JP2586434B2 - 磁気検出装置 - Google Patents

磁気検出装置

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JP2586434B2 JP63179480A JP17948088A JP2586434B2 JP 2586434 B2 JP2586434 B2 JP 2586434B2 JP 63179480 A JP63179480 A JP 63179480A JP 17948088 A JP17948088 A JP 17948088A JP 2586434 B2 JP2586434 B2 JP 2586434B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気検出手段として基板上に薄膜の強磁性磁
気抵抗素子を形成した磁気検出装置に関する。
〔従来の技術〕
磁気を検出する手段として、強磁性体を主成分とした
強磁性磁気抵抗素子の薄膜を基板上に形成した磁気検出
装置が提案されている。
そのような磁気検出装置は強磁性磁気抵抗素子が磁気
(磁界)を受けることによりその抵抗値が変化する事を
利用して、その磁気の変化を例えば電圧変化として出力
するように構成されている。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記のような磁気検出装置はその出力
信号が非常に小さい為に、一般に別の工程にて形成され
た増幅用IC等の別部品によりその信号を増幅した状態で
出力しているが、依然、ノイズによる影響を受けやすい
ものであり、より磁気感度の高い磁気検出装置が望まれ
ている。
本願発明者達は、そのノイズの発生原因として磁気検
出装置自体に起因するものについて実験的考察を重ねた
結果、強磁性磁気抵抗素子の下地層の表面の表面粗さが
粗いものについては、バルクハウゼンノイズが発生して
いるという事実を見い出した事に基づきなされたもので
あり、その表面粗さを制御する事により磁気感度の高い
磁気検出装置を提供する事を目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成する為に、本発明の磁気検出装置
は、半導体基板と、該半導体基板上に形成される絶縁性
を有する下地層と、該下地層上に所定パターンに形成さ
れるとともに、前記下地層の開口した領域を介して前記
半導体基板と電気接続する配線導体と、前記下地層上に
形成されるとともに、その端部が前記配線導体に覆いか
ぶさることにより前記配線導体に電気接続し、磁界の変
化により抵抗値が変化するNiを主成分とした薄膜の強磁
性磁気抵抗素子と、前記配線導体と電気接続して前記半
導体基板内部に形成され、前記強磁性磁気抵抗素子の抵
抗値変化を信号処理する信号処理回路とを有し、 前記強磁性磁気抵抗素子下の下地層の表面粗さは120
Å以下であり、前記配線導体と前記強磁性磁気抵抗素子
との電気接続部において、前記配線導体の傾斜角が78度
以下であることを特徴としている。
〔作用〕
上記の構成によると、強磁性磁気抵抗素子内の磁区
は、被測定磁気の変化にともなって連続的に移動するよ
うになり、磁区の不連続的な移動によるバルクハウゼン
ノイズを効果的に抑制するようになる。
又、配線導体の傾斜角を78度以下にする事により、断
線故障率が効果的に小さくなる。さらに、配線導体と強
磁性磁気抵抗素子との電気接続部における接触面積が増
すので電気接続部における電気抵抗が減少する。また、
強磁性磁気抵抗素子の抵抗値変化を信号処理する信号処
理回路を半導体基板内部に形成しているので、別部品を
必要とせず実装面積が小さくなる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す断面図であり、信号
処理回路を同一基板内に集積化した例である。図におい
て、1はP型半導体基板であり、その主表面上に公知の
半導体加工技術を用いて、N+型埋込層2、N-型エピタキ
ャル層3、P+型素子分離領域4、P+型拡散領域5、N+
拡散領域6,7を形成している。ここで、N+型埋込層2、N
-型エピタキシャル層3、P+型拡散領域5、及びN+型拡
散領域6,7にて縦形NPNバイポーラトランジスタを構成し
ており、このトランジスタにて後述する強磁性磁気抵抗
素子10からの信号を増幅している。
そして、上述のように加工された基板の主表面上にス
パッタ装置にてシリコン酸化膜8を被覆する。その際、
このシリコン酸化膜8の表面粗さRa(算術平均粗さ)は
デポジション速度を制御する事により120Å以下の例え
ば100Åに制御している。その後、前述のトランジスタ
との電気接続を行う為にこのシリコン酸化膜8にフォト
リソ工程を用いて選択的に開口部を形成する。
そして、全面にAlを蒸着した後、所定のパターンにエ
ッチングして配線導体9を形成する。その際、この配線
導体9の後述する強磁性磁気抵抗素子10との接続部分の
端面9aにおける傾斜角θは湿式テーパーエッチングを行
う事により78度以下の例えば50度に形成する。尚、傾斜
角θは第4図は部分的断面図に示すように、シリコン酸
化膜8の表面と端面9aとの間になす角度をもって定義す
る。
その後、前記接続部分及びシリコン酸化膜8上にFe,C
oを含み、Niを主成分とした強磁性体薄膜、即ち、Ni−F
e,Ni−Coの薄膜から成る強磁性磁気抵抗素子10を厚さ10
00Åになるように蒸着し、引き続きエッチングする事に
より所定パターンに形成する。そして、この上から表面
保護膜11を形成し、導通用端子部のみこの表面保護膜11
をエッチングして開口部を設けた後、適当な熱処理を施
して、本実施例の磁気検出装置を構成する。
そこで本実施例によると、被測定磁気に応じて強磁性
磁気抵抗素子10の抵抗値が変化するので、その変化を例
えば電圧変化として同一基板内に形成した処理回路、例
えば前述したトランジスタに送り、その信号を増幅した
状態で後段の回路に出力するようにしており、その際、
従来技術のように別部品を必要としないので、実装面積
を小さくできるとともに、各々の部品を接続する為のボ
ンディングワイヤ等の配線を簡略化することができる。
そして、強磁性磁気抵抗素子10の下地層、つまり本実
施例の場合、シリコン酸化膜8の表面粗さが100Åにな
るように形成しているので、第2図の表面粗さとバルク
ハウゼンノイズ発生率との関係をあらわす特性図に示す
ように、バルクハウゼンノイズ発生率をほぼ0%にする
事ができ、磁気感度を高くする事ができるので、S/N比
の改善がはかられる。ここで、第2図に示す特性は、第
5図に示すように強磁性磁気抵抗素子10を直線状のパタ
ーンに形成し、その両端に電圧を印加することにより、
電流Iを流しておき、その状態にて電流Iの流れる方向
に対して直角な方向より磁界Hを印加することにより、
強磁性磁気抵抗素子10の抵抗値を検出することにより測
定した。尚、実験は横河電機製XYレコーダ:YEWを用い、
常温(25±2℃)、I=1mAの条件にて行った。この測
定結果が第6図中実線にて示す特性であり、バルクハウ
ゼンノイズが発生すると同図中点線にて示すように、実
線からずれたノイズ成分Aが現れる。このノイズ成分A
の有無の頻度を検出して、最終的にノイズ発生率を求め
た。尚、第2図中においてノイズ発生率が0%というの
は、本実験で使用したXYレコーダが、最大出力パルス
(100%)の0.5%以下が限界分解能であるためにそれを
もって定義した。第2図からわかるように表面粗さは12
0Å以下であれば本実施例と同様にバルクハウゼンノイ
ズの発生を効果的に抑制できるものであり、本発明では
表面粗さの下限値をあえて限定していないが、その値は
表面粗さの加工制限限界値とすればよい。
尚、表面粗さが120Å以上であるとバルクハウゼンノ
イズが発生する理由は、下地層の表面粗さが粗いと強磁
性磁気抵抗素子10の下地層側の下面が、この下地層の表
面粗さを承継して粗くなり、それによって強磁性磁気抵
抗素子10の磁区が異形化してしまい、内部応力が加わっ
てしまう。その結果、強磁性体の異方性分散が大きくな
り、被測定磁気の変化にともなって磁区の磁壁が不連続
的に移動するためにノイズが急激に増加し、強磁性磁気
抵抗素子10の出力に歪が生じるものと考える。従って、
バルクハウゼンノイズの発生を抑制するためには強磁性
磁気抵抗素子10の下面の粗さを制御すれば良いものであ
るが、その粗さは前述のように実質的に下地層の粗さを
承継しているので、この下地層の表面粗さを制御すれば
良いのである。又、第2図は強磁性磁気抵抗素子10とし
てNi−Feから成るものについての特性であるが、Ni−Co
から成るものについてもほとんど同じ特性になる。この
ことは、Ni−Feの組成比が83:17,Ni−Coの組成比が76:2
4(両者とも±2%の誤差、単位wt%)であり、両者共
に強磁性の性質が強いNiを主成分として有しており、
又、膜の磁区構造が同じであることから明らかである。
さらに本実施例によると、配線導体9の強磁性磁気抵
抗素子10との接続部分における傾斜角θが50度になるよ
うに形成しているので、第3図の傾斜角θと強磁性磁気
抵抗素子10の断線故障率との関係図に示すように、断線
故障率をほぼ0%にする事ができる。ここで、強磁性磁
気抵抗素子10の薄膜は通常500〜1000Åの厚さにて形成
され、厚くしてもせいぜい2000Å程度であり、非常に薄
い膜であり、配線導体9との接続部分における段差によ
り断線しやすいが、第3図に示すように配線導体9の傾
斜角θを78度以下にする事により、断線故障率を効果的
に小さくできる。尚、配線導体9の材質はAl以外に、Al
中にCu,Si等の不純物を入れたもの、Au,Cu等であっても
同様である。
以上、本発明を一実施例を用いて説明したが、本発明
はそれに限定される事なく、その主旨を逸脱しない限り
例えば以下に示す如く種々変形可能である。
本発明で言う下地層としては、シリコン酸化膜8以
外の他の絶縁膜であってもよい。この下地層について、
シリコン窒化膜およびガラス(コーニング社製#7059)
にてそれぞれ実験を行ったが、第2図に示す特性はほと
んど変化しない。又、本発明で言う基板としては、半導
体基板以外に絶縁基板であってもよく、その場合、この
絶縁製基板上に直接的に強磁性磁気抵抗素子を形成して
もよい。
上記実施例において、同一基板内に形成する信号処
理回路としては、増幅回路以外のものを形成してもよ
く、例えば、本発明の磁気検出装置を回転制御等に使用
する場合にはシュミットトリガ回路等のヒステリシス回
路を形成してもよい。
上記実施例においては、シリコン酸化膜8の表面粗
さの制御はデポジション速度を制御する事により行って
いるが、これは研磨によっても行う事ができる。この場
合には、シリコン酸化膜8を形成する前の半導体基板表
面を、研磨により例えば表面粗さRa=20〜30Åにしてお
き、その後、その表面に対して熱酸化によるシリコン酸
化膜8を形成すれば、このシリコン酸化膜8の表面は、
半導体基板の表面粗さをある程度承継して、Ra=100Å
程度に制御することができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によると、強磁性磁気抵抗
素子の下地層の表面粗さを120Å以下としているので、
ノイズの発生を効果的に抑制でき、磁気感度が高く、S/
N比が大きい特性の良い磁気検出装置を提供できるとい
う効果がある。
又、配線導体の傾斜角を78度以下にする事により、強
磁性磁気抵抗素子の断線故障率を効果的に小さくでき
る。さらに、配線導体と強磁性磁気抵抗素子との電気接
続部における接触面積が増すので電気接続部における電
気抵抗を減少することができる。また、強磁性磁気抵抗
素子の抵抗値変化を信号処理する信号処理回路を半導体
基板内部に形成しているので、別部品を必要とせず実装
面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は表面
粗さとバルクハウゼンノイズ発生率との関係をあらわす
特性図、第3図は傾斜角θと強磁性磁気抵抗素子の断線
故障率との関係図、第4図は第1図中の部分的断面図、
第5図は第2図における特性の測定状態を表す図、第6
図は磁界強度と抵抗値との関係を表す図である。 1……P型半導体基板,8……シリコン酸化膜,9……配線
導体,10……強磁性磁気抵抗素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒砂 俊和 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−46079(JP,A) 特開 昭62−131589(JP,A) 特開 昭53−34484(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板と、 該半導体基板上に形成される絶縁性を有する下地層と、 該下地層上に所定パターンに形成されるとともに、前記
    下地層の開口した領域を介して前記半導体基板と電気接
    続する配線導体と、 前記下地層上に形成されるとともに、その端部が前記配
    線導体に覆いかぶさることにより前記配線導体に電気接
    続し、磁界の変化により抵抗値が変化するNiを主成分と
    した薄膜の強磁性磁気抵抗素子と、 前記配線導体と電気接続して前記半導体基板内部に形成
    され、前記強磁性磁気抵抗素子の抵抗値変化を信号処理
    する信号処理回路とを有し、 前記強磁性磁気抵抗素子下の下地層の表面粗さは120Å
    以下であり、前記配線導体と前記強磁性磁気抵抗素子と
    の電気接続部において、前記配線導体の傾斜角が78度以
    下であることを特徴とする磁気検出装置。
JP63179480A 1987-08-21 1988-07-19 磁気検出装置 Expired - Lifetime JP2586434B2 (ja)

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