DE3343035A1 - Verfahren zur herstellung eines magnet(mess)fuehlers mit mindestens zwei elementen mit magnetischer widerstandsaenderung - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines magnet(mess)fuehlers mit mindestens zwei elementen mit magnetischer widerstandsaenderungInfo
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Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt
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Dr rer nat L Feiler. München Dip! -Ing W Hanzel München Dipl-Phys K. H. Meinig. Berlin Dr Ing A Butenschon. Berlin
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D-8000 München 80
D-8000 München 80
Tel 089/982085-87 Telex 0529802 hnkid Telegramme ellipsoid
COPAL COMPANY LIMITED,
Itabashi-ku, Tokio, Japan
Itabashi-ku, Tokio, Japan
Verfahren zur Herstellung eines Magnet(meß)
fühlers mit mindestens zwei Elementen mit
magnetischer Widerstandsänderung
fühlers mit mindestens zwei Elementen mit
magnetischer Widerstandsänderung
•f.
Verfahren zur Herstellung eines Magnet(meß)-fühlers mit mindestens zwei Elementen mit
magnetischer Widerstandsänderung"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magnet(meß)fühlers mit mindestens zwei übereinanderliegenden
Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung. Solche Magnet(meß)fühler dienen zum Nachweis eines
auf einem Kodiergerät, z.B. einem Linearkodiergerät oder Drehkodiergerät, aufgezeichneten Magnetisierungsmusters
oder zum Ablesen von auf einem magnetischen Aufzeichnungsmaterial, z.B. einem Magnetband oder einer Magnetplatte,
aufgezeichneten Informationen.
Aus den JP-OS 37204/78 und 37205/78 sind Magnet(meß)fühler
mit zwei Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung (magnetoresistive elements, im folgenden als "MR-Element"
bezeichnet) auf jeweils einer Seite eines isolierenden Films, die gegeneinander vormagnetisiert sind,
bekannt. Bei den bekannten Magnet(meß)fühlern ist auf
ein isolierendes Substrat ein erster Film mit elektromagnetischer Widerstandsänderung (electroresistive film,
im folgenden als "MR-FiIm" bezeichnet) aufgetragen. Auf dem ersten MR-FiIm befindet sich ein isolierender Film
und auf diesem ein zweiter MR-FiIm. Bei einer derartigen Bauweise sollten, um eine stabile Nachweisleistung sicherzustellen,
die ersten und zweiten MR-Elemente miteinander identische magnetische Eigenschaften aufweisen.
,a-
Bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung des Magnet-(meß)fühlers
werden, nachdem sukzessive auf dem isolierenden Substrat der erste MR-FiIm und ein erster Elektrodenfilm
abgelagert sind, die beiden Filme entsprechend einem gegebenen Muster geätzt. Nachdem der isolierende Film,
der zweite MR-FiIm und ein zweiter Elektrodenfilm aufgetragen sind, werden diese Filme in der gewünschten Weise
einer Musterbildung unterworfen. Das bekannte Herstellungsverfahren erfordert verschiedene Ablagerungs- und
Photoätzmaßnahmen und ist demzufolge kompliziert. Da
ferner die ersten und zweiten MR-Filme in getrennten Ätzschritten in die gewünschten Muster gebracht werden
müssen, läßt sich keine Dimensions- und Formtreue aufrechterhalten, so daß die magnetischen Eigenschaften
der beiden MR-Elemente voneinander verschieden werden. Schließlich können bei der Herstellung der elektrischen
Anschlüsse an die ersten und zweiten* MR-Elemente leicht unerwünschte Kurzschlüsse entstehen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein einfach und genau durchzuführendes Verfahren zur Herstellung eines
Magnet(meß)fühlers mit mindestens zwei übereinanderliegenden
Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung, deren magnetische Eigenschaften miteinander identisch
sind, zu schaffen, bei welchem sich unerwünschte Kurzschlüsse zwischen den Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung
wirksam vermeiden lassen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines Magnet(meß)fühlers mit mindestens zwei
übereinanderliegenden und durch eine Isolierschicht getrennten Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf einem Substrat nach und nach in der angegebenen Reihenfolge mindestens
einen ersten Film mit magnetischer Widerstands-
änderung, einen isolierenden Film und einen zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung ablagert, auf den
zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung einen Resistfilm appliziert, selektiv den Resistfilm entsprechend
einem gegebenen Muster der herzustellenden Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung entfernt, gleichzeitig
den ersten und zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und den isolierenden Film über den
Resistfilm ätzt, um übereinanderliegende und durch den dazwischenliegenden Isolierfilm getrennte erste und zweite
Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung auszubilden, in dem zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung
und in dem isolierenden Film sich bis zum ersten Film mit magnetischer Widerstandsänderung erstreckende,
durchgehende Löcher ausbildet und über die durchgehenden Löcher an den ersten Film mit magnetischer Widerstandsänderung
einen elektrischen Anschluß herstellt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1A und 1B eine schematische Draufsicht und eine
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Herstellung eines Magnet(meß)fühlers;
25
Fig. 2 ein Schaltdiagramm des magnetischen (Meß)fühlers;
Fig. 3 bis 10 schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Stufen und Photomasken zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform (Beispiel 1) des
Verfahrens gemäß der Erfindung;
Fig. 11 bis 13 und Fig. 14A bis 14D schematische Darstellungen
der aufeinanderfolgenden Stufen einer zweiten Ausführungsform (Beispiel 2) des Verfahrens
gemäß der Erfindung;
■Μ-
Fig. 15 bis 23 schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden
Stufen und Photomasken zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform
(Beispiel 3) des Verfahrens gemäß der Erfindung;
Fig. 24 eine Draufsicht auf ein Kodiergerät mit einem
erfindungsgemäß hergestellten Magnet(meß)fühler;
Fig. 25 ein Schaltbild des in Fig. 24 dargestellten Kodiergeräts und
Fig. 26 eine ebene Darstellung, aus der sich die Lagenbeziehung zwischen dem Magnet(meß)fühler und
Magnetisierungsmustern ergibt.
Die Fig. 1A und 1B zeigen in der Draufsicht und Perspektive
eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten
Magnet(meß)fühlers. Aus Vereinfachungsgründen
ist in den Fig. 1A und 1B eine obere Isolierschicht weggelassen. In Fig. 1A sind MR-Filme schraffiert dargestellt.
Der Magnet(meß)fühler dieser Ausführungsform
enthält vier Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung MR1 - MR4. Die MR-Elemente MR2 bzw. MR4 sind auf
den MR-Elementen MR1 bzw. MR3 angeordnet. Die MR-Elemente befinden sich auf einem Glassubstrat S. Zwischen den
MR-Elementen MR1 und MR2 und den MR-Elementen MR3 und MR4 sind isolierende Filme INS vorgesehen.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind die vier MR-Elemente MR1 - MR4 derart angeschlossen, daß eine Brückenschaltung
gebildet wird. Dies bedeutet, daß die einen Enden der unteren MR-Elemente MR1 und MR3 an Anschlüssen C1 bzw. C2
an einen Leiter L1 angeschlossen sind. Der Leiter L1 ist an einen Anschluß T1 angeschlossen. Die einen Enden der
33Λ3035
oberen MR-Elemente MR2 und MR4 sind an Verbindungen C3
bzw. C4 an einen Leiter L2 angeschlossen. Der Leiter L2 ist an einen Anschluß T2 angeschlossen. Das andere Ende
des MR-Elements MR1 ist über eine Verbindung C5 und
einen Leiter L3 an einen Anschluß T3 angeschlossen. Das andere Ende des oberen MR-Elements MR2 ist über
eine Verbindung C6 und einen Leiter L4 an einen Anschluß T4 angeschlossen. Das andere Ende des unteren
MR-Elements MR3 ist über eine Verbindung C7 und einen Leiter L5 mit einem Anschluß T5 verbunden. Das andere
Ende des oberen MR-Elements MR4 ist über eine Verbindung C8 und einen Leiter L6 an einen Anschluß T6 angeschlossen.
In Fig. 1A sind die Verbindungen zu den unteren MR-Elementen MR1 und MR3 doppelt umrahmt. Wie
aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Entnahmepunkte (Ausgangsklemmen) T1
T2 der Brückenschaltung an Differentialeingänge eines Differentialverstärkers DA angeschlossen. Die Anschlüsse
T3 und T4 sind gemeinsam an einem positiven Anschluß einer Spannungsquelle E, die Anschlüsse T5 und T6 gemeinsam
an einen negativen Anschluß der Spannungsquelle E angeschlossen. Folglich können die Anschlüsse T3 und T4
und die Anschlüsse T5 und T6 aus einem einzigen Anschluß bestehen. Zur Durchführung eines Kurzschlußtests der
MR-Elemente während der Herstellung des Magnet(meß)fühlers
werden jedoch vorzugsweise, wie dargestellt, getrennte Anschlüsse vorgesehen.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutern.
30
30
Zunächst werden, wie in Fig. 3 dargestellt, auf einer Glasplatte 1 nach und nach ein erster MR-FiIm 2 aus
einer Permalloy von 81 % Ni und 19 % Fe einer Stärke von
30 nm, ein isolierender Film 3 aus Siliziumdioxid (SiO2)
einer Stärke von 200 nm und ein zweiter MR-FiIm 4 aus einer Permalloy einer Stärke von 30 nm abgelagert. Danach
wird auf den zweiten MR-FiIm 4 ein Photoresistfilm 5
vom Positiv-Typ appliziert. Während des Auftrags der verschiedenen Filme wird das Substrat auf einer Temperatur
von 3000C gehalten. Als Photoresistfilm 5 wird das Produkt AZ-1350 zur Trockenätzung verwendet.
Danach wird der Photoresistfilm 5 mittels einer in Fig.4
dargestellten Photomaske 6 selektiv belichtet. Die Photomaske besitzt ein bestimmtes Muster entsprechend
dem Muster der herzustellenden MR-Elemente. Im Falle der Verwendung des Photoresistfilms 5 vom Positiv-Typ wird
ein Teil des Films 5, der mit Licht, das durch einen durchsichtigen Teil 6a der Photomaske 6 hindurchtritt,
belichtet wurde, nicht gehärtet und weggewaschen. Bei dieser Ausführungsform betragen die Länge L des MR-EIements
etwa 1 mm, die Breite W 50 μΐη.
Danach erfolgt eine Trockenätzung unter Verwendung eines Gasgemischs aus gasförmigem Tetrafluorkohlenstoff, Tetrachlorkohlenstoff
und Sauerstoff, wobei gleichzeitig der ersten und zweiten MR-Filme 2 und 4 und des isolierenden
Films 3 weggeätzt werden. Im vorliegenden Falle dient der gasförmige Tetrafluorkohlenstoff zur Entfernung des
isolierenden Films 3 und der gasförmige Tetrachlorkohlenstoff zum Ätzen der aus der Fe-Ni-Permalloy bestehenden
MR-Filme 2 und 4. Der gasförmige O2 begünstigt die Ätzung
der MR-Filme. Es sei darauf hingewiesen, daß die gleichzeitige Ätzung auch durch Naßätzung oder Sprühätzung in
■ gasförmigem Argon durchgeführt werden kann. Im Fall einer Naßätzung kann der isolierende SiO2-FiIm 3 durch ein
Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittel entfernt werden. Die aus einer Fe-Ni-Permalloy bestehenden MR-Filme werden hierbei
mit Hilfe eines starken Säuregemisch-Ätzmittels geätzt.
Erfindungsgemäß ist es von wesentlicher Bedeutung, gleichzeitig die ersten und zweiten MR-Filme 2 und 4
und den isolierenden Film 3 im Rahmen eines einzigen Ätzvorgangs zu entfernen. Dadurch lassen sich die
Muster der oberen und unteren MR-Elemente miteinander vollständig identisch machen, so daß auch die magnetischen
Eigenschaften dieser MR-Elemente einander genau gleichgemacht werden können. Weiterhin läßt sich das
Herstellungsverfahren als solches sehr einfach gestalten. Die unteren MR-Elemente MR1 und MR3 bzw. die
oberen MR-Elemente MR2 und MR4 werden aus den ersten und zweiten MR-Filmen 2 und 4 gebildet, so daß
die Stärken bzw. Dicken der MR-Elemente einander gleich werden. Auch dadurch verkleinert sich der Unterschied
in den magnetischen Eigenschaften der MR-Elemente weiter.
Nach Entfernen des auf dem zweiten MR-FiIm 4 verbliebenen
Photoresistfilms 5 wird entsprechend Fig. 5 ein weiterer Photoresistfilm 7 vom Negativ-Typ aufgetragen.
In dem Photoresistfilm 7 werden an Stellen entsprechend den Verbindungen zu dem ersten MR-FiIm 2 mit Hilfe
einer geeigneten Photomaske (vgl. Fig. 17) öffnungen
7a gebildet. In Fig. 5 ist lediglich eine öffnung 7a dargestellt. Durch die öffnung 7a erfolgt eine Ätzbehandlung
zur Bildung von öffnungen 4a und 3a in dem zweiten MR-FiIm 4 bzw. in dem isolierenden Film 3,
wobei ein sich bis zum ersten MR-FiIm 2 erstreckendes durchgehendes Loch 8 entsteht.
Wie sich aus Fig. 7 ergibt, wird auf den zweiten MR-FiIm
4 ein elektrisch isolierender Photoresistfilm 9 vom Negativ-Typ aufgetragen. In dem Photoresistfilm 9 wird
am unteren Ende des durchgehenden Loches 8 eine öffnung
9a erzeugt. Gleichzeitig wird in dem Photoresistfilm 9 an einer Stelle entsprechend der Verbindung zu dem zweiten
MR-FiIm 4 eine Öffnung 9b gebildet. Auf diese Weise werden die ersten und zweiten MR-Filme 2 und 4 teilweise
freigelegt. Der isolierende Photoresistfilm 9 besteht aus einem Polyimid hervorragender elektrischer Isoliereigenschaften.
Danach wird ohne Entfernen des isolierenden Photoresistfilms 9 entsprechend Fig. 10 ein Metallfilm 10 aus
einer Doppelschicht aus Molybdän (Mo) und Gold (Au) abgelagert. Die Aufdampfung des Metallfilms 10 erfolgt
derart, daß die Mo- bzw. Au-Schichten Stärken von 200 bzw. 500 nm erhalten. Während des Bedampfens wird das
Substrat 1 auf einer Temperatur von 25O0C gehalten.
Nach Applikation eines Photoresistfilms vom Positiv-Typ auf den Metallfilm 10 wird der Metallfilm mittels einer
in Fig. 9 dargestellten Photomaske 11 selektiv geätzt, um ein gewünschtes Leitermuster zu erhalten. Zum Ätzen
der Molybdänschicht bedient man sich eines Cerammoniumnitrat-Ätzmittels, zum Ätzen der Goldschicht wird ein
Kaliumjodid-Ätzmittel verwendet. Schließlich wird der auf dem Metallmuster verbliebene Photoresistfilm entfernt,
wobei der in Fig. 10 dargestellte Magnet (meß) fühler erhalten wird.
Wie dargelegt, werden die aufeinanderliegenden ersten
und zweiten MR-Filme 2 und 4 mit dem dazwischenliegenden isolierenden Film 3 gleichzeitig weggeätzt, so daß
die Abmessungen und Formen der übereinanderliegenden ersten und zweiten MR-Elemente genau miteinander identisch
gemacht werden können. Auf diese Weise werden die magnetischen Eigenschaften dieser MR-Elemente einander
ähnlich und das Herstellungsverfahren einfach und leicht
durchzuführen. Da die Verbindung zum unteren MR-Element durch Applikation des Metallfilms auf den Photoresistfilm
9 durch die Öffnung 9a in dem Film 9 gebildet wird, läßt sich wirksam ein Kurzschluß zwischen den ersten
und zweiten MR-Filmen 2 und 4 vermeiden.
In diesem Beispiel werden auf einem Glassubstrat 21 nach und nach ein erster MR-FiIm 22 aus einer Ni-Fe-Permalloy,
ein erster isolierender Film 23 aus Ta-O5, ein zweiter MR-FiIm 24 aus einer Ni-Fe-Permalloy und ein zweiter
isolierender Film 25 aus SiO- abgelagert (vgl. Fig.11).
Bei dieser Ausführungsform ist es von wesentlicher Bedeutung,
die ersten und zweiten isolierenden Filme 23 und 25 aus unterschiedlichen isolierenden Materialien
herzustellen. Auf den zweiten isolierenden Film 25 wird ein Photoresistfilm 26 vom Positiv-Typ appliziert. Danach
wird der Photoresistfilm 5 teilweise mit Hilfe der Photomaske 6 (vgl. Fig. 4) weggeätzt. Schließlich werden
alle vier Filme 22 - 25 gleichzeitig mit Hilfe des gasförmigen Ätzmittels aus gasförmigem CF4, gasförmigem
CCl4 und gasförmigem O2 geätzt, wobei das in Fig. 12
dargestellte Gebilde erhalten wird.
Nach Ablagerung eines Photoresistfilms 27 wird in diesem an einer Stelle entsprechend der Verbindung zum
zweiten MR-FiIm 25 eine öffnung 27a gebildet. Danach
wird in dem zweiten isolierenden Film 25 mit Hilfe eines für den zweiten isolierenden Film aus SiO2
selektiven Ätzmittels, das jedoch den ersten isolierenden Film 23 aus Ta-O5 nicht angreift, eine öffnung 25a
hergestellt. Ein Beispiel für ein einschlägiges Ätzmittel ist beispielsweise ein Fluorwasserstofffsäure-Ätzmittel.
-Jjlß-
Da im vorliegenden Falle ein für SiO2 selektives Ätzmittel
verwendet wird, wird - selbst wenn in dem zweiten MR-FiIm 24 Löcher enthalten sind und das Ätzmittel durch
die Löcher bis zum ersten isolierenden Film 23 vordringt - der erste isolierende Film nicht weggeätzt,
wodurch sich Kurzschlüsse zwischen den ersten und zweiten MR-Filmen 22 und 24 wirksam vermeiden lassen.
Schließlich wird das erhaltene Gebilde in der in Beispiel 1 im Zusammenhang mit Fig. 5 bis 10 erläuterten
Weise weiterbearbeitet. So wird beispielsweise nach Applikation eines neuen Photoresistfilms 28 in diesem
an einer Stelle entsprechend der Verbindung zum ersten MR-FiIm 22 eine öffnung 28 ausgebildet. Danach werden
Teile des zweiten isolierenden Films 25, des zweiten MR-Films 24 und des ersten isolierenden Films 23 zur
Bildung eines durchgehenden Loches bzw. einer durchgehenden öffnung entfernt (vgl. Fig. 14A). Nach Entfernen
des Photoresistfilms 28 wird ein isolierender Photoresistfilm 29 abgelagert. In diesem werden an Stellen
entsprechend den Verbindungen zu den ersten und zweiten MR-Filmen 22 und 24 Öffnungen 29a und 29b hergestellt
(vgl. Fig. 14B). Nach Applikation eines Metallfilms 30 auf den Photoresistfilm 29 (vgl. Fig. 14C) wird der Metallfilm
30 mit Hilfe der in Fig. 9 gezeigten Photomaske weggeätzt, wobei ein Metallmuster entsteht. Schließlich
wird der auf dem Metallfilm 30 verbliebene Photoresistfilm entfernt, wobei der in Fig. 14D dargestellte
Magnet(meß)fühler erhalten wird.
Neben den in Beispiel 1 bereits geschilderten Vorteilen läßt sich bei der im vorliegenden Beispiel beschriebenen
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnet(meß)fühlers
noch folgender Vorteil erreichen: Zur Ausbildung der Verbindung zum oberen MR-FiIm 24 wird in dem zweiten iso-
lierenden Film 25 mit Hilfe eines selektiv den zweiten
isolierenden Film 25 aus SiO2, jedoch nicht den ersten isolierenden Film 23 angreifenden Ätzmittels die öffnung
25a hergestellt. Selbst wenn also das Ätzmittel über möglicherweise vorhandene Löcher in dem zweiten MR-FiIm
24 mit dem ersten isolierenden Film 23 in Kontakt gelangt, wird der erste isolierende Film 23 (dadurch) niemals
entfernt. Dies führt dazu, daß die ersten und zweiten MR-Filme 22 und 24 während des Aufdampfens des Metallfilms
30 nicht kurzgeschlossen werden.
Beispiel 3
In diesem Beispiel werden, wie aus Fig. 15 hervorgeht,
auf ein Siliziumsubstrat 31 nach und nach ein erster isolierender Film 32 aus Ta2O- einer Stärke von 50 nm,
ein erster MJR-FiIm 33 einer Stärke von 30 nm aus einer Ni-Fe-Permalloy, ein zweiter isolierender Film 34 einer
Stärke von 150 nm aus SiO2, ein dritter isolierender Film 35 einer Stärke von 50 nm aus Ta-O5, ein zweiter
MR-FiIm 36 einer Stärke von 30 nm aus einer Ni-Fe-Permalloy und ein vierter isolierender Film 37 einer
Stärke von 150 nm aus SiO2 abgelagert. Während der Ablagerung
der sechs Filme 32 - 37 wird das Substrat 31 auf eine Temperatur von 300°C erwärmt.
Nach Ablagerung eines Photoresistfilms vom Positiv-Typ werden die sechs Filme 32 bis 37 gleichzeitig mit Hilfe
der in Fig. 4 dargestellten Photomaske 6 einer Musterbildung unterworfen. Die Musterbildungsbehandlung erfolgt
durch Trockenätzung mit Hilfe eines Gasgemischs mit gasförmigem CF4 zur Entfernung der isolierenden Filme aus
SiO2 und Ta3O5, gasförmigem CCl. zur Beseitigung der
MR-Filme aus der Fe-Ni-Permalloy und gasförmigem O2 zur
Förderung der Wirkung des gasförmigen CCl,.
Indem man sämtliche sechs Filme gleichzeitig einer Ätzbehandlung unterwirft, läßt sich das Herstellungsverfahren
sehr einfach gestalten. Darüber hinaus können die Abmessung und Form der übereinander angeordneten MR-EIemente
miteinander vollständig identisch gemacht werden, so daß ihre magnetischen Eigenschaften genau zur Übereinstimmung
gebracht werden können.
Wie aus Fig. 16 hervorgeht, wird anschließend ein Photoresistfilm
38 vom Negativ-Typ aufgetragen. In diesem wird mit Hilfe einer in Fig. 17 dargestellten Photomaske
39 eine öffnung 38 gebildet. Die Photomaske 39 besitzt trübe Stellen 39 an Stellen entsprechend den Verbindungspunkten
zu dem unteren MR-FiIm 33.
Durch teilweises Wegätzen des vierten isolierenden Films 37, des zweiten MR-Films 36 und des dritten isolierenden
Films 35 entsteht ein durchgehendes Loch 40, das sich bis zum zweiten isolierenden Film 34 erstreckt (vgl.
Fig. 18). Auch in diesem Falle bedient man sich einer Trockenätzung mit Hilfe eines Gasgemischs aus CF4, CCl4
und O3. Während dieser Ätzbehändlung läßt sich der zweite
isolierende Film 34 mehr oder weniger ätzen, so daß der Ätzvorgang nicht genau gesteuert werden muß. Es sei
darauf hingewiesen, daß die Ätzung auch als Naßätzung durchgeführt werden kann. In diesem Falle bedient man
sich als Ätzmittel für SiO2 eines Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittels,
eines alkalischen Ätzmittels für Ta2O5 und
eines starken Säuregemisch-Ätzmittels zum Ätzen der Fe-Ni-Permalloy.
Nach Entfernen des restlichen Photoresistfilms 38 wird ein isolierender Polyimid-Photoresistfilm 41 vom Negativ-Typ
aufgetragen (vgl. Fig. 19). In diesem werden mit Hilfe einer in Fig. 20 dargestellten Photomaske 42
33A3035
öffnungen 41a und 41b gebildet. Die öffnung 41a entsteht
in dem durchgehenden Loch 40. Opake Stellen der Photomaske 42, die der öffnung 41a entsprechen, werden in
Fig. 20 mit 42a bezeichnet. Die restlichen opaken Stellen 4 2b in der Photomaske 42 entsprechen der öffnung
41b zur Bildung der Verbindungspunkte zum oberen MR-FiIm
36. Die Photomaske 42 enthält ferner einen relativ großen, rechteckigen, trüben Bereich 42c, der dazu dient, einen
Teil des isolierenden Photoresistfilms 41 an einer Verbindungsstelle
zu entfernen. In Fig. 19 ist jedoch aus Vereinfachungsgründen - eine dem trüben Bereich 42c
entsprechende öffnung im Photoresistfilm 41 nicht dargestellt.
Aus Fig. 21 geht hervor, daß über die Öffnungen 41a und 41b mit Hilfe eines selektiven nassen · Ätzmittels, das SiO2 f
jedoch nicht Ta3O5 angreift, Teile der zweiten und vierten
isolierenden Filme 34 und 37 aus SiO2 selektiv entfernt
werden. Eine derartige selektive Naßätzung kann beispielsweise mit einem Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittel,
z.B. HF+6NH.F, durchgeführt werden. Durch die selektive Ätzbehandlung werden sich bis zu den ersten und zweiten
MR-Filmen 33 und 36 erstreckende Löcher 34a und 37a gebildet.
Da auch hier ein selektives Ätzmittel für SiO2
verwendet wird, kann man in höchst wirksamer Weise einen Kurzschluß zwischen den ersten und zweiten MR-Filmen 33
und 36 aufgrund möglicherweise vorhandener Löcher verhindern.
Aus Fig. 22 geht hervor, daß bei einer Temperatur des Substrats 31 von etwa 2500C auf dem isolierenden Photoresistfilm
41 ein Metallfilm 43 aus einer Molybdänschicht einer Stärke von 200 nm und einer Goldschicht einer
Stärke von 500 nm abgelagert wird.
Nach Applikation eines Photoresistfilms vom Positiv-Typ
wird entsprechend Fig. 23 der Metallfilm 43 mit Hilfe der in Fig. 9 dargestellten Photomaske 11 geätzt.
Fig. 24 zeigt, daß chipförmige Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung 46 und 47, die in der geschilderten
Weise hergestellt wurden, auf einem Metallteil 45a einer Unterlage 44 aus einer isolierenden
Grundplatte aus glasfaserverstärktem Epoxyharz, einer darauf befindlichen Ni-Schicht einer Stärke von 5 \xm
und einer auf dieser befindlichen Au-Schicht einer Stärke von 1 um befestigt sind. Da das Metallteil 45a
großflächig ist, läßt sich darüber eine ausreichende Wärmeableitung sicherstellen. Jedes der chipförmigen
Elemente 46 und 47 enthält vier MR-Elemente. Die Anschlüsse
T1 - T6 und T1' - T61 sind über dünne Drähte
48 an die Leiterteile 45a und 45b der Unterlage 45 angeschlossen. Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Verdrahtung
wurden bereits vorher Teile des isolierenden Photoresistfilms 41, die unter den Anschlüssen T1 - T6
und T1' - T61 liegen würden, in der im Zusammenhang mit
dem opaken Bereich 42c der Photomaske 42 (vgl. Fig.20) geschilderten Weise entfernt.
Die in den chipförmigen Elementen 46 und 47 gebildeten acht MR-Elemente MR1 - MR4 und MR1' - MR4· werden zu
einer in Fig. 25 dargestellten Brückenschaltung zusammengeschaltet. Dies bedeutet, daß Anschlüsse 49a und 49f
auf der Unterlage 44 an positive und negative Speisepunkte einer Stromquelle E, Anschlüsse 4,9b und 49c an
Eingänge eines ersten Differentialverstärkers DA und Anschlüsse 49d und 49e an Eingänge eines zweiten Differentialverstärkers
DA1 angeschlossen werden. Die Ausgangssignale aus den Differentialverstärkern DA und DA1
werden einer Signalverarbeitungsschaltung SPC zugeführt und in dieser verarbeitet.
Aus Fig. 26 geht hervor, daß der als Kodiergerät benutzte Magnet(meß)fühler 50 derart gegenüber einem magnetischen
Aufzeichnungsmaterial angeordnet ist, daß die chipförmigen MR-Elemente 46 und 47 den auf dem magnetischen Auf-Zeichnungsmaterial
aufgezeichneten Magnetisierungsmustern 51a und 51b mit gegebener Phasenbeziehung gegenüberliegen,
d.h. der Magnet(meß)fühler 50 ist in bezug auf die Richtung, in der sich die Magnetisierungsmuster 51a und
51b erstrecken, geneigt. Folglich wird von der Signal- IQ Verarbeitungsschaltung SPC ein Ausgangssignal geliefert,
das eine Richtung und ein Ausmaß an Verlagerung zwischen dem Magnet(meß)fühler und dem Aufzeichnungsmaterial
wiedergibt.
Die Erfindung ist nicht auf die erläuterten Ausführungsformen beschränkt, sie kann vielmehr in jeder beliebigen
Weise modifiziert bzw. verwirklicht werden. Bei den geschilderten Ausführungsformen werden als Isoliermaterial
SiO2 und Ta-O5 verwendet, an deren Stelle können jedoch
auch beliebige andere Oxide, Fluoride und Nitride, z.B. MgF- und Si^N., zum Einsatz gelangen. Darüber hinaus
kann die Ätzung anstatt durch Trockenätzung oder Naßätzung auch durch Sprühätzung in gasförmigem Argon erfolgen.
In den Beispielen 2 und 3 besteht der oberste isolierende Film aus einem isolierenden Polyimid-Photoresistfilm,
es ist jedoch auch möglich, nach Entfernen des Photoresistfilms einen getrennten isolierenden Film
aufzutragen. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, den isolierenden Photoresistfilm zu verwenden. Bei den
«Ο geschilderten Ausführungsformen besteht das Substrat
aus Glas und Silizium, es kann jedoch in gleicher Weise auch aus anderen Materialien^ z.B. keramischen Werkstoffen,
bestehen. Ferner umfaßt in der zuletzt geschilderten Ausführungsform der Chip 4 MR-Elemente, er kann je-
Qc doch auch mindestens zwei übereinander angeordnete MR-
■η-
Elemente enthalten. Es sei darauf hingewiesen, daß der Magnet(meß)fühler auch als "Lesekopf" zum Ablesen von
auf magnetischen Aufzeichnungsmaterialien, z.B. Magnetbändern oder Magnetplatten, aufgezeichneten Informationen
verwendet werden kann. In den Beispielen entsteht die Ätzmaske durch selektive Belichtung des Photoresistfilms
über die Photomaske, man kann jedoch auch einen Resistfilm einsetzen, der durch Bestrahlen mit Elektronenstrahlen
anstelle von Licht gehärtet wird. In einem solchen Falle kann auf Photomasken verzichtet werden.
Da bei Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung die Mustergebung bei den beiden übereinander angeordneten
MR-Elementen im Rahmen eines einzigen Ätzvorgangs
!5 erfolgt, können die Abmessung und Form der beiden MR-Elemente
miteinander genau in Übereinstimmung gebracht werden, so daß auch die magnetischen Eigenschaften der
MR-Elemente miteinander identisch sind. Auf diese Weise läßt sich die Genauigkeit der "Magnetauffindung" erheblieh
verbessern und die Anzahl der Herstellungsstufen klein halten. Da vor Ablagerung des Metallfilms die Seitenwände
des durchgehenden Loches mit dem isolierenden Film abgedeckt werden, läßt sich in höchst wirksamer
Weise ein Kurzschluß vermeiden. Wenn in diesem Falle der isolierende Film aus dem isolierenden Photoresistfilm
besteht, läßt sich das Herstellungsverfahren sehr einfach gestalten. In den Beispielen 2 und 3 erfolgt die
selektive Ätzung in Kombination mit verschiedenen Arten isolierender Materialien, weswegen ein Kurzschluß über
gO möglicherweise vorhandene Löcher vermieden wird. Aus
Beispiel 3 geht hervor, daß sich im Falle, daß das Substrat aus Silizium besteht, die Wärmestrahlungseigenschaften
verbessern lassen. Folglich kann ein größerer Strom durch die MR-Elemente fließen, so daß ein Nachweisausgangssignal
mit hohem Verhältnis S/N Rauschabstand gebildet wird.
Siliziumsubstrate werden auf dem Halbleitergebiet in hohem Maße zum Einsatz gebracht, d.h. Siliziumsubstrate
stehen ohne weiteres in hoher Qualität zur Verfügung. Da - wie Beispiel 3 zeigt - die einzelnen MR-Elemente zwischen
den isolierenden Filmen aus demselben Material ein gebettet sind, lassen sich die magnetischen Eigenschaften
der MR-Elemente weiter verbessern, so daß die "Magnetauffindung" genauer erfolgen kann.
Claims (18)
- PATENTANSPRÜCHEVerfahren zur Herstellung eines Magnet(meß)fühlers mit mindestens zwei übereinanderliegenden und durch eine Isolierschicht getrennten Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einem Substrat nach und nach in der angegebenen Reihenfolge mindestens einen ersten Film mit magnetischer Wider-Standsänderung, einen isolierenden Film und einen zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung ablagert, auf den zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung einen Resistfilm appliziert, selektiv den Resistfilm entsprechend einem gegebenen Muster der herzustellenden Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung entfernt, gleichzeitig den ersten und zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und den isolierenden Film über den Resistfilm ätzt,25. um übereinanderliegende und durch den dazwischenliegenden Isolierfilm getrennte erste und zweite Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung auszubilden, in dem zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und in dem isolierenden Film sich bis zum ersten Film mit magnetischer Widerstandsänderung erstreckende, durchgehende Löcher ausbildet und über die durchgehenden Löcher an den ersten Film mit magnetischer Widerstandsänderung einen elektrischen Anschluß herstellt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den elektrischen Anschluß an den ersten Film mit magnetischer Widerstandsänderung dadurch herstellt, daß man auf den zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung einen isolierenden Film appliziert, in dem isolierenden Film am unteren Ende der durchgehenden Löcher Öffnungen ausbildet, auf dem isolierenden Film einen Metallfilm ablagert und selektiv den Metallfilm entsprechend einem gell 0 gebenen Muster entfernt, um den elektrischen Anschluß an den ersten Film mit magnetischer Widerstandsänderung herzustellen.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ferner gleichzeitig in dem auf den zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung applizierten isolierenden Film an Stellen entsprechend dem elektrischen Anschluß an den zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung Öffnungen ausbildet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den auf den zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung applizierten isolierenden Film aus einer isolierenden Resistmasse herstellt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als isolierende Resistmasse eine isolierende Photoresistmasse verwendet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als isolierende Photoresistmasse ein Polyimid verwendet.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,.!!Λ.1* .=. .Ξ.":..:·..: 33Α3035daß man auf den zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung vor Applikation des Resistfilms einen zweiten isolierenden Film aus einem vom isolierenden Material des ersten isolierenden Films verschiedenen isolierenden Material appliziert, den ersten und zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und den ersten und zweiten isolierenden Film durch eine einzige Ätzbehandlung teilweise entfernt, Teile des zweiten isolierenden Films mit Hilfe eines für den zweiten isolierenden Film selektiven Ätzmittels, das den ersten isolierenden Film nicht angreift, zur Bildung von öffnungen selektiv entfernt und über diese öffnungen an dem zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung einen elektrischen Anschluß herstellt.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten isolierenden Film aus Ta3O5 und den zweiten isolierenden Film aus SiO2 herstellt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus SiO2 bestehenden zweiten isolierenden Film teilweise mit einem Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittel entfernt.
- 10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Metallfilm durch sukzessives Ablagern einer Molybdänschicht und einer Goldschicht ausbildet.
- 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und den isolierenden Film gleichzeitig mit Hilfe eines Trockenätzmittels in Form eines Gasgemischs aus gasförmigem CF4, gas--4-förmigem CCl. und gasförmigem Ο_ ätzt.
- 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und den isolierenden Film gleichzeitig durch Naßätzung mit Hilfe eines Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittels und eines starken Säuregemisch-Ätzmittels ätzt.
- 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und den isolierenden Film durch Sprühätzung in Argongas ätzt.
- 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Substrat nach und nach in der angegebenen Reihenfolge eine erste isolierende Schicht, einen ersten Film mit magnetischer Widerstandsänderung, einen zweiten isolierenden Film, einen dritten isolierenden Film, einen zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und einen vierten isolierenden Film ablagert, diese sechs Filme teilweise durch eine einzige Ätzbehandlung ätzt, um gleichzeitig das erste und zweite Element mit magnetischer Widerstandsänderung auszubilden, in dem vierten isolierenden Film, dem zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und dem dritten isolierenden Film an Stellen entsprechend dem elektrischen Anschluß an das erste Element mit magnetischer Wider-Standsänderung durchgehende Löcher erzeugt, auf dem vierten isolierenden Film einen fünften isolierenden Film ablagert, in dem fünften isolierenden Film am unteren Ende der durchgehenden Löcher und an Stellen entsprechend einem elektrischen Anschluß an das zweite Element mit magnetischer Widerstands--δι änderung öffnungen herstellt, in dem zweiten und vierten isolierenden Film durch diese öffnungen durchgehende Löcher erzeugt, um Teile des ersten und zweiten Films mit magnetischer Widerstandsänderung freizulegen, auf dem fünften isolierenden Film einen Metallfilm ablagert und den Metallfilm selektiv entfernt, um an das erste und zweite Element mit magnetischer Widerstandsänderung einen elektrischen Anschluß herzustellen.
10 - 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den fünften isolierenden Film als isolierenden Resistfilm ausbildet.
- 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man den isolierenden Resistfilm als isolierenden Polyimid-Photoresistfilm ausbildet.
- 17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten und dritten isolierenden Film aus unterschiedlichen Materialien herstellt und die sich bis zum zweiten isolierenden Film erstreckenden durchgehenden Löcher mit Hilfe eines für den dritten isolierenden Film selektiven Ätzmittels, das jedoch den zweiten isolierenden Film nicht angreift, herstellt.
- 18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man als Substrat ein Siliziumsubstrat verwendet.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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