JP6215001B2 - 磁気抵抗素子、磁気センサ装置および磁気抵抗素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に磁気抵抗膜が形成された磁気抵抗素子、該磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置、および当該磁気抵抗素子の製造方法に関するものである。

固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダでは、例えば、回転体の側にマグネットを設け、固定体の側に磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置が設けられる。かかる磁気抵抗素子では、基板の一方面にＮｉ−Ｆｅ等からなる磁気抵抗膜が形成されており、磁気抵抗膜によって構成した２相（Ａ相およびＢ相）のブリッジ回路から出力された出力に基づいて、回転体の角度速度や角度位置等を検出する（例えば、特許文献１参照）。

かかる磁気抵抗素子を製造するには、真空チャンバ内で基板を加熱した状態で基板の一方面に磁気抵抗膜を形成した後、磁気抵抗膜をパターニングする。かかる製造方法において、磁気抵抗膜の表面が空気と接触して酸化すると、酸化膜の厚さ分、磁気抵抗膜が薄くなってしまい、磁気抵抗効果による抵抗変化率が低下してしまう。特に、磁気抵抗素子の感度を高めるには、磁気抵抗膜を薄く形成するため、酸化膜の形成に起因する抵抗変化率の低下は大きな問題となってしまう。そこで、真空チャンバ内に窒素ガスを導入して磁気抵抗膜の温度や真空チャンバ内の温度を低下させてから、真空チャンバを大気開放し、基板を真空チャンバから取り出している。しかしながら、上記の方法を採用しても、磁気抵抗膜の表面が酸化することを十分に防止することができない。

一方、磁気抵抗膜のパターニングに用いたレジストマスクを酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いたプラズマアッシングにより除去する際に磁気抵抗膜の表面が酸化することを防止する技術が提案されている。かかる技術では、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ等の磁気抵抗膜の表面に非磁性金属からなるバリア層を積層した後、レジストマスクを形成し、磁気抵抗膜およびバリア層を一括してパターニングする（特許文献２参照）。また、特許文献２では、磁気抵抗膜の膜厚とバリア層の膜厚とが同等であるため、バリア層にＭｏ−Ｓｉ，Ｔｉ−Ｗ，Ｔｉ−Ｎ等を用いることにより、バリア層の抵抗を磁気抵抗膜の抵抗より大としている。

特開２０１２−１１８０００号公報 特開２００９−１０５２０８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の構成のように、磁気抵抗膜の膜厚とバリア層の膜厚とが同等である場合、バリア層として、比抵抗値が大きな非磁性金属を用いる必要がある等、制約が大きい。また、バリア層の膜厚が厚い場合には、非抵抗値が大きな非磁性金属材料によってバリア層を形成しても、バリア層の抵抗が小さくなってしまい、磁気抵抗効果による抵抗変化率が低下してしまう。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、バリア層によって磁気抵抗膜表面の酸化を防止した場合でも、磁気抵抗効果による抵抗変化率が高い磁気抵抗素子、該磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置、および当該磁気抵抗素子の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る磁気抵抗素子は、基板と、前記基板の一方面側に形成された磁気抵抗膜と、該磁気抵抗膜の前記基板と反対側の面に当該磁気抵抗膜と同一パターンをもって積層され、当該磁気抵抗膜より膜厚が薄い非磁性金属膜からなるバリア層と、を有し、前記バリア層は、アルミニウムを主成分とすることを特徴とする。

本発明に係る磁気抵抗素子の製造方法は、基板の一方面側に磁気抵抗膜を形成する磁気抵抗膜形成工程と、前記磁気抵抗膜を酸化性雰囲気と接触させずに前記磁気抵抗膜の表面に当該磁気抵抗膜より膜厚が薄い非磁性金属膜からなるバリア層を形成するバリア層形成工程と、前記バリア層の表面にエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、前記バリア層の表面に前記エッチングマスクを形成した状態で前記磁気抵抗膜および前記バリア層をエッチングするエッチング工程と、前記エッチングマスクを除去するエッチングマスク除去工程と、を有し、前記バリア層は、アルミニウムを主成分とすることを特徴とする。

本発明では、磁気抵抗膜を形成した後、磁気抵抗膜を酸化性雰囲気と接触させずに、磁気抵抗膜の表面にバリア層を積層し、この状態で、磁気抵抗膜およびバリア層を形成する。このため、磁気抵抗膜の表面が酸化することを防止することができる。このため、抵抗変化率を向上することができる。また、バリア層の膜厚は、磁気抵抗膜の膜厚よりも薄いため、バリア層に用いる非磁性材料に大きな制約を加えなくても、バリア層の抵抗が大きい。このため、磁気抵抗膜にバリア層を積層した場合でも、抵抗変化率への悪影響を防止することができ、酸化防止に起因する利点を活かすことができる。それ故、バリア層によ
って磁気抵抗膜表面の酸化を防止した場合でも、磁気抵抗効果による抵抗変化率が高い磁気抵抗素子を得ることができる。また、バリア層は、アルミニウムを主成分とするため、比較的安価な非磁性金属によってバリア層を形成することができる。

本発明において、前記バリア層の厚さは、０．５ｎｍから２．０ｎｍであることが好ましい。本発明において、前記バリア層の厚さは、１．０ｎｍであることが好ましい。かかる膜厚であれば、バリア層に用いる非磁性材料の種類にかかわらず、バリア層の抵抗が大きい。このため、磁気抵抗膜にバリア層を積層した場合でも、抵抗変化率への悪影響を防止することができ、酸化防止に起因する利点を活かすことができる。

本発明において、前記基板には、前記バリア層と同一の金属材料からなる機能層が形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、バリア層を追加しても、基板上に形成する金属材料の種類が変わらない。従って、機能層の形成に用いたターゲットを用いてバリア層を形成することができる。

本発明において、前記磁気抵抗膜の厚さは、１０ｎｍから８０ｎｍであることが好ましい。

本発明を適用した磁気抵抗素子は、磁気センサ装置等に用いられる。

本発明において、前記磁気抵抗膜形成工程を真空チャンバ内で行った後、当該真空チャンバ内に酸化性ガスを導入せずに当該真空チャンバ内で前記バリア層形成工程を行うことが好ましい。

本発明において、前記磁気抵抗膜形成工程を行った後、非酸化雰囲気中で前記磁気抵抗膜形成工程での前記磁気抵抗膜の成膜温度より高い温度で当該磁気抵抗膜を加熱するアニール工程を行うことが好ましい。かかる構成によれば、抵抗変化率を向上することができる。また、バリア層がない状態でアニール工程を行うと、抵抗変化率にヒステリシスが発生するが、本発明では、バリア層が設けられているため、アニール工程によって抵抗変化率を向上させても、抵抗変化率にヒステリシスが発生することを抑制することができる。

本発明において、前記アニール工程は、前記エッチングマスク除去工程の後に行うことが好ましい。かかる構成によれば、磁気抵抗膜の上層にバリア層を形成し、かつ、磁気抵抗膜およびバリア層をパターニングした後にアニール工程を行うので、磁気抵抗膜の歪等を効率よく減少させることができる。

本発明では、磁気抵抗膜を形成した後、磁気抵抗膜を酸化性雰囲気と接触させずに、磁気抵抗膜の表面にバリア層を積層し、この状態で、磁気抵抗膜およびバリア層を形成する。このため、磁気抵抗膜の表面が酸化することを防止することができる。このため、抵抗変化率を向上することができる。また、バリア層の膜厚は、磁気抵抗膜の膜厚よりも薄いため、バリア層に用いる非磁性材料に大きな制約を加えなくても、バリア層の抵抗が大きい。このため、磁気抵抗膜にバリア層を積層した場合でも、磁気抵抗効果による抵抗変化率の低下を抑制することができる。

本発明を適用した磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置、およびロータリエンコーダの原理を示す説明図である。 本発明を適用した磁気抵抗素子の磁気抵抗膜の電気的な接続構造の説明図である。 本発明を適用した磁気抵抗素子の説明図である。 本発明を適用した磁気抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。 本発明を適用した磁気センサ装置の制御部に構成した温度制御部の概略構成を示す説明図である。 本発明を適用した磁気抵抗素子の抵抗変化率に関する評価結果を示すグラフである。 本発明を適用した磁気抵抗素子の磁気抵抗効果のヒステリシスを示すグラフである。 比較例に係る磁気抵抗素子の磁気抵抗効果のヒステリシスを示すグラフである。 本発明を適用した別の磁気抵抗素子の磁気抵抗効果のヒステリシスを示すグラフである。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気抵抗素子、磁気センサ装置、およびロータリエンコーダの実施の形態を説明する。なお、ロータリエンコーダにおいて、固定体に対する回転体の回転を検出するにあたっては、固定体にマグネットを設け、回転体に磁気抵抗素子を設けた構成、および固定体に磁気抵抗素子を設け、回転体にマグネットを設けた構成のいずれの構成を採用してもよいが、以下の説明では、固定体に磁気センサ装置を設け、回転体にマグネットを設けた構成を中心に説明する。

（磁気センサ装置の構成）
図１は、本発明を適用した磁気抵抗素子４を備えた磁気センサ装置１０、およびロータリエンコーダ１の原理を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は磁気抵抗素子４等に対する信号処理系の説明図、磁気抵抗素子４から出力される信号の説明図、およびかかる信号と回転体２の角度位置（電気角）との関係を示す説明図である。図２は、本発明を適用した磁気抵抗素子４の磁気抵抗膜４１〜４４の電気的な接続構造の説明図である。

図１に示すロータリエンコーダ１は、固定体（図示せず）に対する回転体２の軸線周り（回転軸線周り）の回転を磁気センサ装置１０によって磁気的に検出する装置であり、固定体は、モータ装置のフレーム等に固定され、回転体２は、モータ装置の回転出力軸等に連結された状態で使用される。回転体２の側には、Ｎ極とＳ極とが周方向において１極ずつ着磁された着磁面２１を回転軸線方向Ｌの一方側に向けるマグネット２０が保持されており、マグネット２０は回転体２と一体に回転軸線周りに回転する。

固定体の側には、マグネット２０の着磁面２１に対して回転軸線方向Ｌの一方側で対向する磁気抵抗素子４、および後述する処理を行う制御部９０等を備えた磁気センサ装置１０が設けられている。また、磁気センサ装置１０は、マグネット２０に対向する位置に、第１ホール素子６１と、第１ホール素子６１に対して周方向において機械角で９０°ずれた箇所に位置する第２ホール素子６２とを備えている。

磁気抵抗素子４は、基板４０と、マグネット２０の位相に対して互いに９０°の位相差を有する２相の磁気抵抗膜（Ａ相（SIN）の磁気抵抗膜、およびＢ相（COS）の磁気抵抗膜）とを備えた磁気抵抗素子である。かかる磁気抵抗素子４において、Ａ相の磁気抵抗膜は、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋Ａ相（SIN+）の磁気抵抗膜４３、および−Ａ相（SIN-）の磁気抵抗膜４１を備えており、Ｂ相の磁気抵抗膜は、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋Ｂ相（COS+）の磁気抵抗膜４４、および−Ｂ相（COS-）の磁気抵抗膜４２を備えている。

＋Ａ相の磁気抵抗膜４３および−Ａ相の磁気抵抗膜４１は、図２（ａ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端がＡ相用の電源端子ＶｃｃＡに接続され、他方端がＡ相用のグランド端子ＧＮＤＡに接続されている。＋Ａ相の磁気抵抗膜４３の中点位置には、＋Ａ相が出力される出力端子＋Ａが設けられ、−Ａ相の磁気抵抗膜４１の中点位置には、−Ａ相が出力される出力端子−Ａが設けられている。また、＋Ｂ相の磁気抵抗膜４４および−Ｂ相の磁気抵抗膜４２も、＋Ａ相の磁気抵抗膜４４および−Ａ相の磁気抵抗膜４１と同様、図２（ｂ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端がＢ相用の電源端子ＶｃｃＢに接続され、他方端がＢ相用のグランド端子ＧＮＤＢに接続されている。＋Ｂ相の磁気抵抗膜４４の中点位置には、＋Ｂ相が出力される出力端子＋Ｂが設けられ、−Ｂ相の磁気抵抗膜４２の中点位置には、−Ｂ相が出力される出力端子−Ｂが設けられている。なお、図２では便宜上、Ａ相用の電源端子ＶｃｃＡおよびＢ相用の電源端子ＶｃｃＢの各々を記載したが、Ａ相用の電源端子ＶｃｃＡとＢ相用の電源端子ＶｃｃＢとが共通になっていてもよい。また、図２では便宜上、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡおよびＢ相用のグランド端子ＧＮＤＢの各々を記載したが、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡとＢ相用のグランド端子ＧＮＤＢとが共通になっていてもよい。

本形態の磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１において、磁気抵抗素子４、第１ホール素子６１、および第２ホール素子６２に対しては、増幅回路９１、９２、９５、９６や、これらの増幅回路９１、９２、９５、９６から出力される正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓに補間処理や各種演算処理を行うＣＰＵ（演算回路）等を備えた制御部９０が構成されており、磁気抵抗素子４、第１ホール素子６１、および第２ホール素子６２からの出力に基づいて、固定体に対する回転体２の回転角度位置が求められる。

より具体的には、ロータリエンコーダ１において、回転体２が１回転すると、磁気抵抗素子４からは、図１（ｂ）に示す正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが２周期分、出力される。従って、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓを増幅回路９１、９２により増幅した後、制御部９０において、図１（ｃ）に示すリサージュ図を求め、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、回転出力軸の角度位置θが分かる。また、本形態では、マグネット２０の中心からみて９０°ずれた位置に第１ホール素子６１および第２ホール素子６２が配置されている。このため、第１ホール素子６１および第２ホール素子６２の出力の組合せにより、現在位置が正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓのいずれの区間に位置するかが分かる。従って、ロータリエンコーダ１は、磁気抵抗素子４での検出結果、第１ホール素子６１での検出結果、および第２ホール素子６２での検出結果に基づいて回転体２の絶対角度位置情報を生成することができ、アブソリュート動作を行うことができる。

（磁気抵抗素子４の平面構成）
図３は、本発明を適用した磁気抵抗素子４の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は磁気抵抗素子４の平面構成を示す説明図、および断面構成を示す説明図である。なお、図３（ｂ）では、磁気抵抗膜４１〜４４、温度監視用抵抗膜４７（機能層）、および加熱用抵抗膜４８（機能層）の層構造を模式的に示してある。また、図３（ａ）では、温度監視用抵抗膜４７については右下がりの斜線を付し、加熱用抵抗膜４８については右上がりの斜線を付してある。

図３（ａ）に示すように、本形態の磁気センサ装置１０およびロータリエンコーダ１において、磁気抵抗素子４は、基板４０と、基板４０の一方面４０ａに形成された磁気抵抗膜４１〜４４とを備えており、磁気抵抗膜４１〜４４は、互いに折り返しながら延在している部分によって、基板４０の中央に円形の感磁領域４５を構成している。本形態において、基板４０は四角形の平面形状を有するシリコン基板である。

磁気抵抗膜４１〜４４からは配線部分が一体に延在しており、配線部分の端部には、Ａ相用の電源端子ＶｃｃＡ、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡ、＋Ａ相出力用の出力端子＋Ａ、−Ａ相出力用の出力端子−Ａ、Ｂ相用の電源端子ＶｃｃＢ、Ｂ相用のグランド端子ＧＮＤＢ、＋Ｂ相出力用の出力端子＋Ｂ、および−Ｂ相出力用の出力端子−Ｂが設けられている。

また、本形態の磁気抵抗素子４では、基板４０の一方面４０ａ側に温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８が形成されている。ここで、加熱用抵抗膜４８は、基板４０の辺に沿って四角枠状に延在して閉ループを構成した状態で、磁気抵抗膜４１〜４４が形成されている領域の全体を囲んでいる。このため、加熱用抵抗膜４８と磁気抵抗膜４１〜４４とは、基板４０の面内方向でずれた領域に形成されており、平面視で重なっていない。また、加熱用抵抗膜４８の相対向する２つの辺部分の一方からは配線部分４８１が延在し、その端部には、加熱用抵抗膜４８に対する給電用の電源端子ＶｃｃＨが形成されている。これに対して、２つの辺部分の他方から延在する配線部分４８２の端部は、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡに接続している。このため、Ａ相用のグランド端子ＧＮＤＡは、加熱用抵抗膜４８に対するグランド端子ＧＮＤＨとしても利用されている。ここで、配線部分４８１と加熱用抵抗膜４８との接続位置と、配線部分４８２と加熱用抵抗膜４８との接続位置は、感磁領域４５に対して点対称位置にある。このため、配線部分４８１と加熱用抵抗膜４８との接続位置から配線部分４８２と加熱用抵抗膜４８との接続位置に向かって右回りした際の加熱用抵抗膜４８の長さと、配線部分４８１と加熱用抵抗膜４８との接続位置から配線部分４８２と加熱用抵抗膜４８との接続位置に向かって左回りした際の加熱用抵抗膜４８の長さが等しい。

温度監視用抵抗膜４７は、加熱用抵抗膜４８の内側領域のうち、加熱用抵抗膜４８の４つの角の１つの角付近に設けられており、感磁領域４５と加熱用抵抗膜４８との間に位置する。温度監視用抵抗膜４７は、複数回、折り返しながら延在した平面形状になっている。このため、占有面積が狭くても、温度監視用抵抗膜４７を長く形成することができる。ここで、温度監視用抵抗膜４７は、磁気抵抗膜４４の配線部分と部分的に重なっているが、感磁領域４５とは基板４０の面内方向でずれた領域に形成されており、感磁領域４５とは重なっていない。温度監視用抵抗膜４７一方の端部には、温度監視用の電源端子ＶｃｃＳが形成されている。また、温度監視用抵抗膜４７の他方の端部は、Ｂ相用のグランド端子ＧＮＤＢに接続している。このため、Ｂ相用のグランド端子ＧＮＤＢは、温度監視用抵抗膜４７に対するグランド端子ＧＮＤＳとしても利用されている。

（磁気抵抗素子４の断面構成）
図３（ｂ）に示すように、本形態の磁気抵抗素子４において、基板４０の一方面４０ａには、シリコン酸化膜からなる第１絶縁膜５１、シリコン酸化膜からなる第２絶縁膜５２、およびポリイミド樹脂等からなる第３絶縁膜５３が順に形成されている。

ここで、磁気抵抗膜４１〜４４は、基板４０と第１絶縁膜５１との層間に形成されている。温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８は、第１絶縁膜５１と第２絶縁膜５２との層間に形成されている。このため、磁気抵抗膜４１〜４４は、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８とは第１絶縁膜５１を介して別の層に形成され、温度監視用抵抗膜４７と加熱用抵抗膜４８とは同一の層に形成されている。

なお、磁気抵抗膜４１〜４４および加熱用抵抗膜４８が基板４０と第１絶縁膜５１との層間に形成され、温度監視用抵抗膜４７が第１絶縁膜５１と第２絶縁膜５２との層間に形成されている構成等を採用してもよい。

本形態において、磁気抵抗膜４１〜４４は蒸着法により形成されたＮｉ−Ｆｅ膜、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ等の磁性膜である。温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８はいずれも、蒸着法により形成された非磁性膜であり、チタン（Ｔｉ）膜、Ｔｉ合金膜、アルミニウム（Ａｌ）膜、Ａｌ合金膜等、チタンやアルミニウムを主成分とする膜からなる。本形態において、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８はＴｉ膜からなる。

（バリア層の構成）
図３（ｂ）に示すように、本形態の磁気抵抗素子４において、磁気抵抗膜４１〜４４の表面（基板４０と反対側の面）には、磁気抵抗膜４１〜４４と同一パターンをもってバリア層７１〜７４が積層されている。バリア層７１〜７４は、磁気抵抗膜４１〜４４より膜厚が薄い非磁性金属膜からなる。例えば、バリア層７１〜７４は、Ａｌ膜、Ａｌ合金膜等、アルミニウムを主成分とする膜からなる。また、磁気抵抗膜４１〜４４の厚さは、例えば、１０ｎｍから８０ｎｍであり、バリア層７１〜７４の厚さは、例えば、０．５ｎｍから２．０ｎｍである。本形態において、バリア層７１〜７４の厚さは１．０ｎｍである。

ここで、バリア層７１〜７４は、図４を参照して説明する方法で磁気抵抗素子４を製造する際、磁気抵抗膜４１〜４４の表面が酸化されることを防止する機能を有している。

（磁気抵抗素子４の製造方法）
図４は、本発明を適用した磁気抵抗素子４の製造方法を示す工程断面図である。本形態の磁気抵抗素子４を製造するには、まず、図４（ａ）に示すように、基板４０を準備した後、図４（ｂ）に示す磁気抵抗膜形成工程において、基板４０を蒸着用の真空チャンバ内に搬入する。次に、真空チャンバ内を真空状態とするとともに、基板４０を３００℃から４００℃の温度、例えば、３５５℃の温度に加熱し、この状態で、Ｎｉ−Ｆｅ膜、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ等の磁性膜からなる磁気抵抗膜４９を蒸着法により形成する。磁気抵抗膜４９の膜厚は、例えば、１０ｎｍから８０ｎｍであり、本形態において、磁気抵抗膜４９の膜厚は３５ｎｍである。

次に、図４（ｃ）に示すバリア層形成工程では、磁気抵抗膜４９を酸化性雰囲気と接触させずに磁気抵抗膜４９の表面に磁気抵抗膜４９より膜厚が薄い非磁性金属膜からなるバリア層７９を蒸着法により形成する。より具体的には、磁気抵抗膜４９を形成した真空チャンバの内部に大気（酸化性雰囲気）を導入せずに真空状態のままとするとともに、基板４０を真空チャンバから搬出せずに、蒸着材料のみ変更し、磁気抵抗膜４９の表面にバリア層７９を形成する。バリア層７１〜７４は、アルミニウムを主成分とする膜からなる。また、バリア層７９の厚さは、例えば、０．５ｎｍから２．０ｎｍであり、本形態において、バリア層７９の厚さは１．０ｎｍである。

次に、磁気抵抗膜４９およびバリア層７９を形成した基板４０を真空チャンバから搬出した後、図４（ｄ）に示すマスク形成工程を行う。マスク形成工程では、バリア層７９の表面に感光性樹脂を塗布した後、露光、現像し、磁気抵抗膜４１〜４４を形成すべき位置にレジストマスクからなるエッチングマスク８９を形成する。

次に、図４（ｅ）に示すエッチング工程では、バリア層７９の表面にエッチングマスク８９を形成した状態で磁気抵抗膜４９およびバリア層７９をエッチングする。その結果、磁気抵抗膜４９は磁気抵抗膜４１〜４４にパターニングされ、バリア層７９はバリア層７１〜７４にパターニングされる。かかるエッチング工程では、ドライエッチングおよびウエットエッチングのいずれを用いてもよい。

次に、図４（ｆ）に示すエッチングマスク除去工程を行い、エッチングマスク８９を除去する。かかるエッチングマスク除去工程では、酸素ガスを含むガスを利用したプラズマアッシング、およびウエットアッシングのいずれを用いてもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜からなる第１絶縁膜５１を形成した後、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８を形成し、その後、シリコン酸化膜からなる第２絶縁膜５２、およびポリイミド樹脂等からなる第３絶縁膜５３を順に形成する。本形態では、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８を形成する際には、Ｔｉ膜、Ｔｉ合金膜、Ａｌ膜、Ａｌ合金膜等、チタンやアルミニウムを主成分とする膜を蒸着法により形成した後、レジストマスクを用いて、パターニングする。

また、本形態では、図４（ｂ）に示す磁気抵抗膜形成工程を行った後、非酸化雰囲気中で磁気抵抗膜形成工程での磁気抵抗膜４９の成膜温度より高い温度、例えば、３８５℃の温度で約３０分間、磁気抵抗膜４９（磁気抵抗膜４１〜４４）を加熱するアニール工程を行うことが好ましい。本形態では、エッチングマスク除去工程を行った後、第１絶縁膜５１を形成する前にアニール工程を行う。

（磁気抵抗素子４の温度調節）
図５は、本発明を適用した磁気センサ装置１０の制御部９０に構成した温度制御部の概略構成を示す説明図である。

図５に示すように、本形態の磁気センサ装置１０の制御部９０には、温度監視用抵抗膜４７の抵抗変化に基づいて加熱用抵抗膜４８への給電を制御する温度制御部が構成されている。より具体的には、温度監視用抵抗膜４７の温度監視用の電源端子ＶｃｃＳには抵抗８１が接続されており、抵抗８１において温度監視用抵抗膜４７が接続されている側と反対側は電源端子ＶｃｃＳ0に接続されている。温度監視用抵抗膜４７において抵抗８１が接続されている側と反対側には温度監視用のグランド端子ＧＮＤＳが設けられており、温度監視用抵抗膜４７と抵抗８１は、電源端子ＶｃｃＳ0とグランド端子ＧＮＤＳとの間で直列に接続されている。

加熱用抵抗膜４８の加熱用の電源端子ＶｃｃＨにはバイポーラトランジスタからなるスイッチング素子８３が接続されており、スイッチング素子８３において加熱用抵抗膜４８が接続されている側と反対側は電源端子ＶｃｃＨ0に接続されている。加熱用抵抗膜４８においてスイッチング素子８３が接続されている側と反対側には加熱用のグランド端子ＧＮＤＨが設けられており、加熱用抵抗膜４８とスイッチング素子８３とは、電源端子ＶｃｃＨ0とグランド端子ＧＮＤＨとの間で直列に接続されている。

ここで、温度監視用抵抗膜４７と抵抗８１との間は、オペアンプ８２の一方の端子に入力されており、オペアンプ８２の他方の端子にはスイッチング素子８３をオンオフするための閾値となる電圧Voが入力されている。この状態で、基板４０の温度が下がると、温度監視用抵抗膜４７の抵抗値が低下し、抵抗８１とで分圧された接続点の電圧が下がる。そのときオペアンプ８２の他方の端子に入力されている閾値Voより低くなるとオペアンプ８２がオン状態となりスイッチング素子８３をオンするので加熱用抵抗膜４８へ給電される。

この状態で、基板４０の温度が上がると、温度監視用抵抗膜４７の抵抗値が上昇し、抵抗８１との接続点の電圧が上昇する。そのときオペアンプ８２の他方の端子に入力されている閾値Voより高くなるとオペアンプ８２がオフ状態となりスイッチング素子８３をオフするので加熱用抵抗膜４８への給電が停止される。それ故、磁気抵抗素子４（磁気抵抗膜４１〜４４）の温度は、温度監視用抵抗膜４７および抵抗８１の抵抗値等によって規定された所定の温度に維持される。

（評価結果）
図６は、本発明を適用した磁気抵抗素子４の抵抗変化率に関する評価結果を示すグラフであり、図６（ａ）、（ｂ）は、バリア層７１〜７４としてアルミニウム膜を用いた場合のアルミニウム膜の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、およびバリア層７１〜７４としてアルミニウム膜を用いた場合のアニール時間と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。なお、図６（ａ）では、アニール工程を行わなかった場合の結果を点線Ｌ０で示し、アニール工程（温度＝３８５℃、時間＝約３０分間）を行った場合の結果を実線Ｌ１で示してある。

図７は、本発明を適用した磁気抵抗素子４の磁気抵抗効果のヒステリシスを示すグラフであり、図７（ａ）、（ｂ）は、バリア層７１〜７４として膜厚が１．０ｎｍアルミニウム膜を用い、アニール工程を行わなかった場合のグラフ、およびバリア層７１〜７４として膜厚が１．０ｎｍアルミニウム膜を用い、アニール工程（温度＝３８５℃、時間＝約３０分間）を行った場合のグラフである。

図８は、比較例に係る磁気抵抗素子４の磁気抵抗効果のヒステリシスを示すグラフであり、図８（ａ）、（ｂ）は、バリア層７１〜７４を形成せずにアニール工程を行わなかった場合のグラフ、およびバリア層７１〜７４を形成せずにアニール工程（温度＝３８５℃、時間＝約３０分間）を行った場合のグラフである。

図９は、本発明を適用した別の磁気抵抗素子４の磁気抵抗効果のヒステリシスを示すグラフであり、バリア層７１〜７４として膜厚が１．０ｎｍチタン膜を用い、アニール工程（温度＝３８５℃、時間＝約３０分間）を行った場合のグラフである。

なお、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、磁束密度が０ｍＴのときの抵抗値を基準にしてある。また、図７、図８および図９は、磁束密度を０ｍＴ、−１５ｍＴ、０ｍＴ、＋１５ｍＴ、０ｍＴに変化させたときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を示してある。

まず、図６（ａ）から分かるように、バリア層７１〜７４を設けた場合、アニール工程の有無にかかわらず、バリア層７１〜７４を設けない場合（Ａｌ膜膜厚が０ｎｍ）に比して抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなる。但し、バリア層７１〜７４が厚すぎると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下していくことから、バリア層７１〜７４の厚さは、０．５ｎｍから２．０ｎｍ、特に、１．０ｎｍであることが好ましい。

また、バリア層７１〜７４を設けた場合、およびバリア層７１〜７４を設けない場合のいずれにおいても、アニール工程を行った場合、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）がアニール工程を行わない場合に比して大きくなる。但し、バリア層７１〜７４が厚すぎる場合にアニール工程を行うと、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）がアニール工程を行わない場合に比して抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下していくことから、バリア層７１〜７４の厚さが０．５ｎｍから２．０ｎｍの場合にアニール工程を行うことが好ましい。

また、アニール温度が３８５℃の場合、アニール工程の時間は、０分から３０分までは、時間が長い程、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなるが、３０分を超えると、時間を長くしても抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は一定である。従って、アニール工程の時間は３０分が好ましい。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、バリア層７１〜７４として膜厚が１．０ｎｍアルミニウム膜を用いた場合、アニール工程を行わなかった場合（図７（ａ）参照）、およびアニール工程（温度＝３８５℃、時間＝約３０分間）を行った場合（図７（ｂ）参照）のいずれにおいても、問題となるヒステリシスは発生しない。

これに対して、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、バリア層７１〜７４を設けなかった場合、アニール工程を行わなかった場合（図８（ａ）参照）では、問題となるヒステリシスは発生しないが、アニール工程（温度＝３８５℃、時間＝約３０分間）を行った場合（図８（ｂ）参照）、ヒステリシスが発生する。

従って、バリア層７１〜７４として膜厚が１．０ｎｍアルミニウム膜を用いた場合、アニール工程を行わなかった場合でも抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上するとともに、アニール工程を行うことにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をさらに向上させても、問題となるヒステリシスは発生しない。

なお、図９に示すように、バリア層７１〜７４として膜厚が１．０ｎｍチタン膜を用い、アニール工程（温度＝３８５℃、時間＝約３０分間）を行った場合でも、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく、問題となるヒステリシスは発生しない。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、磁気抵抗膜４９を形成した後、磁気抵抗膜４９を酸化性雰囲気と接触させずに、磁気抵抗膜４９の表面にバリア層７９を積層し、その後、磁気抵抗膜４９およびバリア層７９をパターニングする。このため、磁気抵抗膜４９（磁気抵抗膜４１〜４４）の表面が酸化することを防止することができ、抵抗変化率を向上することができる。また、バリア層７１〜７４の膜厚は、磁気抵抗膜４１〜４４の膜厚よりも薄いため、バリア層７１〜７４に用いる非磁性材料に大きな制約を加えなくても、バリア層７１〜７４の抵抗が大きい。このため、磁気抵抗膜４１〜４４にバリア層７１〜７４を積層した場合でも、抵抗変化率への悪影響を防止することができ、酸化防止に起因する利点を活かすことができる。それ故、抵抗変化率が高い磁気抵抗素子４を得ることができる。

また、バリア層７１〜７４を設ければ、アニール工程を利用して抵抗変化率の向上を図った場合でも、問題となるヒステリシスの発生を抑制することができる。

また、バリア層７１〜７４の厚さを０．５ｎｍから２．０ｎｍとした場合、バリア層７１〜７４に用いる非磁性材料の種類にかかわらず、バリア層７１〜７４の抵抗が大きい。このため、磁気抵抗膜４１〜４４にバリア層７１〜７４を積層した場合でも、抵抗変化率への悪影響を防止することができ、酸化防止に起因する利点を活かすことができる。特に、バリア層７１〜７４の厚さが１．０ｎｍである場合にはその効果が顕著である。

また、バリア層７１〜７４は、アルミニウムまたはチタンを主成分とすることが好ましい。かかる構成によれば、比較的安価な非磁性金属によってバリア層７１〜７４を形成することができる。特に、バリア層７１〜７４がアルミニウムである場合には、スパッタ時のターゲットが安価であるため、比較的安価な非磁性金属によってバリア層７１〜７４を形成することができる。

また、基板４０には、バリア層７１〜７４と同一の金属材料からなる機能層が形成されている場合には、バリア層７１〜７４を追加しても、基板４０上に形成する金属材料の種類が変わらない。従って、機能層の形成に用いた蒸着材料を用いてバリア層７１〜７４を形成することができる。すなわち、基板４０に機能層として形成した温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８と、バリア層７１〜７４とが同一の金属材料からなる場合、バリア層７１〜７４を追加しても、蒸着材料を新規に準備する必要がないので、コストの増大を抑制することができる。

また、本形態では、アニール工程をエッチングマスク除去工程の後に行う。このため、磁気抵抗膜４１〜４４の上層にバリア層７１〜７４を形成し、かつ、磁気抵抗膜４９およびバリア層７９をパターニングした後にアニール工程を行うので、磁気抵抗膜の歪等を効率よく減少させることができる。それ故、アニール工程の効果が大きい。

また、本形態の磁気センサ装置１０では、磁気抵抗膜４１〜４４が形成された基板４０に、温度監視用抵抗膜４７および加熱用抵抗膜４８が形成されている。このため、設定温度との温度差や温度変化を温度監視用抵抗膜４７の抵抗値によって監視し、その監視結果に基づいて加熱用抵抗膜４８に給電し、磁気抵抗膜４１〜４４を設定温度にまで加熱することができる。従って、各磁気抵抗膜４１〜４４において、温度変化が発生した際の応力の影響に起因する抵抗変化率や、膜質の差に起因する抵抗変化率が相違している場合でも、設定温度で高い精度が得られるように、磁気抵抗膜４１〜４４の抵抗バランスを設定しておけば、環境温度の変化が発生しても安定した検出精度を得ることができる。すなわち、温度変化が発生しても、図１（ｃ）に示すリサージュ図の原点位置が移動しないので、回転体２の回転角度位置を精度よく検出することができる。

１・・ロータリエンコーダ
２・・回転体
４・・磁気抵抗素子
４０・・基板
４１〜４４、４９・・磁気抵抗膜
４７・・温度監視用抵抗膜（機能層）
４８・・加熱用抵抗膜（機能層）
７１〜７４、７９・・バリア層

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の一方面側に形成された磁気抵抗膜と、
   該磁気抵抗膜の前記基板と反対側の面に当該磁気抵抗膜と同一パターンをもって積層され、当該磁気抵抗膜より膜厚が薄い非磁性金属膜からなるバリア層と、
   を有し、
   前記バリア層は、アルミニウムを主成分とすることを特徴とする磁気抵抗素子。
2. 前記バリア層の厚さは、０．５ｎｍから２．０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子。
3. 前記バリア層の厚さは、１．０ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗素子。
4. 前記基板には、前記バリア層と同一の金属材料からなる機能層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気抵抗素子。
5. 前記磁気抵抗膜の厚さは、１０ｎｍから８０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気抵抗素子。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁気抵抗素子を備えていることを特徴とする磁気センサ装置。
7. 基板の一方面側に磁気抵抗膜を形成する磁気抵抗膜形成工程と、
   前記磁気抵抗膜を酸化性雰囲気と接触させずに前記磁気抵抗膜の表面に当該磁気抵抗膜より膜厚が薄い非磁性金属膜からなるバリア層を形成するバリア層形成工程と、
   前記バリア層の表面にエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
   前記バリア層の表面に前記エッチングマスクを形成した状態で前記磁気抵抗膜および前記バリア層をエッチングするエッチング工程と、
   前記エッチングマスクを除去するエッチングマスク除去工程と、
   を有し、
   前記バリア層は、アルミニウムを主成分とすることを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
8. 前記磁気抵抗膜形成工程を真空チャンバ内で行った後、当該真空チャンバ内に酸化性ガスを導入せずに当該真空チャンバ内で前記バリア層形成工程を行うことを特徴とする請求項７に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
9. 前記磁気抵抗膜形成工程を行った後、
   非酸化雰囲気中で前記磁気抵抗膜形成工程での前記磁気抵抗膜の成膜温度より高い温度で当該磁気抵抗膜を加熱するアニール工程を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
10. 前記アニール工程は、前記エッチングマスク除去工程の後に行うことを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載の磁気抵抗素子の製造方法。

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