【０１００】
（磁性膜センサの動作内容）
続いて、磁性膜センサ１００の動作内容について、主にセンサ膜１０の動作内容を中心に説明する。
【０１０１】
磁性膜センサ１００は、電極６，７を通じてセンス電流Ｉｓをセンサ膜１０に通電した状態で作動させる。このとき、センス電流Ｉｓは図５（Ｂ）に示すように、非磁性金属層１６をＸ方向に沿って流れ、右ねじの法則によって、センス電流Ｉｓの周りを同心円状に取り巻く電流磁界Ｈ２を発生させる（図４参照）。
【０１０２】
そして、外力Ｆが加わっていない状態では、センサ膜１０が次のようになっている。すなわち、固定磁化層１５は図５（Ａ）に示すように、方向ｄ１５の方向に磁化が固定されている。また、自由磁化層１７は、磁化が外部磁界によって方向ｄ１７の方向を向いている。
【０１０３】
ここで、垂直バイアス磁界Ｈ１および電流磁界Ｈ２がＹ方向を向き、静磁界Ｈ３がＸ方向を向いている。外部磁界は、垂直バイアス磁界Ｈ１、電流磁界Ｈ２および静磁界Ｈ３を合成した磁界である。本実施の形態では、センス電流Ｉｓを調整することによって、この合成した磁界の向きがＸ方向からＹ方向に向かって概ね４５度傾いた方向に設定されるようにしている。自由磁化層１７の磁化の向きは外部磁界に沿った方向を向くため、外部磁界と同じ方向のｄ１７の方向を向いている。この場合、固定磁化層１５の磁化の向きと自由磁化層１７の磁化の向きのなす角θは、θ１（約１３５度）になっている。
【０１０４】
ここで、プラス方向の圧力Ｆ１がセンサ膜１０に加わったとする。この場合、センサ膜１０は、キャビティ２を跨ぐようにして配置されている。キャビティ２は適度な深さを有するから、絶縁層１の表面にキャビティ２が形成されていることによって、センサ膜１０が変形するときの障害となるものが除去された格好になっていて、センサ膜１０が変形しやすくなっている。すなわち、絶縁層１において、キャビティ２がセンサ膜１０の変形を許容する変形許容部となっている。そして、センサ膜１０は、キャビティ２を跨ぐようにして配置されているから、図７（Ｂ）に示したように圧力Ｆ２が加わると、キャビティ２の両側２つの端部よりも内側がキャビティ２の外側に向かって湾曲するし、図７（Ａ）に示したように圧力Ｆ１が加われば、キャビティ２の両側２つの端部よりも内側がキャビティ２の内側に入り込むようにも湾曲する。
【０１０５】
そのため、センサ膜１０は圧力Ｆ１が微弱であっても敏感に反応して的確に変形するようになっている。しかも、センサ膜１０はバッファ絶縁層３の上に形成されているから、変形したときにバッファ絶縁層３によって支えられるようにもなっている。
【０１０６】
そして、プラス方向の圧力Ｆ１がセンサ膜１０に加わるとセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が小さくなるため、自由磁化層１７が幅方向に磁化され難くなる。この場合、自由磁化層１７は奥行き方向に磁化されやすくなるため、垂直バイアス磁界Ｈ１、電流磁界Ｈ２の影響を受けやすくなり、磁化の方向が方向ｄ１７からＹ方向に動く。この場合、自由磁化層１７の磁化の方向は例えば図５（Ｃ）に示す方向ｄ１７ａのようになる。
【０１０７】
したがって、固定磁化層１５の磁化の向きと自由磁化層１７の磁化の向きとのなす角θはθ１からθ２（約１８０度）に変化する（θ１＜θ２）。
【０１０８】
ところで、固定磁化層１５の磁化の向きと自由磁化層１７の磁化の向きとのなす角θと、センサ膜１０の抵抗値Ｒとの間には、Ｒ＝（１−ｃｏｓθ）／２の関係があることがわかっている。
【０１０９】
そのため、上記のようになす角θがθ１からθ２に変化したことに伴い、抵抗値Ｒが変化することとなる。なす角θがθ１の場合、ｃｏｓθは約−０．７０７であり、なす角θがθ２の場合、ｃｏｓθは約−１なので、抵抗値Ｒは約０．８５３から１に変化する。
【０１１０】
これに対し、センサ膜１０にマイナス方向の圧力Ｆ２が加わったとする。すると、センサ膜１０のトラック幅Ｗ１が大きくなるため、幅方向に自由磁化層１７が磁化されやすくなる。すると、自由磁化層１７は静磁界Ｈ３の影響を受けやすくなるため、磁化の向きがＹ方向とは反対の方向に向かって動き（図示せず）、なす角θがθ１よりも小さくなる。したがって、抵抗値Ｒは初期状態よりも小さくなる。
【０１１１】
このように、磁性膜センサ１００は圧力Ｆに応じてセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が変わり、そのトラック幅Ｗ１の変化に応じて抵抗値Ｒが変化するようになっている。磁性膜センサ１００の出力は、センサ膜１０の抵抗値Ｒとセンス電流Ｉｓの積である電圧値Ｖとして与えられ、抵抗値Ｒの変化が電圧値Ｖの変化として取り出される。磁性膜センサ１００はセンサ膜１０が圧力Ｆが微弱でも敏感に反応して的確に変形し、それによって抵抗値Ｒが変化するから、圧力の検出精度が高い。磁性膜センサ１００は、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。特に、ＧＭＲ膜８を用いることによって、抵抗値の変動幅を大きくすることができる（ＭＲ変化率を高くすることができる）ので、圧力の検出精度を高くすることができる。
【０１１２】
（変形例１）
上記のほか、ＧＭＲ膜８に垂直バイアス磁界Ｈ１を加える場合、図６（Ｂ）に示すように、永久磁石バイアス層１１の代わりに、軟磁性隣接層(Soft Adjacent Layer:SAL)と呼ばれる軟磁性層１９を形成してセンサ膜２０としてもよい。
【０１１３】
このセンサ膜２０でも、図６（Ｂ）に示すように、軟磁性層１９に電流を流さないようにするため、絶縁層１２（または高抵抗相のTaからなる薄膜）が軟磁性層１９とＧＭＲ膜８との間に挟み込まれている。
【０１１４】
センサ膜２０では、センス電流Ｉｓが紙面手前側から奥に向かって流れ、右ねじの法則によって、電流磁界Ｈ２を発生させる。すると、軟磁性層１９はこの電流磁界Ｈ２によって矢印a１方向に磁化される。軟磁性層１９の磁化が変化し、端部に磁極が発生すると、ＧＭＲ膜８には矢印a２方向の垂直バイアス磁界Ｈ１が加わるようになる。
【０１１５】
（変形例２）
図１１は別の磁性膜センサを模式的に示す斜視図で、（Ａ）は磁性膜センサ１０１を示す斜視図、（Ｂ）は磁性膜センサ１０２を示す斜視図である。
【０１１６】
磁性膜センサ１０１は磁性膜センサ１００と比較して、バッファ絶縁層３を有しない点と、永久磁石層４，５を有しない点とで相違している。また、磁性膜センサ１０１は、電極６，７と形状の異なる電極２６，２７を有する点と、磁性膜センサ１００のトラック幅Ｗ１が小さくなっている点でも相違している。
【０１１７】
磁性膜センサ１０１はバッファ絶縁層３を有しないから、磁性膜センサ１００よりもセンサ膜１０が変形しやすく、その分センサ膜１０の感度が良好である。また、電極２６，２７は、センサ膜１０の端面Ｓ側の端部が一部切り欠かれて切り欠き端面２６ａ，２７ａとなっている。そのため、電極２６，２７はセンス電流Ｉｓが流れやすくなっている。また、永久磁石層４，５を有しないから、永久磁石バイアス層１１にセンス電流Ｉｓが流れることによる出力ロスを防止することができる。磁性膜センサ１０１はその他の点では、磁性膜センサ１００と同じ作用効果を奏するものである。
【０１１８】
磁性膜センサ１０２は磁性膜センサ１０１と比較して、永久磁石層２４，２５を有する点で相違している。そのため、磁性膜センサ１０２は自由磁化層１７のバルクハウゼンノイズを低減できるようになっている。磁性膜センサ１０２もその他の点では、磁性膜センサ１００と同じ作用効果を奏するものである。
【０１１９】
また、図示はしないが、磁性膜センサ１０１，１０２のほか、上述した磁性膜センサ１００についても、ＧＭＲ膜８の代わりにＭＲ膜、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）膜、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）膜を用いてもよい。
【０１２０】
（磁性膜センサの製造方法）
次に、上述の図１（Ａ），（Ｂ）とともに、図１２〜図１５を参照して、上述の構造を有する磁性膜センサ１００の製造方法について説明する。
【０１２１】
ここで、図１２〜図１５は、磁性膜センサ１００を製造する各工程における図１（Ｂ）に対応する断面図を示している。
【０１２２】
本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１２に示すようにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２などの絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布する。その上で、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行い、絶縁層１の表面をキャビティ２に対応した形状に露出させるレジストパターン３０を形成する。そして、レジストパターン３０をマスクにして、反応性イオンエッチング（以下「ＲＩＥ」という）を行い(この場合、ＢＣＬ３を用いる)、絶縁層１のレジストパターン３０で被覆されない表面部分を一部除去する。すると、キャビティ２が形成される。
【０１２３】
続いて、図１３に示すように、キャビティ２を埋めるためのフォトレジスト３１を塗布し、その後、絶縁層１の表面全体にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２等の絶縁材の被膜３Ａを形成し、その被膜３Ａの不要な部分を除去するとバッファ絶縁層３が形成される。
【０１２４】
さらに、センサ膜１０を形成するためのセンサ層３２を絶縁層１の表面全体に形成する。その上で、センサ層３２の表面全体にフォトレジストを塗布する。さらに、所定のフォトマスクを用いた露光、現像を行い、センサ膜１０に対応した部分にフォトレジストが残るようにしてレジストパターン３３を形成する。そのレジストパターン３３を用いてセンサ層３２を対象とするエッチングを行い、センサ層３２のレジストパターン３３で被覆されない部分を除去する。
【０１２５】
次に、図１４に示すように、絶縁層１の表面全体に、永久磁石層４，５を形成するための磁性材を用いて、スパッタリング等により絶縁層１の表面全体に磁性層３４を形成する。さらに、続いて、電極６，７を形成するための導電性材料を用いて、スパッタリング等により絶縁層１の表面全体に導電層３５を形成する。
【０１２６】
続いて、フォトレジスト３１とレジストパターン３３を溶解させる材料を用いてリフトオフを行いフォトレジスト３１とレジストパターン３３を除去する。このとき、レジストパターン３３とともに、レジストパターン３３を被覆している磁性層３４と導電層３５も除去する。すると、図１５に示す状態が得られる。このリフトオフを行うことにより、キャビティ２が形成されるが、リフトオフが行われたことによって、キャビティ２の底部に穴部２ａ，２ｂが形成されている。
【０１２７】
さらに続いて、残された磁性層３４と導電層３５のうちの不要な部分をエッチング等により除去して、永久磁石層４，５と電極６，７を形成する。すると、磁性膜センサ１００が得られる。
【０１２８】
こうして得られる磁性膜センサ１００は上述の構成を有するから、圧力の検出精度が高く、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。
【０１２９】
また、以上のようにして磁性膜センサ１００を製造することによって、磁性膜センサ１００は、他の半導体装置と一緒に製造することができる。
【０１３０】
第２の実施の形態
（磁性膜センサ１０３の構造）
次に、図１６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁性膜センサ１０３の構造について説明する。ここで、図１６は本発明の第２の実施の形態に係る磁性膜センサ１０３を示し、（Ａ）は磁性膜センサ１０３の要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図示の都合上、図１６（Ａ）では絶縁層１および後述する被膜４１が省略されている。
【０１３１】
磁性膜センサ１０３は、第１の実施の形態における磁性膜センサ１００と比較して、センサ膜１０の変わりにセンサ膜４０を有する点、永久磁石層４，５がセンサ膜４０の上面に接している点とで相違し、そのほかの点では一致している。センサ膜４０はセンサ膜１０と比較してトラック幅Ｗ１よりも大きいトラック幅Ｗ３を有する点で異なるが、その他の点では一致している。センサ膜４０のトラックＷ３はセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１よりも大きいため（Ｗ３＞Ｗ１）、センサ膜１０よりも抵抗値Ｒの変化が大きくなっている。そのため、磁性膜センサ１０３は、磁性膜センサ１００と同様の作用効果を奏するだけでなく、センサ膜４０の抵抗値Ｒの変化が大きいことによって、圧力の検出精度が磁性膜センサ１００よりも良好となっている。
【０１３２】
（磁性膜センサ１０３の製造方法）
次に、上述の図１６（Ａ），（Ｂ）とともに、図１７〜図２３を参照して、上述の構造を有する磁性膜センサ１０３の製造方法について説明する。
【０１３３】
ここで、図１７〜図２３は、磁性膜センサ１０３を製造する各工程における図１６（Ｂ）に対応する断面図を示している。
【０１３４】
本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１７に示すように、絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布する。その上で、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行い、絶縁層１の表面をキャビティ２に対応した形状に露出させるレジストパターン３０を形成する。そして、そのレジストパターン３０をマスクにして、第１の実施の形態と同様のＲＩＥを行い、絶縁層１のレジストパターン３０で被覆されない表面部分を一部除去する。すると、図１８に示すように、キャビティ２が形成される。
【０１３５】
次に、図１９に示すように、絶縁層１の表面全体に被膜４１を形成する。この被膜４１はＲｕを用いて形成され、化学機械研摩（以下「ＣＭＰ」という）のストッパとしての役割を有するものである。続いて、キャビティ２を埋めるためのフォトレジスト３１を塗布し、その後、絶縁層１の表面全体にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる被膜４２を形成する。次いで図２０に示すように、絶縁層１の表面全体をＣＭＰにより研摩して、表面平坦化処理を行う。
【０１３６】
さらに、図２１に示すように、絶縁層１の表面全体にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２等の絶縁材の被膜３Ａを形成し、その被膜３Ａの不要な部分を除去するとバッファ絶縁層３が形成される。また、バッファ絶縁層３の上にセンサ膜４０を形成するためのセンサ層４３を形成した上で、センサ層４３の不要な部分を除去すると、センサ膜４０が形成される。
【０１３７】
続いて、絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布し、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行い図示しないレジストパターンを形成する。このレジストパターンはセンサ膜４０のうちの永久磁石層４，５によって被覆されない部分にフォトレジストが残るようにして形成する。その上で、絶縁層１の表面全体に磁性層３４を形成する。この磁性層３４は永久磁石層４，５を形成するための磁性材を用いて、例えばスパッタリング等により形成される。続いて、絶縁層１の表面全体に導電層３５を形成する。この導電層３５は電極６，７を形成するための導電性材料を用いて、例えばスパッタリング等により形成される。
【０１３８】
続いて、フォトレジスト３１とレジストパターンを溶解させる材料を用いてリフトオフを行いフォトレジスト３１とそのレジストパターンを除去する。このとき、レジストパターンとともに、レジストパターンを被覆している磁性層３４と導電層３５も除去する。リフトオフを行うことにより、第１の実施の形態と同様のキャビティ２が形成される。
【０１３９】
さらに続いて、残された磁性層３４と導電層３５のうちの不要な部分をエッチング等により除去することにより、図２２に示すように、磁性膜センサ１０３が得られる。以上のようにして磁性膜センサ１０３を製造する場合も、磁性膜センサ１００を製造する場合と同様の作用効果が得られる。
【０１４０】
この磁性膜センサ１０３は、図２３に示すように、外部からの圧力Ｆが加わったときにセンサ膜４０が変形してトラック幅Ｗ３の大きさが変わるため、磁性膜センサ１００と同様に高精度で圧力Ｆを検出することができる。また、トラック幅Ｗ３がトラック幅Ｗ１よりも大きいため、抵抗値Ｒの変化が大きく、磁性膜センサ１００よりも高精度で圧力Ｆを検出することができる。
【０１４１】
（変形例１）
図２４は別の磁性膜センサ１０４を模式的に示し、（Ａ）は磁性膜センサ１０４の要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。また、（Ｃ）は別の磁性膜センサ１０５における（Ｂ）同様の断面図である。
【０１４２】
磁性膜センサ１０４は第２の実施の形態における磁性膜センサ１０３と比較して、バッファ絶縁層３を有しない点で相違し、そのほかの点では一致している。磁性膜センサ１０４はバッファ絶縁層３を有しないから、磁性膜センサ１０３よりもセンサ膜４０が変形しやすく、その分センサ膜４０の感度が良好である。
【０１４３】
磁性膜センサ１０５は磁性膜センサ１０４と比較して、永久磁石層４，５、電極６，７およびセンサ膜４０の形成されている場所が異なっている点で相違している。
【０１４４】
磁性膜センサ１０４の場合、永久磁石層４，５、電極６，７は絶縁層１の表面上に形成されているが、磁性膜センサ１０５の場合、永久磁石層４，５、電極６，７は絶縁層１の中に埋め込まれている。そして、その埋め込まれた永久磁石層４，５に接するようにして、センサ膜４０が形成されている。
【０１４５】
また、磁性膜センサ１０４の場合、永久磁石バイアス層１１が絶縁層１の表面上に形成されているが、磁性膜センサ１０５の場合は永久磁石バイアス層１１が外側を向いている。そのため、プラス方向の圧力Ｆが加わった場合、磁性膜センサ１０４では、センサ膜４０のトラック幅Ｗ３が小さくなるが、磁性膜センサ１０５では、センサ膜４０のトラック幅Ｗ３が大きくなる。したがって、磁性膜センサ１０４と磁性膜センサ１０５とは抵抗値Ｒの変化の仕方が相違している。
【０１４６】
第３の実施の形態
（磁性膜センサ１０６の構造）
次に、図２５、図２６を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁性膜センサ１０６の構造について説明する。ここで、図２５は本発明の第３の実施の形態に係る磁性膜センサ１０６を示す図１（Ｂ）同様の断面図である。また、図２６は磁性膜センサ１０６のフォトレジスト３１が膨張したときを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。この磁性膜センサ１０６は、磁性膜センサ１００、１０３などと異なり、温度を検出する温度センサである。
【０１４７】
磁性膜センサ１０６は上述した磁性膜センサ１０３と比較して、キャビティ２の幅が磁性膜センサ１０３のキャビティ２よりも大きく形成されている点と、キャビティ２にフォトレジスト３１が埋め込まれている点とで相違し、そのほかの点では一致している。
【０１４８】
磁性膜センサ１０６は、キャビティ２にフォトレジスト３１が埋め込まれている。フォトレジスト３１はセンサ膜４０よりも柔軟な材料であって熱膨張により変形しやすい。そのため、フォトレジスト３１はセンサ膜４０の変形を許容する変形許容部となっている。
【０１４９】
磁性膜センサ１０６は、その変形許容部としてのフォトレジスト３１を跨ぐようにしてセンサ膜４０が形成されているので、温度変化に起因してフォトレジスト３１の膨張があったときにセンサ膜４０が変形し、それによってセンサ膜４０の長さが変化する。センサ膜４０のトラック幅Ｗ３の大きさが変化すれば、抵抗値Ｒが変わるから、温度変化に応じて電圧値Ｖが変化する。
【０１５０】
したがって、磁性膜センサ１０６は温度を検出することができるようになっている。また、センサ膜４０が温度変化に敏感に反応するから、温度変化を精度よく検出できるようになっている。
【０１５１】
（磁性膜センサ１０６の製造方法）
磁性膜センサ１０６は、磁性膜センサ１０３とほぼ同様の手順によって製造することができる。磁性膜センサ１０６は、図１７〜図２０までの工程を磁性膜センサ１０３と同様に実行する。ただし、磁性膜センサ１０３よりもキャビティ２の幅を大きくする。そして、図２１に示すように、磁性膜センサ１０３と同様にして絶縁層１の表面にバッファ絶縁層３を形成し、さらに、センサ膜４０を形成する。
【０１５２】
続いて、磁性膜センサ１０３と同様にして絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布し、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行って、磁性膜センサ１０３の場合と同様のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、センサ膜４０のうちの永久磁石層４，５を形成しようとする部分を露出させるようにして形成する。その上で、磁性膜センサ１０３と同様にして、磁性層３４および導電層３５を形成し、その後、レジストパターンを除去する。この場合、フォトレジスト３１は除去しないようにする。以上のようにすることによって、磁性膜センサ１０６が得られる。
【０１５３】
第４の実施の形態
（磁性膜センサ１０７の構造）
次に、図２７〜図２９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る磁性膜センサ１０７の構造について説明する。ここで、図２７〜図２９は本発明の第４の実施の形態に係る磁性膜センサ１０７を示す図１（Ｂ）同様の断面図である。この磁性膜センサ１０７も、磁性膜センサ１０６と同様に温度を検出する温度センサである。
【０１５４】
磁性膜センサ１０７は磁性膜センサ１０６と比較すると、バッファ絶縁層３を有しない点と、バイメタル層５０を有する点とで相違している。
【０１５５】
バイメタル層５０は熱膨張率の異なる２枚の金属層４２，４３を張り合わせたもので、金属層４２，４３がこの順に積層された２層構造を有している。また、バイメタル層５０は、センサ膜４０と同様の矩形状に形成されている。さらに、バイメタル層５０はセンサ膜４０の下側に配置されて永久磁石バイアス層１１に接しており、永久磁石バイアス層１１と被膜４１との間に挟みこまれている。
【０１５６】
金属層４２，４３は、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）の合金に、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）等を添加して、熱膨張率が異なるようにして形成されている。
【０１５７】
バイメタル層５０は熱膨張率が異なる２枚の金属層４２，４３を張り合わせたものであるから、温度の変化によって曲がり方が変化する性質を有している。この場合、例えば、図２８に示すように、バイメタル層５０がキャビティ２の内側に向かって曲がったり、図２９に示すように、キャビティ２の外側に向かって曲がったりする。バイメタル層５０がこのような性質を有することから、温度の変化によってセンサ膜４０のトラック幅Ｗ３の大きさが変わり、センサ膜４０の抵抗値Ｒが変化する。
【０１５８】
したがって、磁性膜センサ１０７は温度変化に応じて電圧値Ｖが変化するから温度を検出することができる。また、センサ膜４０が温度変化に敏感に反応するから、温度変化を精度よく検出できるようになっている。しかも、バイメタル層５０を有することにより、磁性膜センサ１０６よりも敏感に温度変化に反応するため、温度変化をより精度よく検出できるようになっている。
【０１５９】
（磁性膜センサ１０７の製造方法）
磁性膜センサ１０７は、磁性膜センサ１０３とほぼ同様の手順によって製造することができる。磁性膜センサ１０７は、図１７〜図２０までの工程を磁性膜センサ１０３と同様に実行する。ただし、磁性膜センサ１０３よりもキャビティ２の幅を大きくする。そして、図３０に示すように、絶縁層１の表面にバッファ絶縁層３を形成することなくバイメタル層５０を形成し、その上に重ねてセンサ膜４０を形成する。これ以降の工程を磁性膜センサ１０３と同様にして実行することによって、磁性膜センサ１０７が得られる。
【０１６０】
第５の実施の形態
（磁性膜センサ１０８の構造）
次に、図３１を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る磁性膜センサ１０８について説明する。ここで、図３１は本発明の第５の実施の形態に係る磁性膜センサ１０８を示す図１（Ａ）同様の平面図である。この磁性膜センサ１０８は圧力を検出する圧力センサである。
【０１６１】
磁性膜センサ１０８は、磁性膜センサ１００と比較して、永久磁石層４，５の代わりに永久磁石層４７を有する点と、電極６，７の代わりに電極４５，４６を有する点とが相違している。また、磁性膜センサ１０８は、磁性膜センサ１００と比較して、センサ膜１０の代わりにセンサ膜４４を有する点と、キャビティ２の寸法が異なる点と、コイル４８を有する点とで相違し、そのほかの点では一致している。
【０１６２】
電極４５，４６はセンサ膜４４の幅方向の両側部分に接続されている。永久磁石層４７は、図３１に示すように、奥行き方向に沿って伸びる第１の永久磁石層および第２の永久磁石層としての２つの磁性部４７ａ，４７ｂと、幅方向に沿って伸びる第３の永久磁石層としての磁性部４７ｃとを有している。永久磁石層４７は、磁性部４７ｃの両側に磁性部４７ａ，４７ｂが接続され一体となった構造を有している。そして、磁性部４７ａ，４７ｂがそれぞれ電極４５，４６に対峙し、磁性部４７ａ，４７ｂの間にセンサ膜４４、電極４５，４６が位置するようにして配置されている。また、磁性部４７ｃには、図３１に示すように、コイル４８が巻き付けられている。コイル４８は磁性部４７ｃに螺旋状に巻きつけられたヘリカル状コイルである。
【０１６３】
以上の構成を有する磁性膜センサ１０８では、磁性膜センサ１００と同様に、センサ膜４４に対して、外部磁界として、磁性部４７ａ，４７ｂによる静磁界Ｈ３が加えられる。また、磁性部４７ｃに巻き付けられているコイル４８に電流Ｉｃを流すことによって、磁界Ｈ４が形成され、この磁界Ｈ４もセンサ膜４４に加えられるようになっている。
【０１６４】
磁性膜センサ１０８も、圧力の変化に応じてセンサ膜４４のトラック幅の大きさが変わり、それによってセンサ膜４４の抵抗値Ｒが変化するため、磁性膜センサ１００と同様に圧力を検出することができる。また、センサ膜４４が圧力Ｆに敏感に反応して的確に変形し、それによって抵抗値Ｒが変化するから、圧力の検出精度が高い。磁性膜センサ１０８も、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。
【０１６５】
第６の実施の形態
（磁性膜センサ１０９，１１０の構造）
次に、図３２、３３を参照して、本発明の第６の実施の形態に係る磁性膜センサ１０９，１１０について説明する。ここで、図３２は本発明の第６の実施の形態に係る磁性膜センサ１０９を示す図１（Ｂ）同様の断面図、図３３は磁性膜センサ１１０を示す図１（Ｂ）同様の断面図である。この磁性膜センサ１０９，１１０は圧力を検出する圧力センサである。
【０１６６】
磁性膜センサ１０９は絶縁層５１，５２、５３、５４を有し、各層がこの順に積層された構成を有している。また、磁性膜センサ１１０も絶縁層５１，５２、５３、５４を有し、各層がこの順に積層された構成を有している。
【０１６７】
磁性膜センサ１０９，１１０は双方ともに絶縁層５２に埋め込まれた第３の永久磁石層としての永久磁石層５５と、絶縁層５４に埋め込まれた第１の永久磁石層および第２の永久磁石層としての永久磁石層５６、５７とを有している。
【０１６８】
また、磁性膜センサ１０９，１１０は双方ともに第１の電極および第２の電極としての電極５８，５９を有し、それぞれ薄膜コイル６０、６１を有している。
【０１６９】
絶縁層５４は絶縁層１と同様に表面にキャビティ２を有する凹部付絶縁層である。このキャビティ２を跨ぐようにして、バッファ絶縁層３が形成され、バッファ絶縁層３にセンサ膜４０が形成されている。センサ膜４０の両側部分に電極５８，５９が接続されている。また、電極５８，５９の外側に永久磁石層５６、５７が配置されている。
【０１７０】
そして、磁性膜センサ１０９では、永久磁石層５６、５７が永久磁石層５５に接続されている。この永久磁石層５５に薄膜コイル６０が巻きつけられ、永久磁石層５５の周囲を周回している。薄膜コイル６０はヘリカル型のコイルである。
【０１７１】
また、磁性膜センサ１１０でも、永久磁石層５６、５７が永久磁石層５５に接続されている。ただし、磁性膜センサ１１０では、薄膜コイル６１が永久磁石層５６、５７の周囲に形成されている。薄膜コイル６１は図示しない軸を中心にして、永久磁石層５６、５７の周囲を周回するように形成された渦巻き状のコイルである。
【０１７２】
磁性膜センサ１０９，１１０はＸ方向の静磁界Ｈ３として、永久磁石層５６、５７によって形成される静磁界と、薄膜コイル６０、６１に通電して形成される電流磁界Ｈ４とがセンサ膜４０に加えられる。また、電極５８，５９を通じてセンス電流Ｉｓを流せば電流磁界Ｈ２（図３２では図示せず）もセンサ膜４０に加えられる。
【０１７３】
磁性膜センサ１０９，１１０も、圧力の変化に応じてセンサ膜４０のトラック幅の大きさが変わり、それによってセンサ膜４０の抵抗値Ｒが変化するため、磁性膜センサ１００と同様に圧力を検出することができる。また、センサ膜４０が圧力Ｆに敏感に反応して的確に変形し、それによって抵抗値Ｒが変化するから、磁性膜センサ１０９，１１０による圧力の検出精度が高いものとなる。したがって、磁性膜センサ１０９，１１０も、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。
【０１７４】
以上の各実施の形態では、圧力センサおよび温度センサを例にとって説明しているが、本発明は、加速度センサにも適用することができる。
【０１７５】
例えば、磁性膜センサ１００、１０３のセンサ膜１０、４０に加速度に応じた外力が加わるようにして、磁性膜センサ１００、１０３を加速度センサとして用いることができる。この加速度センサでは、例えば、携帯電話機やハードディスクドライブといった電子機器の落下により発生する加速度を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明を適用することにより、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサおよびその製造方法が得られる。本発明は磁性膜センサおよびその製造方法で利用することができる。
【符号の説明】
【０１７７】
１…絶縁層、２…キャビティ、３…バッファ絶縁層、４，５…永久磁石層、６，７…電極、８…ＧＭＲ膜、１０、２０…センサ膜、１１…永久磁石バイアス層、１５…固定磁化層、１６…非磁性金属層、１７…自由磁化層、５０…バイメタル層、１００，１０２，１０２，１０３，１０４，１０５…磁性膜センサ、１０６，１０７，１０８，１０９，１１０…磁性膜センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＭＲ膜，ＡＭＲ膜，ＴＭＲ膜，ＭＲ膜等の磁性膜を用いた磁性膜センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサが様々な分野で利用され、センサの需要が大きく拡大している。例えば、MEMS技術（Micro Electro Mechanical Systems technology)を応用した加速度センサが、携帯電話機やノート型のパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯型音楽プレーヤーといったデジタルメディア製品に搭載されている。
【０００３】
また、カーエレクトロニクスの分野でも、圧力センサ、温度センサ、加速度センサといった形で応用され、イメージセンサが携帯電話機やデジタルカメラ等に搭載されている。さらに、航空、宇宙分野でも、あるいは軍需産業でも、MEMS技術とともに様々なセンサが利用されている。
【０００４】
特にMEMS技術を応用したセンサは民生機器に数多く採用されており、小型軽量であることから、ロボットのセンサや自動車のタイヤの圧力センサといった様々な形で応用が進んでいる。
【０００５】
このように、MEMS技術を使ったセンサには、圧力センサ、温度センサ、加速度センサといった様々なタイプのセンサがある。以下では、そのうちの圧力センサを一例に取り上げて、その構造や作用などについて説明する（圧力センサに関しては例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２１４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の圧力センサは、主に空気圧の変化を内部の感圧素子によって電気信号に変換して出力する構造を有している。この種の圧力センサは、外部から加わる圧力値が予め設定した値を超えたことを電気信号として出力し、例えば、空気圧を利用した吸着確認や着座確認、リークテスト、元圧管理といった様々用途で利用されている。この種の圧力センサには、例えば、図３５（Ａ）に示す圧力センサ３００や図３５（Ｂ）に示す圧力センサ３０３があった。
【０００８】
ここで、図３５は従来の圧力センサの構成の一例を模式的に示す断面図で、（Ａ）は圧力センサ３００の構成を模式的に示す断面図、（Ｂ）は圧力センサ３０３の構成を示す断面図である。図３５（Ａ）に示すように、圧力センサ３００と、圧力センサ３０３とはともにシリコンチップの上に歪抵抗が形成された構成を有している。圧力センサ３００と、圧力センサ３０３とはともに、一定の方向に圧力が加わり、その圧力によってシリコンチップが歪むと歪抵抗の抵抗値が変化する。圧力センサ３００と圧力センサ３０３はこの抵抗値の変化を電気信号に変換して出力することにより、圧力を検出するようになっている。
【０００９】
そして、圧力センサ３００は、シリコンチップ３０１の上に歪抵抗３０２が形成され、圧力センサ３０３は、シリコンチップ３０４の上に歪抵抗３０２が形成されている。シリコンチップ３０４は歪抵抗３０２が圧力を感じ易くするため、歪抵抗３０２が形成されていない裏面側をエッチング等により除去して厚さを薄くした部分が形成されている。
【００１０】
この圧力センサ３０４は、厚さの薄くなった部分に圧力が加わったときに、圧力センサ３００よりも、歪抵抗３０２が変形しやすく歪抵抗３０２の抵抗値が変化しやすい。そのため、圧力センサ３０３は、圧力センサ３００よりも圧力を検出しやすくなっている。
【００１１】
圧力センサ３００や圧力センサ３０３は空気圧や水圧等を検出するための圧力センサとしてだけではなく、走行中のタイヤの圧力コントロール装置にも応用され、特に最近では、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとしても応用されている。
【００１２】
しかしながら、圧力センサ３００や圧力センサ３０３のような構造を備えた従来の圧力センサでは、圧力の検出精度を高めることに限界があった。この点について、従来の圧力センサがロボットのタッチセンサとして利用される場合を例にとって説明する。
【００１３】
ロボットの中には、人間の手の代わりを務め、人間の手の働きを補うものもある。そのようなロボットに応用されるタッチセンサは、安全性と機能性が求められ、より高感度であることが要求されている。
【００１４】
ロボットは人間の手の感触を備えることが最も大きな課題の１つとされているが、タッチセンサの性能次第で活用される分野が大きく異なってくる。ロボットの活用分野としては、例えば、介護や介助の分野、火災や災害発生時における人命救助の分野等があり、タッチセンサはロボットがそれぞれの活用分野で要求される性能を発揮できるだけの感度を備えていなければならない。
【００１５】
介護や介助の分野のロボットでは、安全性が重視されかつ高い信頼性が求められるから、タッチセンサもその要求に見合った感度が必要とされる。また、人命救助の分野のロボットでは、人間が出入り出来ない場所における迅速な動作と耐久性が要求されるから、タッチセンサもその要求に見合った感度が必要とされるといったことである。
【００１６】
しかしながら、ロボットにはタッチセンサを含む何種類ものセンサが備えられており、各センサから得られるデータによってその行動や性能が決まってしまうため、ロボットがその活用分野で要求される性能を発揮できるようにするには、タッチセンサの感度を高める必要があった。
【００１７】
一方、ロボットのタッチセンサは触ったか触らないか程度の微妙な力加減を検出する必要があるため、ロボットが人間の手の代わりを務めるには、タッチセンサを多く、しかも複雑に組み合わせる必要があった。しかしながら、たとえそのようにしても、ロボットが敏感な人間の手の感触を備えるには、タッチセンサについて多くの改善が必要であった。
【００１８】
以上のように、圧力センサ３００や圧力センサ３０３のような構造を備えた従来の圧力センサでは、感度を高めることに限界があり、とりわけロボットのタッチセンサに必要な感度を発揮するには限界があった。
【００１９】
また、従来、高感度のセンサを必要とするロボットのほか、安全性が要求されるカーエレクトロニクスの分野や、各種の家庭用電化製品、血圧測定の医療機器などでも、高感度のセンサ（圧力センサ、温度センサ、加速度センサ）が求められていた。そのため、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサの登場が期待されていた。
【００２０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明は磁気歪を発生するスピンバルブ膜を有し、そのスピンバルブ膜に磁気歪を発生させる磁気歪構造を有する磁性膜センサを特徴とする。
【００２２】
この磁性膜センサはスピンバルブ膜に機械的な歪みが加わると、スピンバルブ膜の磁化が変化する。また、磁性膜センサは磁気歪構造を有するから、スピンバルブ膜に機械的な歪みが加わるようになっている。
【００２３】
上記磁気歪構造は、スピンバルブ膜を湾曲させて磁気歪を発生させるように構成されているようにすることができる。
【００２４】
また、スピンバルブ膜は、磁気歪に応じて抵抗値が変化するように構成されているようにすることができる。
【００２５】
そして、本発明は磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有し、磁性膜が凹部を跨ぐようにして凹部付絶縁層に形成された構成を有する磁性膜センサを提供する。
【００２６】
この磁性膜センサは磁性膜が凹部を跨ぐようにして形成されているので、微弱な外力によっても磁性膜が変形する。
【００２７】
また、本発明は、磁性膜と、表面の少なくとも一部が磁性膜よりも柔軟な変形許容部となっているベース層とを有し、磁性膜が変形許容部を跨ぐようにしてベース層に形成された構成を有する磁性膜センサを提供する。
【００２８】
この磁性膜センサは磁性膜が磁性膜よりも柔軟な変形許容部を跨ぐようにして形成されているので、微弱な外力によっても磁性膜が変形する。
【００２９】
上記磁性膜センサは、凹部付絶縁層の表面上に凹部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、そのバッファ絶縁層の上に磁性膜が形成されているようにすることができる。
【００３０】
上記磁性膜センサは、ベース層の表面上に変形許容部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、そのバッファ絶縁層の上に磁性膜が形成されているようにすることもできる。
【００３１】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に対し、凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、その第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は、磁性膜の凹部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることができる。
【００３２】
上記磁性膜センサは、上記変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、その第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は磁性膜の変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることもできる。
【００３３】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、その第１の電極および第２の電極は、磁性膜の凹部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることができる。
【００３４】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、その第１の電極および第２の電極は、磁性膜の変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されているようにすることもできる。
【００３５】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜の凹部を跨ぐ方向のトラック幅がそのトラック幅に交差する方向の奥行きよりも大きく形成されているようにすることができる。
【００３６】
上記磁性膜は、ＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかと永久磁石からなる永久磁石層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有するようにすることができる。
【００３７】
上記磁性膜は、凹部を跨ぐ方向のトラック幅の変化に応じて磁化の向きが変わる自由磁化層と、磁化の向きが変わらない固定磁化層とを積層した構成を有するようにすることができる。
【００３８】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に対し、凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、磁性膜は、ＧＭＲ膜と、第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界をＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する磁性膜センサとすることができる。
【００３９】
上記磁性膜センサは、上記磁性膜に対し、変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、磁性膜はＧＭＲ膜と、第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界をＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有するようにすることもできる。
【００４０】
さらに、上記磁性膜センサは、第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を接続する第３の永久磁石層と、第１、第２、第３の永久磁石層のいずれかの周囲を周回する薄膜コイルとを更に有するようにすることができる。
【００４１】
上記磁性膜センサは、凹部付絶縁層の表面上に凹部を跨ぐようにして形成されたバイメタルを更に有し、そのバイメタルの上に磁性膜が形成されているようにすることができる。
【００４２】
また、上記磁性膜センサは、凹部にフォトレジストが埋め込まれた構成を有するようにすることができる。
【００４３】
そして、本発明は、磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、下記の（１）〜（３）の各工程を有する磁性膜センサの製造方法を提供する。
（１）絶縁層の表面に凹部を形成して凹部付絶縁層を形成する工程と、
（２）凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、凹部を跨ぐようにして凹部付絶縁層の表面に磁性膜を形成する工程と、
（３）リフトオフを行い、凹部に埋め込まれているフォトレジストを除去する工程。
【００４４】
また、本発明は、磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、下記の（４）〜（８）の各工程を有する磁性膜センサの製造方法を提供する。
（４）絶縁層の表面に凹部を形成して凹部付絶縁層を形成する工程と、
（５）絶縁層の表面に凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち凹部付絶縁層の表面に絶縁材からなる被膜を形成する工程と、
（６）被膜が形成された凹部付絶縁層の表面をＣＭＰで研磨する工程と、
（７）ＣＭＰで研磨された凹部付絶縁層の表面に凹部を跨ぐようにして磁性膜を形成する工程と、
（８）リフトオフを行い、凹部に埋め込まれているフォトレジストを除去する工程。
【００４５】
上記製造方法は、磁性膜を形成する工程と、フォトレジストを除去する工程との間に、磁性材からなる磁性層および導電材料からなる導電層を凹部付絶縁層の表面に形成する工程を更に有するようにすることができる。
【００４６】
また、磁性膜を形成する工程において、凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、凹部を跨ぐようにして凹部付絶縁層の表面にバッファ絶縁層を形成し、そのバッファ絶縁層に接するようにして磁性膜を形成するようにすることができる。
【発明の効果】
【００４７】
以上詳述したように、本発明によれば、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサおよびその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサを示し、（Ａ）は磁性膜センサの要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサの図１における断面の方向からみた斜視図である。
【図３】センサ膜の積層構造を模式的に示す断面図で、（Ａ）はセンサ膜を構成する各層を機能別に区分けして示す断面図、（Ｂ）はセンサ膜の積層構造を各層の材質とともに示す断面図である。
【図４】センサ膜を構成する固定磁化層、非磁性金属層および自由磁化層を磁化および磁界の向きとともに積層状態で示す斜視図である。
【図５】固定磁化層、非磁性金属層および自由磁化層の各層を磁化の向きとともに示す平面図で、（Ａ）は自由磁化層、（Ｂ）は非磁性金属層、（Ｃ）は固定磁化層を示している。
【図６】センサ膜の構造を模式的に示す斜視図で、（Ａ）は上述のセンサ膜の構造を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は永久磁石層の代わりに軟磁性隣接層を有するセンサ膜の構造を模式的に示す斜視図である。
【図７】変形したセンサ膜およびバッファ絶縁層を模式的に示す断面図で、（Ａ）はプラス方向の圧力が加わった場合、（Ｂ）はマイナス方向の圧力が加わった場合を示している。
【図８】センサ膜および永久磁石層を模式的に示す平面図で、（Ａ）はセンサ膜が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜が伸びた場合を示している。
【図９】バイアス磁界と抵抗値との関係を示すグラフで、（Ａ）はセンサ膜が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜が伸びた場合を示している。
【図１０】バイアス磁界と抵抗値との関係を示す別のグラフで、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している。
【図１１】変形例に係る磁性膜センサを模式的に示す斜視図で、（Ａ）は磁性膜センサ１０１を示す斜視図、（Ｂ）は磁性膜センサ１０２を示す斜視図である。
【図１２】第１の実施の形態に係る磁性膜センサを製造する工程における図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【図１３】図１２の後続の工程を示す断面図である。
【図１４】図１３の後続の工程を示す断面図である。
【図１５】図１４の後続の工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁性膜センサを示し、（Ａ）は磁性膜センサの要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る磁性膜センサを製造する工程における図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【図１８】図１７の後続の工程を示す断面図である。
【図１９】図１８の後続の工程を示す断面図である。
【図２０】図１９の後続の工程を示す断面図である。
【図２１】図２０の後続の工程を示す断面図である。
【図２２】図２１の後続の工程を示す断面図である。
【図２３】図２２の後続の工程を示す断面図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態に係る別の磁性膜センサを示し、（Ａ）は磁性膜センサの要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）はさらに別の磁性膜センサにおける（Ｂ）同様の断面図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態に係る磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２６】図２５に示す磁性膜センサのフォトレジストが膨張したときを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態に係る別の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２８】同じく、センサ膜が縮んだ場合の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図２９】同じく、センサ膜が伸びた場合の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図３０】第４の実施の形態に係る磁性膜センサを製造する工程における図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【図３１】本発明の第５の実施の形態に係る磁性膜センサを示す図１（Ａ）同様の平面図である。
【図３２】本発明の第６の実施の形態に係る磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図３３】本発明の第６の実施の形態に係る別の磁性膜センサを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。
【図３４】ＣｏＦｅからなる磁性材における組成と磁歪定数との関係を示す図である。
【図３５】従来の圧力センサの構成の一例を模式的に示す断面図で、（Ａ）は圧力センサの構成を模式的に示す断面図、（Ｂ）は別の圧力センサの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。本発明の実施の形態に係る磁性膜センサは、磁気歪を発生する磁性膜を有している。この磁性膜は例えば後述する第１の実施の形態におけるセンサ膜１０とすることができる。また、磁性膜センサの磁性膜はスピンバルブ膜とも呼ばれ、反強磁性層、強磁性層、非磁性金属層および強磁性層を有している。このスピンバルブ膜は、例えば後述するセンサ膜１０のような矩形状に形成されており、その幅方向が長手辺、幅方向と交差する方向が短手辺になっている。そして、スピンバルブ膜は、ＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかに永久磁石からなる永久磁石バイアス層が積層されていて、その永久磁石バイアス層によってスピンバルブ膜の短手辺に沿った方向の磁界がＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかに加えられる構造を有している。また、磁性膜は磁気歪（Magnetostriction、磁歪ともいい、詳しくは後述する）を発生する。そのため、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みが加わると、磁性膜の磁化が変化する。磁性膜センサは、この性質を利用して機械的な変化を電気的な変化として検出できるようになっている。後述する磁性膜センサ１００は、磁気歪に応じて抵抗値が変化するようになっている。
【００５０】
そして、磁性膜センサは磁気歪構造を有している。この磁気歪構造は、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みを加えることによって磁気歪を発生させるための構造である。例えば、後述する磁性膜センサ１００のように、センサ膜１０がキャビティ２を跨ぐようにして設けられた構造や、磁性膜センサ１０６のように、フォトレジスト３１の膨張によってセンサ膜４０が変形するようにした構造、さらには、磁性膜センサ１０７のようにバイメタル層５０に重ねてセンサ膜４０を設けた構造とすることができる。もちろん、磁気歪構造は、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みを加えられる構造であればよく、以下の第１の実施の形態から第６の実施の形態に開示されている構造に限定されるものではない。
【００５１】
本発明の実施の形態に係る磁性膜センサは、磁性膜に湾曲、屈曲、伸張といった機械的な歪みが加わると、たとえその機械的な歪が微少であっても磁気歪を発生する。そのため、磁性膜センサは、ごくわずかな機械的な変化を電気的な変化として検出することができるから、非常に高感度なセンサとなっている。特に、後述する磁性膜センサ１００のように、ＧＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＭＲ膜、ＣＰＰ（Current Perpendicular Plane）膜等を用いると、いっそう検出精度を高めることができる。また、本発明の実施の形態に係る磁性膜センサは、後述する磁性膜センサ１００のように、永久磁石層４，５と、電極６，７とを有することが好ましい。永久磁石層４，５はセンサ膜１０の幅方向の両側における端面部分に接していて、永久磁石層４，５によって、後述する静磁界Ｈ３がセンサ膜１０に加えられる。電極６，７はそれぞれ永久磁石層４，５の上に形成されている。電極６，７によって、後述するセンス電流Ｉｓがセンサ膜１０に流れる。
【００５２】
続いて、本発明の実施の形態に係る磁性膜センサの具体的な構造、作用、効果などについて詳細に説明する。
【００５３】
第１の実施の形態
（磁性膜センサの構造）
まず、図１および図２を参照して本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサ１００の構造について説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る磁性膜センサ１００を示し、（Ａ）は磁性膜センサ１００の要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図２は磁性膜センサ１００の図１における断面の方向からみた斜視図である。なお、図示の都合上、図１（Ａ）では後述する絶縁層１が省略され、図２では電極６，７が省略されている。
【００５４】
磁性膜センサ１００は、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）膜８を含む磁性膜としてのセンサ膜１０を有している。この磁性膜センサ１００は、外部から加わる圧力Ｆによるセンサ膜１０の抵抗値が変化する性質を利用して圧力Ｆを検出する圧力センサである。
【００５５】
磁性膜センサ１００は、ベース層としての絶縁層１と、絶縁層１の表面に直に接しているバッファ絶縁層３とを有し、そのバッファ絶縁層３の上にセンサ膜１０が直に形成された構成を有している。また、磁性膜センサ１００は第１、第２の永久磁石層としての永久磁石層４，５と、第１、第２の電極としての電極６，７とを有している。
【００５６】
絶縁層１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２等の絶縁材からなり、片側表面の幅方向中央に凹部としてのキャビティ（cavity）２が形成された凹部付絶縁層である。
【００５７】
キャビティ２は絶縁層１の表面上に形成され、所定の幅、奥行きおよび深さを有し、底部に所定の大きさでくぼんだ穴部２ａ，２ｂを有している。穴部２ａ，２ｂはセンサ膜１０を挟んで奥行き方向に対向するようにして配置されている。
【００５８】
そして、このキャビティ２を跨ぐようにしてバッファ絶縁層３とセンサ膜１０とが配置され、センサ膜１０のキャビティ２を跨ぐ方向（幅方向といい、幅方向のうち、永久磁石４から永久磁石５に向かう方向を「Ｘ方向」ともいう）の両側に永久磁石層４，５が配置されている。なお、本実施の形態では、センサ膜１０はキャビティ２の奥行きの方向と直交するようにして配置されている。
【００５９】
バッファ絶縁層３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２などの絶縁材からなる薄膜であって、センサ膜１０および永久磁石層４，５に対応した形状に形成されている。そして、バッファ絶縁層３のうちのセンサ膜１０の接しない部分に永久磁石層４，５が直に接する形で形成されている。
【００６０】
永久磁石層４，５は、永久磁石からなる薄膜であって、センサ膜１０の幅方向の両側における端面部分に接している。永久磁石層４，５によって、後述する静磁界Ｈ３がセンサ膜１０に加わるようになっている。
【００６１】
電極６，７は、導電性の良好な金属からなり、永久磁石層４，５に対応した形状を有している。電極６，７は、それぞれ永久磁石層４，５の上に形成されている。この電極６，７は、後述するセンス電流Ｉｓをセンサ膜１０に流すために設けられている。
【００６２】
（センサ膜１０の構成）
センサ膜１０は、幅方向の長さ（トラック幅）Ｗ１、幅方向と交差する方向（奥行き方向といい、奥行き方向のうちの図１（Ｂ）の断面に向かう方向を「Ｙ方向」という）の長さ（奥行き）がＷ２の矩形状に成形された薄膜である。本実施の形態では、トラック幅Ｗ１は約１００ｎｍに設定され、奥行きＷ２はトラック幅Ｗ１よりも小さく（Ｗ１＞Ｗ２）設定されている。
【００６３】
次に、図３〜図６を参照して、センサ膜１０について詳しく説明する。図３はセンサ膜１０の積層構造を模式的に示す断面図で、（Ａ）はセンサ膜１０を構成する各層を機能別に区分けして示す断面図、（Ｂ）はセンサ膜１０の積層構造を各層の材質とともに示す断面図である。図４は、センサ膜１０を構成する固定磁化層１５、非磁性金属層１６および自由磁化層１７を磁化および磁界の向きとともに積層状態で示す斜視図である。図５は、固定磁化層１５、非磁性金属層１６および自由磁化層１７の各層を磁化の向きとともに示す平面図で、（Ａ）は自由磁化層１７、（Ｂ）は非磁性金属層１６、（Ｃ）は固定磁化層１５を示している。
【００６４】
さらに、図６はセンサ膜の構造を模式的に示す斜視図で、（Ａ）はセンサ膜１０の構造を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は永久磁石バイアス層１１の代わりに軟磁性隣接層１９を有するセンサ膜２０の構造を模式的に示す斜視図である。
【００６５】
図３（Ａ）に示すように、センサ膜１０はＧＭＲ膜８、永久磁石バイアス層１１および絶縁層１２を有し、永久磁石バイアス層１１と、絶縁層１２と、ＧＭＲ膜８とがこの順に積層された構成を有している。このセンサ膜１０は永久磁石バイアス層１１がバッファ絶縁層３に直に接する形で形成されている。
【００６６】
ＧＭＲ膜８は下地層１３と、反強磁性層１４と、固定磁化層１５と、非磁性金属層１６と、自由磁化層１７と、保護層１８とを有し、各層がこの順に積層された構成を有している。このＧＭＲ膜８は図４に示すように、非磁性金属層１６に電極６，７を通って加えられるセンス電流Ｉｓが流され、そのセンス電流Ｉｓの形成する後述する電流磁界Ｈ２によって、自由磁化層１７の磁化の向きを調整できるようになっている（詳しくは後述する）。また、ＧＭＲ膜８は磁気抵抗効果のため、磁界の大きさによって抵抗値が変化する性質を有している。
【００６７】
永久磁石バイアス層１１は永久磁石からなる薄膜であって、図３（Ｂ）に示すように、ＣｒＴｉからなるＣｒＴｉ層１１ａ（膜厚は約５０Å）と、ＣｏＰｔからなるＣｏＰｔ層１１ｂ（膜厚は約３００Å）と、ＴａからなるＴａ層１１ｃ（膜厚は約３００Å）とを有し、各層がこの順に積層された３層構造を有している。この永久磁石バイアス層１１はＧＭＲ膜８に後述する垂直バイアス磁界Ｈ１を加えるための垂直バイアス磁界層としての機能を有している。
【００６８】
なお、永久磁石バイアス層１１におけるＣｏＰｔ層１１ｂの厚みを増すことにより、垂直バイアス磁界Ｈ１の強度を高めることが可能である。また、センサ膜１０の高さおよび永久磁石バイアス層１１の高さを小さくすることでも、垂直バイアス磁界Ｈ１の強度を高めることが可能である。また、ＣｏＰｔ層１１ｂの材質をパーマロイにすることもできる。
【００６９】
絶縁層１２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなり、膜厚は約２００Åとなっている。この絶縁層１２はセンス電流ＩｓがＧＭＲ膜８から永久磁石バイアス層１１に流れないようにし、センス電流Ｉｓの永久磁石バイアス層１１への分流による出力ロスを防ぐため、永久磁石バイアス層１１とＧＭＲ膜８との間に挟み込まれている。
【００７０】
下地層１３は、ＮｉＣｒからなる単層構造で膜厚は約５０Åである。反強磁性層１４はＩｒＭｎからなる単層構造で膜厚は約７０Åである。
【００７１】
固定磁化層１５は、図３（Ｂ）に示すように、ＣｏＦｅからなる第１のＣｏＦｅ層１５ａ（膜厚は約１５Å）と、ＲｕからなるＲｕ層１５ｂ（膜厚は約８Å）と、ＣｏＦｅからなる第２のＣｏＦｅ層１５ｃ（膜厚は約２０Å）とを有し、各層がこの順に積層された３層構造（強磁性材、非磁性金属材および強磁性材が積層されたシンセティック・ピンド構造）を有している。
【００７２】
本実施の形態では、固定磁化層１５は図４および図５（Ａ）に示すように、磁化の向きが方向ｄ１５に沿った方向を向くように設定されている。方向ｄ１５は図１に示した磁性膜センサ１００の断面に向かうＹ方向から、概ね１８０度反対の方向になっている。
【００７３】
この固定磁化層１５は所定の熱処理（例えば、２５０度〜３００度程度の温度を２時間〜５時間程度加える処理）が施された後に磁化され（例えば、５〜１０ｋＯｅの外部磁界を加えて磁化されている）その上で反強磁性層１４に接合されている。これにより、固定磁化層１５は反強磁性層１４との間で交換結合をしていて、磁化の向きが固定され一定の向きを向くようになっている。このように、固定磁化層１５は磁化の向きが固定された磁性層なので、ピンド層（pinned layer）ともいう。
【００７４】
なお、固定磁化層１５は３層構造とすることによって、交換結合力が実効的に増大しているが、この点については、例えば、特開２０００−１３７９０６号公報に開示されている。また、固定磁化層１５は強磁性材を用いた単層構造にしてもよい。
【００７５】
非磁性金属層１６は、Ｃｕからなる単層構造で膜厚は約２０Åである。この非磁性金属層１６は、センス電流Ｉｓが流れるようになっている。非磁性金属層１６は、Ｃｕの代わりにＡｇやＡｕを用いても良い。
【００７６】
自由磁化層１７はＣｏＦｅ（ＣｏとＦｅの原子組成比が６０：４０）からなる単層構造で膜厚は約５０Åである。この自由磁化層１７は磁化が固定されてなく外部から加えられる磁界（以下、「外部磁界」といい、本実施の形態では、後述する垂直バイアス磁界Ｈ１、電流磁界Ｈ２、および永久磁石４、５からの静磁界Ｈ３との合成磁界になっている）の向きに応じて磁化の向きが容易に変わる。そのため、自由磁化層１７はセンス電流Ｉｓを調整して電流磁界Ｈ２の大きさを調整することによって磁化の向きを変えることができる。
【００７７】
このように、自由磁化層１７は磁化の向きが固定されない磁性層であるため、フリー層（free layer）ともいう。なお、本実施の形態では永久磁石層４，永久磁石層５、永久磁石バイアス層１１等の永久磁石によって外部から自由磁化層１７に加えられる磁界をバイアス磁界という。
【００７８】
本実施の形態では、自由磁化層１７は外部から圧力Ｆの加わっていない初期状態では、センス電流Ｉｓの値を調整し、図４および図５（Ａ）に示すように、磁化が外部磁界によって方向ｄ１７に沿った方向を向くようにしている。この方向ｄ１７は、Ｘ方向からＹ方向に向かって概ね４５度回転した方向になっている。
【００７９】
自由磁化層１７を構成しているＣｏＦｅは、本実施の形態では、磁歪定数が３×１０−５になっている。この磁歪定数は通常のＨＤＤ（Hard Disk Drive）のＧＭＲヘッドに用いられているフリー層の磁歪定数と比較して、約２０倍程度大きな値になっている。なお、ＣｏＦｅ合金の磁歪定数は、ＣｏとＦｅとの組成に依存することが知られている。外部から圧力Ｆが加わったときにおけるセンサ膜１０の感度を高めたい場合には、磁歪定数の大きな材料を選択し、感度を弱めたい場合には、磁歪定数の小さな材料を選択すればよい。
【００８０】
また、自由磁化層１７は、外部磁界に対して敏感に反応することが望ましく、バルクハウゼンノイズが小さいことも望ましい。バルクハウゼンノイズを低減するためには、例えば、ＧＭＲ膜８に対して幅Ｗ１方向にバイアス磁界が加えられるようにすることができる（このバイアス磁界を水平バイアス磁界ともいう）。センサ膜１０に対する水平バイアス磁界は、例えば、ＧＭＲ膜８の両側に永久磁石４，５を配置することによって行うことができる。そのほか、図示はしないが、ＧＭＲ膜８の両側に永久磁石４，５の代わりにバイアス磁界印加層を配置してもよい。このバイアス磁界印加層は、強磁性層と反強磁性層との積層体等によって構成され、磁化の向きが固定されている
【００８１】
保護層１８はＲｕからなるＲｕ層１８ａ（膜厚は約５Å）と、ＴａからなるＴａ層（膜厚は約２０Å）１８ｂとを有し、各層がこの順に積層された２層構造を有している。この保護層１８はＧＭＲ膜８を圧力Ｆから保護する役割を有している。
【００８２】
なお、上述のとおり、センサ膜１０は、永久磁石バイアス層１１とＧＭＲ膜８との間に絶縁層１２が挟み込まれた構造となっているが、この構造の最も大きな長所の１つとして、プロセス的な面も含めて設計が比較的簡単なことが挙げられる。例えば、詳しくは後述するが、バイアス磁界によって傾けようとするＧＭＲ膜８の磁化の向きをαとすると、永久磁石バイアス層１１は(MS・t)ｓｉｎαとほぼ等しい残留磁化と厚さの積があれば良く、設計指針が単純かつ明快である。ここで、MSはＧＭＲ膜８の飽和磁化の大きさ、ｔはＧＭＲ膜８の厚さである。
【００８３】
次に、外部から加わる圧力Ｆと、センサ膜１０の特性の変化について、図７〜図１０を参照して説明する。ここで、図７は変形したセンサ膜１０およびバッファ絶縁層３を模式的に示す断面図で、（Ａ）はプラス方向の圧力が加わった場合、（Ｂ）はマイナス方向の圧力が加わった場合を示している。図８はセンサ膜１０および永久磁石層４，５を模式的に示す平面図で、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している。
【００８４】
さらに、図９はバイアス磁界と抵抗値との関係を示すグラフで、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している。図１０はバイアス磁界と抵抗値との関係を示す別のグラフで、（Ａ）はセンサ膜１０が縮んだ場合、（Ｂ）はセンサ膜１０が伸びた場合を示している
【００８５】
ところで、一般に磁性材には、長さの伸縮に応じて磁化し易い方向が変化するという性質がある。磁性材には、この性質に関連して、「磁歪」という特性パラメータがある。磁歪（Magnetostriction）とは、強磁性体に長さの変化などの機械的な歪を加えると磁化が変化し、逆に強磁性体に長さなどの機械的な歪を加えると、磁化が変化する性質を意味している。
【００８６】
磁歪が正の値の磁性材は、長さが伸びるとその伸びた方向に磁化され易くなるが、長さが縮むとその縮んだ方向に磁化され難くなるという性質を有している。また、磁歪が負の値の磁性材は、長さが伸びるとその伸びた方向に磁化され難くなり、長さが縮むと縮んだ方向に磁化され易くなるという性質を有している。
【００８７】
そして、磁性膜センサ１００はセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１の変化に応じて自由磁化層１７の磁化の方向が変わり、それによってセンサ膜１０の抵抗値が変化することに着目して圧力Ｆを検出する（詳しくは後述する）。なお、自由磁化層１７のようなＣｏＦｅからなる磁性材における組成と磁歪定数との関係を図示すると、例えば図３４のようになる。
【００８８】
ここで、磁歪パラメータの大きさは、センサ膜１０に用いられる磁性材では、−0.000001〜＋0.000001の値をとるようになっている。磁歪が０（ゼロ）の場合には、伸び縮みに対して、磁気的に全く変化しないことを意味している。これを「ゼロ磁歪」という。本実施の形態では、センサ膜１０に用いられる磁性材は磁歪が「正」の特性を有することを想定しているので、伸ばされた方向に磁化されやすい性質を有している。
【００８９】
そして、図７（Ａ）に示すように、センサ膜１０に上側から下向き（この向きをプラス方向という）の圧力Ｆ１が加わると、センサ膜１０はバッファ絶縁層３とともに両端部分が中央に向かって手繰り寄せられるようにして下向きアーチ状に変形、すなわち湾曲する。この場合、センサ膜１０が幅方向に縮んでトラック幅Ｗ１が小さくなる。
【００９０】
反対に図７（Ｂ）に示すように、センサ膜１０に上側から上向き（この向きをマイナス方向という）の圧力Ｆ２が加わった（すなわち、それまで加わっていた圧力が小さくなった）とすると、センサ膜１０はバッファ絶縁層３とともに中央部分が引っ張られるようにして上向きアーチ状に変形、すなわち湾曲する。この場合、センサ膜１０が幅方向に伸びてトラック幅Ｗ１が大きくなる。
【００９１】
上述のとおり、自由磁化層１７が磁歪を有するとした場合、外部からの圧力Ｆに応じてセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が大きくなったり小さくなったりする。そのため、このトラック幅Ｗ１の大きさの変化に応じて、自由磁化層１７が幅方向に磁化され易くなったり磁化され難くなったりするという現象が発生することとなる。この点について、図８を参照して説明する。
【００９２】
ここで、本実施の形態では、磁歪が正の材料を用いて自由磁化層１７が構成されていることを想定している。そのため、図８（Ｂ）に示すように、センサ膜１０が幅方向に伸張したときは、伸張した幅方向に自由磁化層１７が磁化されやすくなるから、磁化の向きが幅方向の磁界の影響を強く受けやすくなる。すると、自由磁化層１７に幅方向と交差する奥行き方向の垂直バイアス磁界Ｈ１が加えられても（図４参照）、垂直バイアス磁界Ｈ１の影響が相対的に小さくなり、磁化が幅方向を向きやすくなる。
【００９３】
逆に、図８（Ａ）に示すようにセンサ膜１０が幅方向に縮んだときは、縮んだ幅方向に自由磁化層１７が磁化され難くなる。この場合、自由磁化層１７は、幅方向の磁界の影響を受け難くなるため、垂直バイアス磁界Ｈ１の影響が相対的に大きくなり、磁化が奥行き方向を向きやすくなる。
【００９４】
一方、ＧＭＲ膜８には永久磁石バイアス層１１によって垂直バイアス磁界Ｈ１が加えられる。続いてＧＭＲ膜８に加えられる垂直バイアス磁界Ｈ１について、図６を参照して説明する。
【００９５】
本実施の形態では、図６（Ａ）にも示すように、ＧＭＲ膜８に垂直バイアス磁界Ｈ１を加えるため、永久磁石バイアス層１１のような永久磁石からなる薄膜がＧＭＲ膜８に隣接して成膜されている。そのため、永久磁石バイアス層１１が図６（Ａ）の矢印a１方向に磁化されていると、静磁結合によって、ＧＭＲ膜８に矢印a２方向のバイアス磁界Ｈ１が加わるようになっている。このバイアス磁界Ｈ１は静磁界Ｈ３に直交しているので、本実施の形態では、垂直バイアス磁界という。
【００９６】
そして、ＧＭＲ膜８に対して垂直バイアス磁界Ｈ１を加える場合、次の点を考慮することが望ましい。一般に磁性材は外部から加わるバイアス磁界の大きさに応じて抵抗値が変化するが、その抵抗値の変化する割合が長さの伸縮に応じて変わるという性質を有している。ＧＭＲ膜８の場合、図９（Ａ）に示すように、センサ膜１０のトラック幅Ｗ１が小さくなった場合は、センサ膜１０の抵抗値の変化が急峻になり、図９（Ｂ）に示すように、トラック幅Ｗ１が大きくなった場合は抵抗値の変化が緩慢になるといった性質を有している。
【００９７】
ところが、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バイアス磁界の大きさを大きく設定しすぎると、バイアス磁界の大きさに応じて抵抗値の変化する大きさ（抵抗値の変動幅）が小さくなってしまう。
【００９８】
このように、バイアス磁界をあまりに大きくしてしまうと、最大の抵抗変化量（ＭＲ変化率）で規定される抵抗値だけ（図１０（Ａ）では抵抗値Ｒ１、図１０（Ｂ）では抵抗値Ｒ２）が検出値として常時現われるようになってしまい、所望の抵抗値の変化を得ることが困難になる。この点を考慮すると、バイアス磁界はセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が最も小さくなり、自由磁化層１７が最も磁化されやすい状態になっても、抵抗値が飽和しない程度の大きさに設定する必要がある。
【００９９】
磁性膜センサ１００の出力は、センサ膜１０の抵抗値とセンス電流Ｉｓの積である電圧値として与えられる。従って、磁性膜センサ１００の出力値はセンス電流Ｉｓを大きくするか、センサ膜１０のトラック幅Ｗ１を大きくすることで高めることができる。また、センサ膜１０の膜厚を小さくすると、それに応じて抵抗値が高くなるからセンサ膜１０の膜厚を小さくするようにしても良い。
【０１００】
（磁性膜センサの動作内容）
続いて、磁性膜センサ１００の動作内容について、主にセンサ膜１０の動作内容を中心に説明する。
【０１０１】
磁性膜センサ１００は、電極６，７を通じてセンス電流Ｉｓをセンサ膜１０に通電した状態で作動させる。このとき、センス電流Ｉｓは図５（Ｂ）に示すように、非磁性金属層１６をＸ方向に沿って流れ、右ねじの法則によって、センス電流Ｉｓの周りを同心円状に取り巻く電流磁界Ｈ２を発生させる（図４参照）。
【０１０２】
そして、外力Ｆが加わっていない状態では、センサ膜１０が次のようになっている。すなわち、固定磁化層１５は図５（Ａ）に示すように、方向ｄ１５の方向に磁化が固定されている。また、自由磁化層１７は、磁化が外部磁界によって方向ｄ１７の方向を向いている。
【０１０３】
ここで、垂直バイアス磁界Ｈ１および電流磁界Ｈ２がＹ方向を向き、静磁界Ｈ３がＸ方向を向いている。外部磁界は、垂直バイアス磁界Ｈ１、電流磁界Ｈ２および静磁界Ｈ３を合成した磁界である。本実施の形態では、センス電流Ｉｓを調整することによって、この合成した磁界の向きがＸ方向からＹ方向に向かって概ね４５度傾いた方向に設定されるようにしている。自由磁化層１７の磁化の向きは外部磁界に沿った方向を向くため、外部磁界と同じ方向のｄ１７の方向を向いている。この場合、固定磁化層１５の磁化の向きと自由磁化層１７の磁化の向きのなす角θは、θ１（約１３５度）になっている。
【０１０４】
ここで、プラス方向の圧力Ｆ１がセンサ膜１０に加わったとする。この場合、センサ膜１０は、キャビティ２を跨ぐようにして配置されている。キャビティ２は適度な深さを有するから、絶縁層１の表面にキャビティ２が形成されていることによって、センサ膜１０が変形するときの障害となるものが除去された格好になっていて、センサ膜１０が変形しやすくなっている。すなわち、絶縁層１において、キャビティ２がセンサ膜１０の変形を許容する変形許容部となっている。そして、センサ膜１０は、キャビティ２を跨ぐようにして配置されているから、図７（Ｂ）に示したように圧力Ｆ２が加わると、キャビティ２の両側２つの端部よりも内側がキャビティ２の外側に向かって湾曲するし、図７（Ａ）に示したように圧力Ｆ１が加われば、キャビティ２の両側２つの端部よりも内側がキャビティ２の内側に入り込むようにも湾曲する。
【０１０５】
そのため、センサ膜１０は圧力Ｆ１が微弱であっても敏感に反応して的確に変形するようになっている。しかも、センサ膜１０はバッファ絶縁層３の上に形成されているから、変形したときにバッファ絶縁層３によって支えられるようにもなっている。
【０１０６】
そして、プラス方向の圧力Ｆ１がセンサ膜１０に加わるとセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が小さくなるため、自由磁化層１７が幅方向に磁化され難くなる。この場合、自由磁化層１７は奥行き方向に磁化されやすくなるため、垂直バイアス磁界Ｈ１、電流磁界Ｈ２の影響を受けやすくなり、磁化の方向が方向ｄ１７からＹ方向に動く。この場合、自由磁化層１７の磁化の方向は例えば図５（Ｃ）に示す方向ｄ１７ａのようになる。
【０１０７】
したがって、固定磁化層１５の磁化の向きと自由磁化層１７の磁化の向きとのなす角θはθ１からθ２（約１８０度）に変化する（θ１＜θ２）。
【０１０８】
ところで、固定磁化層１５の磁化の向きと自由磁化層１７の磁化の向きとのなす角θと、センサ膜１０の抵抗値Ｒとの間には、Ｒ＝（１−ｃｏｓθ）／２の関係があることがわかっている。
【０１０９】
そのため、上記のようになす角θがθ１からθ２に変化したことに伴い、抵抗値Ｒが変化することとなる。なす角θがθ１の場合、ｃｏｓθは約−０．７０７であり、なす角θがθ２の場合、ｃｏｓθは約−１なので、抵抗値Ｒは約０．８５３から１に変化する。
【０１１０】
これに対し、センサ膜１０にマイナス方向の圧力Ｆ２が加わったとする。すると、センサ膜１０のトラック幅Ｗ１が大きくなるため、幅方向に自由磁化層１７が磁化されやすくなる。すると、自由磁化層１７は静磁界Ｈ３の影響を受けやすくなるため、磁化の向きがＹ方向とは反対の方向に向かって動き（図示せず）、なす角θがθ１よりも小さくなる。したがって、抵抗値Ｒは初期状態よりも小さくなる。
【０１１１】
このように、磁性膜センサ１００は圧力Ｆに応じてセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１が変わり、そのトラック幅Ｗ１の変化に応じて抵抗値Ｒが変化するようになっている。磁性膜センサ１００の出力は、センサ膜１０の抵抗値Ｒとセンス電流Ｉｓの積である電圧値Ｖとして与えられ、抵抗値Ｒの変化が電圧値Ｖの変化として取り出される。磁性膜センサ１００はセンサ膜１０が圧力Ｆが微弱でも敏感に反応して的確に変形し、それによって抵抗値Ｒが変化するから、圧力の検出精度が高い。磁性膜センサ１００は、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。特に、ＧＭＲ膜８を用いることによって、抵抗値の変動幅を大きくすることができる（ＭＲ変化率を高くすることができる）ので、圧力の検出精度を高くすることができる。
【０１１２】
（変形例１）
上記のほか、ＧＭＲ膜８に垂直バイアス磁界Ｈ１を加える場合、図６（Ｂ）に示すように、永久磁石バイアス層１１の代わりに、軟磁性隣接層(Soft Adjacent Layer:SAL)と呼ばれる軟磁性層１９を形成してセンサ膜２０としてもよい。
【０１１３】
このセンサ膜２０でも、図６（Ｂ）に示すように、軟磁性層１９に電流を流さないようにするため、絶縁層１２（または高抵抗相のTaからなる薄膜）が軟磁性層１９とＧＭＲ膜８との間に挟み込まれている。
【０１１４】
センサ膜２０では、センス電流Ｉｓが紙面手前側から奥に向かって流れ、右ねじの法則によって、電流磁界Ｈ２を発生させる。すると、軟磁性層１９はこの電流磁界Ｈ２によって矢印a１方向に磁化される。軟磁性層１９の磁化が変化し、端部に磁極が発生すると、ＧＭＲ膜８には矢印a２方向の垂直バイアス磁界Ｈ１が加わるようになる。
【０１１５】
（変形例２）
図１１は別の磁性膜センサを模式的に示す斜視図で、（Ａ）は磁性膜センサ１０１を示す斜視図、（Ｂ）は磁性膜センサ１０２を示す斜視図である。
【０１１６】
磁性膜センサ１０１は磁性膜センサ１００と比較して、バッファ絶縁層３を有しない点と、永久磁石層４，５を有しない点とで相違している。また、磁性膜センサ１０１は、電極６，７と形状の異なる電極２６，２７を有する点と、磁性膜センサ１００のトラック幅Ｗ１が小さくなっている点でも相違している。
【０１１７】
磁性膜センサ１０１はバッファ絶縁層３を有しないから、磁性膜センサ１００よりもセンサ膜１０が変形しやすく、その分センサ膜１０の感度が良好である。また、電極２６，２７は、センサ膜１０の端面Ｓ側の端部が一部切り欠かれて切り欠き端面２６ａ，２７ａとなっている。そのため、電極２６，２７はセンス電流Ｉｓが流れやすくなっている。また、永久磁石層４，５を有しないから、永久磁石バイアス層１１にセンス電流Ｉｓが流れることによる出力ロスを防止することができる。磁性膜センサ１０１はその他の点では、磁性膜センサ１００と同じ作用効果を奏するものである。
【０１１８】
磁性膜センサ１０２は磁性膜センサ１０１と比較して、永久磁石層２４，２５を有する点で相違している。そのため、磁性膜センサ１０２は自由磁化層１７のバルクハウゼンノイズを低減できるようになっている。磁性膜センサ１０２もその他の点では、磁性膜センサ１００と同じ作用効果を奏するものである。
【０１１９】
また、図示はしないが、磁性膜センサ１０１，１０２のほか、上述した磁性膜センサ１００についても、ＧＭＲ膜８の代わりにＭＲ膜、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）膜、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）膜を用いてもよい。
【０１２０】
（磁性膜センサの製造方法）
次に、上述の図１（Ａ），（Ｂ）とともに、図１２〜図１５を参照して、上述の構造を有する磁性膜センサ１００の製造方法について説明する。
【０１２１】
ここで、図１２〜図１５は、磁性膜センサ１００を製造する各工程における図１（Ｂ）に対応する断面図を示している。
【０１２２】
本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１２に示すようにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２などの絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布する。その上で、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行い、絶縁層１の表面をキャビティ２に対応した形状に露出させるレジストパターン３０を形成する。そして、レジストパターン３０をマスクにして、反応性イオンエッチング（以下「ＲＩＥ」という）を行い(この場合、ＢＣＬ３を用いる)、絶縁層１のレジストパターン３０で被覆されない表面部分を一部除去する。すると、キャビティ２が形成される。
【０１２３】
続いて、図１３に示すように、キャビティ２を埋めるためのフォトレジスト３１を塗布し、その後、絶縁層１の表面全体にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２等の絶縁材の被膜３Ａを形成し、その被膜３Ａの不要な部分を除去するとバッファ絶縁層３が形成される。
【０１２４】
さらに、センサ膜１０を形成するためのセンサ層３２を絶縁層１の表面全体に形成する。その上で、センサ層３２の表面全体にフォトレジストを塗布する。さらに、所定のフォトマスクを用いた露光、現像を行い、センサ膜１０に対応した部分にフォトレジストが残るようにしてレジストパターン３３を形成する。そのレジストパターン３３を用いてセンサ層３２を対象とするエッチングを行い、センサ層３２のレジストパターン３３で被覆されない部分を除去する。
【０１２５】
次に、図１４に示すように、絶縁層１の表面全体に、永久磁石層４，５を形成するための磁性材を用いて、スパッタリング等により絶縁層１の表面全体に磁性層３４を形成する。さらに、続いて、電極６，７を形成するための導電性材料を用いて、スパッタリング等により絶縁層１の表面全体に導電層３５を形成する。
【０１２６】
続いて、フォトレジスト３１とレジストパターン３３を溶解させる材料を用いてリフトオフを行いフォトレジスト３１とレジストパターン３３を除去する。このとき、レジストパターン３３とともに、レジストパターン３３を被覆している磁性層３４と導電層３５も除去する。すると、図１５に示す状態が得られる。このリフトオフを行うことにより、キャビティ２が形成されるが、リフトオフが行われたことによって、キャビティ２の底部に穴部２ａ，２ｂが形成されている。
【０１２７】
さらに続いて、残された磁性層３４と導電層３５のうちの不要な部分をエッチング等により除去して、永久磁石層４，５と電極６，７を形成する。すると、磁性膜センサ１００が得られる。
【０１２８】
こうして得られる磁性膜センサ１００は上述の構成を有するから、圧力の検出精度が高く、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。
【０１２９】
また、以上のようにして磁性膜センサ１００を製造することによって、磁性膜センサ１００は、他の半導体装置と一緒に製造することができる。
【０１３０】
第２の実施の形態
（磁性膜センサ１０３の構造）
次に、図１６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁性膜センサ１０３の構造について説明する。ここで、図１６は本発明の第２の実施の形態に係る磁性膜センサ１０３を示し、（Ａ）は磁性膜センサ１０３の要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図示の都合上、図１６（Ａ）では絶縁層１および後述する被膜４１が省略されている。
【０１３１】
磁性膜センサ１０３は、第１の実施の形態における磁性膜センサ１００と比較して、センサ膜１０の変わりにセンサ膜４０を有する点、永久磁石層４，５がセンサ膜４０の上面に接している点とで相違し、そのほかの点では一致している。センサ膜４０はセンサ膜１０と比較してトラック幅Ｗ１よりも大きいトラック幅Ｗ３を有する点で異なるが、その他の点では一致している。センサ膜４０のトラックＷ３はセンサ膜１０のトラック幅Ｗ１よりも大きいため（Ｗ３＞Ｗ１）、センサ膜１０よりも抵抗値Ｒの変化が大きくなっている。そのため、磁性膜センサ１０３は、磁性膜センサ１００と同様の作用効果を奏するだけでなく、センサ膜４０の抵抗値Ｒの変化が大きいことによって、圧力の検出精度が磁性膜センサ１００よりも良好となっている。
【０１３２】
（磁性膜センサ１０３の製造方法）
次に、上述の図１６（Ａ），（Ｂ）とともに、図１７〜図２３を参照して、上述の構造を有する磁性膜センサ１０３の製造方法について説明する。
【０１３３】
ここで、図１７〜図２３は、磁性膜センサ１０３を製造する各工程における図１６（Ｂ）に対応する断面図を示している。
【０１３４】
本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１７に示すように、絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布する。その上で、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行い、絶縁層１の表面をキャビティ２に対応した形状に露出させるレジストパターン３０を形成する。そして、そのレジストパターン３０をマスクにして、第１の実施の形態と同様のＲＩＥを行い、絶縁層１のレジストパターン３０で被覆されない表面部分を一部除去する。すると、図１８に示すように、キャビティ２が形成される。
【０１３５】
次に、図１９に示すように、絶縁層１の表面全体に被膜４１を形成する。この被膜４１はＲｕを用いて形成され、化学機械研摩（以下「ＣＭＰ」という）のストッパとしての役割を有するものである。続いて、キャビティ２を埋めるためのフォトレジスト３１を塗布し、その後、絶縁層１の表面全体にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる被膜４２を形成する。次いで図２０に示すように、絶縁層１の表面全体をＣＭＰにより研摩して、表面平坦化処理を行う。
【０１３６】
さらに、図２１に示すように、絶縁層１の表面全体にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２等の絶縁材の被膜３Ａを形成し、その被膜３Ａの不要な部分を除去するとバッファ絶縁層３が形成される。また、バッファ絶縁層３の上にセンサ膜４０を形成するためのセンサ層４３を形成した上で、センサ層４３の不要な部分を除去すると、センサ膜４０が形成される。
【０１３７】
続いて、絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布し、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行い図示しないレジストパターンを形成する。このレジストパターンはセンサ膜４０のうちの永久磁石層４，５によって被覆されない部分にフォトレジストが残るようにして形成する。その上で、絶縁層１の表面全体に磁性層３４を形成する。この磁性層３４は永久磁石層４，５を形成するための磁性材を用いて、例えばスパッタリング等により形成される。続いて、絶縁層１の表面全体に導電層３５を形成する。この導電層３５は電極６，７を形成するための導電性材料を用いて、例えばスパッタリング等により形成される。
【０１３８】
続いて、フォトレジスト３１とレジストパターンを溶解させる材料を用いてリフトオフを行いフォトレジスト３１とそのレジストパターンを除去する。このとき、レジストパターンとともに、レジストパターンを被覆している磁性層３４と導電層３５も除去する。リフトオフを行うことにより、第１の実施の形態と同様のキャビティ２が形成される。
【０１３９】
さらに続いて、残された磁性層３４と導電層３５のうちの不要な部分をエッチング等により除去することにより、図２２に示すように、磁性膜センサ１０３が得られる。以上のようにして磁性膜センサ１０３を製造する場合も、磁性膜センサ１００を製造する場合と同様の作用効果が得られる。
【０１４０】
この磁性膜センサ１０３は、図２３に示すように、外部からの圧力Ｆが加わったときにセンサ膜４０が変形してトラック幅Ｗ３の大きさが変わるため、磁性膜センサ１００と同様に高精度で圧力Ｆを検出することができる。また、トラック幅Ｗ３がトラック幅Ｗ１よりも大きいため、抵抗値Ｒの変化が大きく、磁性膜センサ１００よりも高精度で圧力Ｆを検出することができる。
【０１４１】
（変形例１）
図２４は別の磁性膜センサ１０４を模式的に示し、（Ａ）は磁性膜センサ１０４の要部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。また、（Ｃ）は別の磁性膜センサ１０５における（Ｂ）同様の断面図である。
【０１４２】
磁性膜センサ１０４は第２の実施の形態における磁性膜センサ１０３と比較して、バッファ絶縁層３を有しない点で相違し、そのほかの点では一致している。磁性膜センサ１０４はバッファ絶縁層３を有しないから、磁性膜センサ１０３よりもセンサ膜４０が変形しやすく、その分センサ膜４０の感度が良好である。
【０１４３】
磁性膜センサ１０５は磁性膜センサ１０４と比較して、永久磁石層４，５、電極６，７およびセンサ膜４０の形成されている場所が異なっている点で相違している。
【０１４４】
磁性膜センサ１０４の場合、永久磁石層４，５、電極６，７は絶縁層１の表面上に形成されているが、磁性膜センサ１０５の場合、永久磁石層４，５、電極６，７は絶縁層１の中に埋め込まれている。そして、その埋め込まれた永久磁石層４，５に接するようにして、センサ膜４０が形成されている。
【０１４５】
また、磁性膜センサ１０４の場合、永久磁石バイアス層１１が絶縁層１の表面上に形成されているが、磁性膜センサ１０５の場合は永久磁石バイアス層１１が外側を向いている。そのため、プラス方向の圧力Ｆが加わった場合、磁性膜センサ１０４では、センサ膜４０のトラック幅Ｗ３が小さくなるが、磁性膜センサ１０５では、センサ膜４０のトラック幅Ｗ３が大きくなる。したがって、磁性膜センサ１０４と磁性膜センサ１０５とは抵抗値Ｒの変化の仕方が相違している。
【０１４６】
第３の実施の形態
（磁性膜センサ１０６の構造）
次に、図２５、図２６を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁性膜センサ１０６の構造について説明する。ここで、図２５は本発明の第３の実施の形態に係る磁性膜センサ１０６を示す図１（Ｂ）同様の断面図である。また、図２６は磁性膜センサ１０６のフォトレジスト３１が膨張したときを示す図１（Ｂ）同様の断面図である。この磁性膜センサ１０６は、磁性膜センサ１００、１０３などと異なり、温度を検出する温度センサである。
【０１４７】
磁性膜センサ１０６は上述した磁性膜センサ１０３と比較して、キャビティ２の幅が磁性膜センサ１０３のキャビティ２よりも大きく形成されている点と、キャビティ２にフォトレジスト３１が埋め込まれている点とで相違し、そのほかの点では一致している。
【０１４８】
磁性膜センサ１０６は、キャビティ２にフォトレジスト３１が埋め込まれている。フォトレジスト３１はセンサ膜４０よりも柔軟な材料であって熱膨張により変形しやすい。そのため、フォトレジスト３１はセンサ膜４０の変形を許容する変形許容部となっている。
【０１４９】
磁性膜センサ１０６は、その変形許容部としてのフォトレジスト３１を跨ぐようにしてセンサ膜４０が形成されているので、温度変化に起因してフォトレジスト３１の膨張があったときにセンサ膜４０が変形し、それによってセンサ膜４０の長さが変化する。センサ膜４０のトラック幅Ｗ３の大きさが変化すれば、抵抗値Ｒが変わるから、温度変化に応じて電圧値Ｖが変化する。
【０１５０】
したがって、磁性膜センサ１０６は温度を検出することができるようになっている。また、センサ膜４０が温度変化に敏感に反応するから、温度変化を精度よく検出できるようになっている。
【０１５１】
（磁性膜センサ１０６の製造方法）
磁性膜センサ１０６は、磁性膜センサ１０３とほぼ同様の手順によって製造することができる。磁性膜センサ１０６は、図１７〜図２０までの工程を磁性膜センサ１０３と同様に実行する。ただし、磁性膜センサ１０３よりもキャビティ２の幅を大きくする。そして、図２１に示すように、磁性膜センサ１０３と同様にして絶縁層１の表面にバッファ絶縁層３を形成し、さらに、センサ膜４０を形成する。
【０１５２】
続いて、磁性膜センサ１０３と同様にして絶縁層１の表面全体にフォトレジストを塗布し、所定のフォトマスクを用いて露光、現像を行って、磁性膜センサ１０３の場合と同様のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、センサ膜４０のうちの永久磁石層４，５を形成しようとする部分を露出させるようにして形成する。その上で、磁性膜センサ１０３と同様にして、磁性層３４および導電層３５を形成し、その後、レジストパターンを除去する。この場合、フォトレジスト３１は除去しないようにする。以上のようにすることによって、磁性膜センサ１０６が得られる。
【０１５３】
第４の実施の形態
（磁性膜センサ１０７の構造）
次に、図２７〜図２９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る磁性膜センサ１０７の構造について説明する。ここで、図２７〜図２９は本発明の第４の実施の形態に係る磁性膜センサ１０７を示す図１（Ｂ）同様の断面図である。この磁性膜センサ１０７も、磁性膜センサ１０６と同様に温度を検出する温度センサである。
【０１５４】
磁性膜センサ１０７は磁性膜センサ１０６と比較すると、バッファ絶縁層３を有しない点と、バイメタル層５０を有する点とで相違している。
【０１５５】
バイメタル層５０は熱膨張率の異なる２枚の金属層４２，４３を張り合わせたもので、金属層４２，４３がこの順に積層された２層構造を有している。また、バイメタル層５０は、センサ膜４０と同様の矩形状に形成されている。さらに、バイメタル層５０はセンサ膜４０の下側に配置されて永久磁石バイアス層１１に接しており、永久磁石バイアス層１１と被膜４１との間に挟みこまれている。
【０１５６】
金属層４２，４３は、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）の合金に、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）等を添加して、熱膨張率が異なるようにして形成されている。
【０１５７】
バイメタル層５０は熱膨張率が異なる２枚の金属層４２，４３を張り合わせたものであるから、温度の変化によって曲がり方が変化する性質を有している。この場合、例えば、図２８に示すように、バイメタル層５０がキャビティ２の内側に向かって曲がったり、図２９に示すように、キャビティ２の外側に向かって曲がったりする。バイメタル層５０がこのような性質を有することから、温度の変化によってセンサ膜４０のトラック幅Ｗ３の大きさが変わり、センサ膜４０の抵抗値Ｒが変化する。
【０１５８】
したがって、磁性膜センサ１０７は温度変化に応じて電圧値Ｖが変化するから温度を検出することができる。また、センサ膜４０が温度変化に敏感に反応するから、温度変化を精度よく検出できるようになっている。しかも、バイメタル層５０を有することにより、磁性膜センサ１０６よりも敏感に温度変化に反応するため、温度変化をより精度よく検出できるようになっている。
【０１５９】
（磁性膜センサ１０７の製造方法）
磁性膜センサ１０７は、磁性膜センサ１０３とほぼ同様の手順によって製造することができる。磁性膜センサ１０７は、図１７〜図２０までの工程を磁性膜センサ１０３と同様に実行する。ただし、磁性膜センサ１０３よりもキャビティ２の幅を大きくする。そして、図３０に示すように、絶縁層１の表面にバッファ絶縁層３を形成することなくバイメタル層５０を形成し、その上に重ねてセンサ膜４０を形成する。これ以降の工程を磁性膜センサ１０３と同様にして実行することによって、磁性膜センサ１０７が得られる。
【０１６０】
第５の実施の形態
（磁性膜センサ１０８の構造）
次に、図３１を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る磁性膜センサ１０８について説明する。ここで、図３１は本発明の第５の実施の形態に係る磁性膜センサ１０８を示す図１（Ａ）同様の平面図である。この磁性膜センサ１０８は圧力を検出する圧力センサである。
【０１６１】
磁性膜センサ１０８は、磁性膜センサ１００と比較して、永久磁石層４，５の代わりに永久磁石層４７を有する点と、電極６，７の代わりに電極４５，４６を有する点とが相違している。また、磁性膜センサ１０８は、磁性膜センサ１００と比較して、センサ膜１０の代わりにセンサ膜４４を有する点と、キャビティ２の寸法が異なる点と、コイル４８を有する点とで相違し、そのほかの点では一致している。
【０１６２】
電極４５，４６はセンサ膜４４の幅方向の両側部分に接続されている。永久磁石層４７は、図３１に示すように、奥行き方向に沿って伸びる第１の永久磁石層および第２の永久磁石層としての２つの磁性部４７ａ，４７ｂと、幅方向に沿って伸びる第３の永久磁石層としての磁性部４７ｃとを有している。永久磁石層４７は、磁性部４７ｃの両側に磁性部４７ａ，４７ｂが接続され一体となった構造を有している。そして、磁性部４７ａ，４７ｂがそれぞれ電極４５，４６に対峙し、磁性部４７ａ，４７ｂの間にセンサ膜４４、電極４５，４６が位置するようにして配置されている。また、磁性部４７ｃには、図３１に示すように、コイル４８が巻き付けられている。コイル４８は磁性部４７ｃに螺旋状に巻きつけられたヘリカル状コイルである。
【０１６３】
以上の構成を有する磁性膜センサ１０８では、磁性膜センサ１００と同様に、センサ膜４４に対して、外部磁界として、磁性部４７ａ，４７ｂによる静磁界Ｈ３が加えられる。また、磁性部４７ｃに巻き付けられているコイル４８に電流Ｉｃを流すことによって、磁界Ｈ４が形成され、この磁界Ｈ４もセンサ膜４４に加えられるようになっている。
【０１６４】
磁性膜センサ１０８も、圧力の変化に応じてセンサ膜４４のトラック幅の大きさが変わり、それによってセンサ膜４４の抵抗値Ｒが変化するため、磁性膜センサ１００と同様に圧力を検出することができる。また、センサ膜４４が圧力Ｆに敏感に反応して的確に変形し、それによって抵抗値Ｒが変化するから、圧力の検出精度が高い。磁性膜センサ１０８も、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。
【０１６５】
第６の実施の形態
（磁性膜センサ１０９，１１０の構造）
次に、図３２、３３を参照して、本発明の第６の実施の形態に係る磁性膜センサ１０９，１１０について説明する。ここで、図３２は本発明の第６の実施の形態に係る磁性膜センサ１０９を示す図１（Ｂ）同様の断面図、図３３は磁性膜センサ１１０を示す図１（Ｂ）同様の断面図である。この磁性膜センサ１０９，１１０は圧力を検出する圧力センサである。
【０１６６】
磁性膜センサ１０９は絶縁層５１，５２、５３、５４を有し、各層がこの順に積層された構成を有している。また、磁性膜センサ１１０も絶縁層５１，５２、５３、５４を有し、各層がこの順に積層された構成を有している。
【０１６７】
磁性膜センサ１０９，１１０は双方ともに絶縁層５２に埋め込まれた第３の永久磁石層としての永久磁石層５５と、絶縁層５４に埋め込まれた第１の永久磁石層および第２の永久磁石層としての永久磁石層５６、５７とを有している。
【０１６８】
また、磁性膜センサ１０９，１１０は双方ともに第１の電極および第２の電極としての電極５８，５９を有し、それぞれ薄膜コイル６０、６１を有している。
【０１６９】
絶縁層５４は絶縁層１と同様に表面にキャビティ２を有する凹部付絶縁層である。このキャビティ２を跨ぐようにして、バッファ絶縁層３が形成され、バッファ絶縁層３にセンサ膜４０が形成されている。センサ膜４０の両側部分に電極５８，５９が接続されている。また、電極５８，５９の外側に永久磁石層５６、５７が配置されている。
【０１７０】
そして、磁性膜センサ１０９では、永久磁石層５６、５７が永久磁石層５５に接続されている。この永久磁石層５５に薄膜コイル６０が巻きつけられ、永久磁石層５５の周囲を周回している。薄膜コイル６０はヘリカル型のコイルである。
【０１７１】
また、磁性膜センサ１１０でも、永久磁石層５６、５７が永久磁石層５５に接続されている。ただし、磁性膜センサ１１０では、薄膜コイル６１が永久磁石層５６、５７の周囲に形成されている。薄膜コイル６１は図示しない軸を中心にして、永久磁石層５６、５７の周囲を周回するように形成された渦巻き状のコイルである。
【０１７２】
磁性膜センサ１０９，１１０はＸ方向の静磁界Ｈ３として、永久磁石層５６、５７によって形成される静磁界と、薄膜コイル６０、６１に通電して形成される電流磁界Ｈ４とがセンサ膜４０に加えられる。また、電極５８，５９を通じてセンス電流Ｉｓを流せば電流磁界Ｈ２（図３２では図示せず）もセンサ膜４０に加えられる。
【０１７３】
磁性膜センサ１０９，１１０も、圧力の変化に応じてセンサ膜４０のトラック幅の大きさが変わり、それによってセンサ膜４０の抵抗値Ｒが変化するため、磁性膜センサ１００と同様に圧力を検出することができる。また、センサ膜４０が圧力Ｆに敏感に反応して的確に変形し、それによって抵抗値Ｒが変化するから、磁性膜センサ１０９，１１０による圧力の検出精度が高いものとなる。したがって、磁性膜センサ１０９，１１０も、ロボットのタッチセンサのような高い感度が要求されるセンサとして好適である。
【０１７４】
以上の各実施の形態では、圧力センサおよび温度センサを例にとって説明しているが、本発明は、加速度センサにも適用することができる。
【０１７５】
例えば、磁性膜センサ１００、１０３のセンサ膜１０、４０に加速度に応じた外力が加わるようにして、磁性膜センサ１００、１０３を加速度センサとして用いることができる。この加速度センサでは、例えば、携帯電話機やハードディスクドライブといった電子機器の落下により発生する加速度を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明を適用することにより、従来のセンサとは別の動作原理に基づくMEMS技術を応用した新たな高感度センサおよびその製造方法が得られる。本発明は磁性膜センサおよびその製造方法で利用することができる。
【符号の説明】
【０１７７】
１…絶縁層、２…キャビティ、３…バッファ絶縁層、４，５…永久磁石層、６，７…電極、８…ＧＭＲ膜、１０、２０…センサ膜、１１…永久磁石バイアス層、１５…固定磁化層、１６…非磁性金属層、１７…自由磁化層、５０…バイメタル層、１００，１０２，１０２，１０３，１０４，１０５…磁性膜センサ、１０６，１０７，１０８，１０９，１１０…磁性膜センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気歪を発生するスピンバルブ膜を有し、該スピンバルブ膜に前記磁気歪を発生させる磁気歪構造を有する磁性膜センサ。
【請求項２】
前記磁気歪構造は、前記スピンバルブ膜を湾曲させて前記磁気歪を発生させるように構成されている請求項１記載の磁性膜センサ。
【請求項３】
前記スピンバルブ膜は、前記磁気歪に応じて抵抗値が変化するように構成されている請求項１または２記載の磁性膜センサ。
【請求項４】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有し、前記磁性膜が前記凹部を跨ぐようにして前記凹部付絶縁層に形成された構成を有する磁性膜センサ。
【請求項５】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面の少なくとも一部が前記磁性膜よりも柔軟な変形許容部となっているベース層とを有し、前記磁性膜が前記変形許容部を跨ぐようにして前記ベース層に形成された構成を有する磁性膜センサ。
【請求項６】
前記凹部付絶縁層の表面上に前記凹部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、該バッファ絶縁層の上に前記磁性膜が形成されている請求項４記載の磁性膜センサ。
【請求項７】
前記ベース層の表面上に前記変形許容部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、該バッファ絶縁層の上に前記磁性膜が形成されている請求項５記載の磁性膜センサ。
【請求項８】
前記磁性膜に対し、前記凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、該第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は、前記磁性膜の前記凹部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項４または６記載の磁性膜センサ。
【請求項９】
前記磁性膜に対し、前記変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、該第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は、前記磁性膜の前記変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項５または７記載の磁性膜センサ。
【請求項１０】
前記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、該第１の電極および第２の電極は、前記磁性膜の前記凹部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項４，６，８のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１１】
前記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、該第１の電極および第２の電極は、前記磁性膜の前記変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項５，７，９のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１２】
前記磁性膜の前記凹部を跨ぐ方向のトラック幅が該トラック幅に交差する方向の奥行きよりも大きく形成されている請求項４，６，８，１０のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１３】
前記磁性膜は、ＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかと永久磁石からなる永久磁石層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する請求項４，６，８，１０，１２のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１４】
前記磁性膜は、前記凹部を跨ぐ方向のトラック幅の変化に応じて磁化の向きが変わる自由磁化層と、磁化の向きが変わらない固定磁化層とを積層した構成を有する請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１５】
前記磁性膜に対し、前記凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、
前記磁性膜は、ＧＭＲ膜と、前記第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界を前記ＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１６】
前記磁性膜に対し、前記変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、
前記磁性膜は、ＧＭＲ膜と、前記第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界を前記ＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する請求項５，７，９，１１のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１７】
前記第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を接続する第３の永久磁石層と、前記第１、第２、第３の永久磁石層のいずれかの周囲を周回する薄膜コイルとを更に有する請求項８記載の磁性膜センサ。
【請求項１８】
前記凹部付絶縁層の表面上に前記凹部を跨ぐようにして形成されたバイメタルを更に有し、該バイメタルの上に前記磁性膜が形成されている請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１９】
前記凹部にフォトレジストが埋め込まれた構成を有する請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項２０】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、
絶縁層の表面に凹部を形成して前記凹部付絶縁層を形成する工程と、
前記凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、前記凹部を跨ぐようにして前記凹部付絶縁層の表面に前記磁性膜を形成する工程と、
リフトオフを行い、前記凹部に埋め込まれている前記フォトレジストを除去する工程とを有する磁性膜センサの製造方法。
【請求項２１】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、
絶縁層の表面に凹部を形成して前記凹部付絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面に前記凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、前記凹部付絶縁層の表面に絶縁材からなる被膜を形成する工程と、
前記被膜が形成された前記凹部付絶縁層の表面をＣＭＰで研磨する工程と、
前記ＣＭＰで研磨された前記凹部付絶縁層の表面に前記凹部を跨ぐようにして前記磁性膜を形成する工程と、
リフトオフを行い、前記凹部に埋め込まれている前記フォトレジストを除去する工程とを有する磁性膜センサの製造方法。
【請求項２２】
前記磁性膜を形成する工程と、前記フォトレジストを除去する工程との間に、磁性材からなる磁性層および導電材料からなる導電層を前記凹部付絶縁層の表面に形成する工程を更に有する請求項２０記載の磁性膜センサの製造方法。
【請求項２３】
前記磁性膜を形成する工程において、前記凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、前記凹部を跨ぐようにして前記凹部付絶縁層の表面にバッファ絶縁層を形成し、該バッファ絶縁層に接するようにして前記磁性膜を形成する請求項２０記載の磁性膜センサの製造方法。
【請求項１】
磁気歪を発生するスピンバルブ膜を有し、該スピンバルブ膜に前記磁気歪を発生させる磁気歪構造を有する磁性膜センサ。
【請求項２】
前記磁気歪構造は、前記スピンバルブ膜を湾曲させて前記磁気歪を発生させるように構成されている請求項１記載の磁性膜センサ。
【請求項３】
前記スピンバルブ膜は、前記磁気歪に応じて抵抗値が変化するように構成されている請求項１または２記載の磁性膜センサ。
【請求項４】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有し、前記磁性膜が前記凹部を跨ぐようにして前記凹部付絶縁層に形成された構成を有する磁性膜センサ。
【請求項５】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面の少なくとも一部が前記磁性膜よりも柔軟な変形許容部となっているベース層とを有し、前記磁性膜が前記変形許容部を跨ぐようにして前記ベース層に形成された構成を有する磁性膜センサ。
【請求項６】
前記凹部付絶縁層の表面上に前記凹部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、該バッファ絶縁層の上に前記磁性膜が形成されている請求項４記載の磁性膜センサ。
【請求項７】
前記ベース層の表面上に前記変形許容部を跨ぐようにして形成されたバッファ絶縁層を更に有し、該バッファ絶縁層の上に前記磁性膜が形成されている請求項５記載の磁性膜センサ。
【請求項８】
前記磁性膜に対し、前記凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、該第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は、前記磁性膜の前記凹部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項４または６記載の磁性膜センサ。
【請求項９】
前記磁性膜に対し、前記変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、該第１の永久磁石層および第２の永久磁石層は、前記磁性膜の前記変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項５または７記載の磁性膜センサ。
【請求項１０】
前記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、該第１の電極および第２の電極は、前記磁性膜の前記凹部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項４，６，８のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１１】
前記磁性膜に通電するための第１の電極および第２の電極を更に有し、該第１の電極および第２の電極は、前記磁性膜の前記変形許容部を跨ぐ方向の両側に配置されている請求項５，７，９のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１２】
前記磁性膜の前記凹部を跨ぐ方向のトラック幅が該トラック幅に交差する方向の奥行きよりも大きく形成されている請求項４，６，８，１０のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１３】
前記磁性膜は、ＧＭＲ膜、ＡＭＲ膜、ＭＲ膜、ＴＭＲ膜、ＣＰＰ膜のいずれかと永久磁石からなる永久磁石層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する請求項４，６，８，１０，１２のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１４】
前記磁性膜は、前記凹部を跨ぐ方向のトラック幅の変化に応じて磁化の向きが変わる自由磁化層と、磁化の向きが変わらない固定磁化層とを積層した構成を有する請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１５】
前記磁性膜に対し、前記凹部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、
前記磁性膜は、ＧＭＲ膜と、前記第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界を前記ＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１６】
前記磁性膜に対し、前記変形許容部を跨ぐ方向に沿った磁界を加えるための第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を更に有し、
前記磁性膜は、ＧＭＲ膜と、前記第１の永久磁石層および第２の永久磁石層によって加えられる磁界と交差する方向の磁界を前記ＧＭＲ膜に加えるためのバイアス磁界層との間に絶縁層が挟み込まれた構成を有する請求項５，７，９，１１のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１７】
前記第１の永久磁石層および第２の永久磁石層を接続する第３の永久磁石層と、前記第１、第２、第３の永久磁石層のいずれかの周囲を周回する薄膜コイルとを更に有する請求項８記載の磁性膜センサ。
【請求項１８】
前記凹部付絶縁層の表面上に前記凹部を跨ぐようにして形成されたバイメタルを更に有し、該バイメタルの上に前記磁性膜が形成されている請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項１９】
前記凹部にフォトレジストが埋め込まれた構成を有する請求項４，６，８，１０，１２，１３のいずれか一項記載の磁性膜センサ。
【請求項２０】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、
絶縁層の表面に凹部を形成して前記凹部付絶縁層を形成する工程と、
前記凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、前記凹部を跨ぐようにして前記凹部付絶縁層の表面に前記磁性膜を形成する工程と、
リフトオフを行い、前記凹部に埋め込まれている前記フォトレジストを除去する工程とを有する磁性膜センサの製造方法。
【請求項２１】
磁気歪を発生する磁性膜と、表面に凹部が形成された凹部付絶縁層とを有する磁性膜センサの製造方法であって、
絶縁層の表面に凹部を形成して前記凹部付絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面に前記凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、前記凹部付絶縁層の表面に絶縁材からなる被膜を形成する工程と、
前記被膜が形成された前記凹部付絶縁層の表面をＣＭＰで研磨する工程と、
前記ＣＭＰで研磨された前記凹部付絶縁層の表面に前記凹部を跨ぐようにして前記磁性膜を形成する工程と、
リフトオフを行い、前記凹部に埋め込まれている前記フォトレジストを除去する工程とを有する磁性膜センサの製造方法。
【請求項２２】
前記磁性膜を形成する工程と、前記フォトレジストを除去する工程との間に、磁性材からなる磁性層および導電材料からなる導電層を前記凹部付絶縁層の表面に形成する工程を更に有する請求項２０記載の磁性膜センサの製造方法。
【請求項２３】
前記磁性膜を形成する工程において、前記凹部を埋めるフォトレジストを塗布したのち、前記凹部を跨ぐようにして前記凹部付絶縁層の表面にバッファ絶縁層を形成し、該バッファ絶縁層に接するようにして前記磁性膜を形成する請求項２０記載の磁性膜センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２０１１−２４７８９７（Ｐ２０１１−２４７８９７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９３０９（Ｐ２０１１−１４９３０９）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【分割の表示】特願２００７−２３０６７４（Ｐ２００７−２３０６７４）の分割
【原出願日】平成１９年９月５日（２００７．９．５）
【特許番号】特許第４８００４５２号（Ｐ４８００４５２）
【特許公報発行日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（５００４７５６４９）ヘッドウェイテクノロジーズ インコーポレイテッド (251)
【出願人】（５００３９３８９３）新科實業有限公司 (361)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＥ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（Ｈ．Ｋ．）Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｒｅ， ６ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ Ｅａｓｔ Ａｖｅｎｕｅ， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ， Ｓｈａｔｉｎ， Ｎ．Ｔ．， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ
【出願人】（５０７２９８５２２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【分割の表示】特願２００７−２３０６７４（Ｐ２００７−２３０６７４）の分割
【原出願日】平成１９年９月５日（２００７．９．５）
【特許番号】特許第４８００４５２号（Ｐ４８００４５２）
【特許公報発行日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（５００４７５６４９）ヘッドウェイテクノロジーズ インコーポレイテッド (251)
【出願人】（５００３９３８９３）新科實業有限公司 (361)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＥ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（Ｈ．Ｋ．）Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｒｅ， ６ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ Ｅａｓｔ Ａｖｅｎｕｅ， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ， Ｓｈａｔｉｎ， Ｎ．Ｔ．， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ
【出願人】（５０７２９８５２２）
【Ｆターム（参考）】
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