JPH0322576A - 積層型磁気抵抗素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は外部磁界の印加によって電気抵抗が変１ ２　　ー 化するいわゆる磁気抵抗効果を利用した外部磁場を検出
する為の磁気抵抗素子に関し、特に強磁性薄膜を利用し
た積層型磁気抵抗素子の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

第２図は強磁性薄膜の磁気抵抗効果を説明する為の模式
図である。磁気抵抗体薄膜１は例えば囚に示す様に長尺
形状に形成されている。この磁気抵抗体薄膜１の面に平
行に且つその長尺方向を横切る様に外部磁界Ｈを印加す
ると、その外部磁昇Ｈの変化に応じて薄膜の電気抵抗値
が変化する。

従って薄膜の長尺方向に沿って電流工を流すと電気抵抗
値変化に応じた電位差が長手力向両端部に生じこれを出
力信号として利用する。

第３図は第２図に示す磁気抵抗体薄膜１を利用した積層
型磁気抵抗素子の層構造を示すｌｆｒｉＩｉｌｉ図であ
る。薄膜の長手方向に対して里直な面で切断した断面を
示す。基板２の表面には所定のパタンにエッチングされ
た磁気抵抗体膜１が形成されている。磁気抵抗体膜１の
一部表面に重なる様に導電膜３が形成されている。導電
膜３は同様にエッチングにより所定の形状に処理され電
極を構成する。かかる積層型磁気抵抗素子を平面的に見
た場合には、一対の電極が長尺状磁気抵抗体膜］の長平
方向両端部に電気的に接続しており一対の電極間に電流
を流す事により磁気抵抗素子を駆動し外部磁界を長手方
向両端部に生ずる電位差信号に変換する。

〔発明が解決すべき問題点〕

第３図に示す従来の積層型磁気抵抗素子は磁気抵抗体膜
１及び導電膜３を順次選択エッチングにより所定の形状
に形成して製造される。しかしながら磁気抵抗体膜１及
び導電膜３は互いに接している為湿式又は化学エッチン
グを行う場合には、共通のエッチング液を使う事ができ
ず製造工程が複雑になるという問題点があった。すなわ
ち下腸の磁気抵抗体膜を特定のエッチング液を用いて処
理した後基板面の全体に亘って導電膜を形成するが、こ
の導電膜をエッチングする際同一又は同系統のエッチン
グ液を用いると同時に下層の磁気抵３ ４ 抗体膜をも腐蝕してしまうという不具合か存在するから
である。

〔間通点を解決する為の手段〕

上述した従来の製造方法の問題点に鑑み、本発明は上層
の導電膜を化学エッチングする際下層の磁気抵抗体膜を
腐蝕する事のない積層型磁気抵抗素子の製造方法を提供
する事を目的とする。

第１図Ａ乃至第１図Ｄは本発明にかかる積層型磁気抵抗
素子の基本的製造工程を示す工程図である。

第１図Ａに示す工程において、基仮２の表面に所定のパ
タンを有する磁気抵抗体層１を形成する。

バタニングは湿式エッチング又は乾式エッチングのいず
れかの方法により行われる。乾式エッチングには例えば
スパッタエッチングが含まれる。

次に第１図Ｂに示す工程において、拙板２の全面を覆う
様に絶縁層４を形成する。図から明らかな様に、絶縁層
４はバタニングされた磁気抵抗体層１の表面部及び端而
部を完全に彼覆している。

次いで絶縁層４の一部が選択的エッチングにょり除去さ
れ開口又はコンタク１・ホール５が形成される。コンタ
ク１・ホールの底部において磁気抵抗体層１の表面が露
出している。

第１図Ｃに示す工程において、絶縁層４の表面全体及び
コンタクトホール５の内部に互って導電層３を形成する
。図から明らかな様に、導＠層３はコンタクトホール５
の内部に充埴され露出していた磁気抵抗体層１の表面と
電気的に接続される。

最後に地１図Ｄに示す工程において、最上層の導電層３
はエッチング液を用いた湿式エッチング法により選択的
に不要部分が除去され所定の形状を有する電極が形成さ
れる。

好ましくは絶縁層４は二酸化硅素膜により形成される。

又磁気抵抗体層１は例えば強磁性合金のパーマロイ膜に
より形成され、該導電層３は例えば金属アルミニウム膜
により形成される。加えてこれら２種類の金属膜は順次
共通のエッチング液を用いて化学エッチングされる。

あるいはより精密ａつ微細な積層型磁気抵抗素子を製造
する為に、磁気抵抗体層をスパッタエッ５ ６ チングにより処理し、高い加王精度を要しない導電層は
通常の湿式エッチングにより処理してもよい。

〔作　　用〕

本発明にかかる製造方法によれば先に所定の形状にパタ
ニングされた磁気抵抗体層は絶縁層によってコンタクト
ホール部分を除いて完全に被覆される。特に重要な点は
磁気抵抗体層の表面部に加えてその端面部も絶縁層によ
って完全に外部から遮蔽されている点である。続いて絶
縁層の上部に形成された導電層を混式エッチングにより
処理するがその際に用いられるエッチング液は絶縁層に
よって遮断されるので下層の磁気抵抗体層を腐蝕する虞
れがない。特に磁気抵抗体層の端而部も絶縁層によって
被覆されているので従来問題となっていたサイドエッチ
ングも生じない。この様に導電層の湿式エッチングに使
われるエッチング液は磁気抵抗体層に何ら影響を及ぼす
事がないので作業条件や用いるレジスト被膜の種類に応
じて自由に適切な化学組成を選ぶ事ができる。例えば磁
気抵抗体層を特定のエッチング液を用いて処理した場合
には共通のエッチング波を用いて導電層を処理する事も
できる。又磁気抵抗体層を強磁性合金パーマロイで構成
し乾式エッチングで処理した場合においても、磁気抵抗
体層の伺質に無関係に導電層のエッチング処理に適した
エッチング液を選定する事ができる。例え選定したエッ
チング液が木質的に強磁性合金パーマロイを腐蝕するも
のであっても、本発明にかかる製遣方法においてはエッ
チング液は下層の磁気抵抗体層に接触する虞れがないの
で問題は生じない。

〔実　施　例〕

以下に添付図面を参照して本発明にかかる積層型磁気抵
抗素子の製造方法の好適な実施例を詳細に説明する。

第４図Ａ乃至第４図Ｉは本発明の製造方法にかかる実施
例を説明する為の工程図である。

第４図Ａに示す工程において、半導体製造において一般
的に用いられるシリコンウエ／Ｘが基板２として用いら
れる。シリコンウエノ＼の表山はあら７ かじめ加熱処理により膜厚およそ１μの熱酸化層６によ
って覆われている。熱酸化層６の全面に亘って下地層７
を電子ビーム真空蒸着法により形成する。下地層７は例
えば二酸化硅素からなり約２０００人の膜厚を有する。

下地層７の表面全体に互って磁気抵抗体層１を同様に電
子ビーム真空蒸着法により形成する。磁気抵抗体層１は
例えばニッケルと鉄の強磁性合金であるパーマロイから
なり　３ロＯ人から５００人の膜厚を有する。特にニッ
ケル８３二鉄ｌ７の組成を有するパーマロイは逆磁歪定
数が０であって優れた強磁性材料である。磁気抵抗体層
１の表面全体に亘って電子ビーム真空蒸着法により遮断
層８を形成する。遮断層８は例えば二酸化硅素からなり
少くとも１０００人以上の膜厚を有する。遮断層８は後
述する様にエッチングレジスト層の灰化に用いる反応性
プラズマを遮断する機能を有し製造工程において下層の
磁気抵抗体層を保護する。遮断層８の表面全体に亘って
電子ビーム真空蒸着法により表面層９を形成する。表面
層９は例えばアルミナからなり少くとも２００人８ の膜厚を有する。この表面層９は川いるエッチングレジ
スト層に対して優れた密着性を有している。

第４図Ｂに示す工程において、所定の形状にパタニング
されたレジスト層１０を用いて前の工程により形成され
た積層の不要な部分をドライエッチング又はスパッタエ
ッチングにより除夫する。

レジスト層１０の材質としては感光性のポジ型有機材料
を用いる事が好ましい。ポジ型レジス１・層はネガ型レ
ジスト層に比べ耐スパッタエッチング性に優れ且つ解像
度も優れているので高精度のエッチングに適している。

第５図にスパッタエッチング処理に用いるスパッタ装置
を示す。スパッタ装置は真空チャンバ２ｌにより構成さ
れており、真空チャンバ２ｌはガスを導入する為の吸入
口２２及びガスを排出する為の排気口２３を備えている
。真空チャンバ２１の天井部はアノード電極２４を構成
しこれと対向して真空チャンバ２１の内部にはカソード
電極２５が収納されている。カソード電極２５の内部は
ψ空になっており冷却管２６を介して冷媒が導入されカ
ソード電極９ １　０ ２５の上面に配置された試料基板２を冷却する。カソー
ド電極２５にはマッチングボックス２７を介して高周波
電源２８が接続されている。

第４図Ｂに示す工程におけるスパツタエッチングを行う
為に、まず吸入口２２より不活性のアルゴンガスを真空
チャンバ２１山に導入ずる。アノド電極２４とカソード
電極２５の間に高周波電圧を印加し導入されたアルゴン
ガスをプラズマ化する。

イオン化されたアルゴン粒子は加速され試料風板２に衝
突しレジスト層ＩＯによって被覆されていない不要な積
層部分を除去する。

スパッタエッチング処理に続いて不要となったレジスト
層ｌＯを除去する為に同じスパツタ装置を用いて灰化処
理を行う。灰化処理は真空チャンバ内に反応性の酸素ガ
スを導入して行う。アノード電極２４及びカソード電極
２５間に高周波電圧を印加し導入された酸素ガスをプラ
ズマ化しイオン化された酸素粒子を表面のレジスト層１
０に衝突させる。

レジスト層ｌＯは有機材料から構威されている為反応性
の酸素粒子と反応し分解されて除去される。

この際遮断層８は反応性の酸素粒子が磁気抵抗体層１に
到達するのを防止し製造工程中において磁気抵抗体層１
の特性が劣化するのを防いでいる。

第４図Ｃに示す工程において、同一のスパッタ装置を用
いマグネトロンスパッタ法により、前工程で所定の形状
にエッチングされた積層及び基板表面を絶縁層４で被覆
する。絶縁層４は例えば二酸化硅素からなりおよそ３μ
の膜厚を有する。膜厚がかなり厚い為、エッチングされ
た積層の表面はもちろんその端面部も完全に絶縁層４の
内部に埋設されてしまう。この様にして、磁気抵抗体層
１の露出していた端市部も完全に絶縁層４により被覆さ
れる。絶縁層４の形成において特にマグネ１・ロンスバ
ッタ法を用いたのは比較的低温で稠密なガラス構造をｈ
゜する二酸化硅素絶縁層を成膜できるからである。特に
熱的ス１・レスに対してその特性が変動しやすい強磁性
パーマロイ合金を磁気抵抗体層に用いる場合にはマグネ
トロンスパツタ法は有効である。

第４図Ｄに示す工程において、四フッ化メタン１１ ガスを用いて同一のスバッタ装置により反応性プラズマ
エッチングを行い絶縁層４の所定部分を選択的に除去す
る。選択的エッチングは絶縁層４の膜厚部に加えて表面
層９及び遮断層８も除夫し最終的に磁気抵抗体層１の表
面を露出するまで行う。

この様にしてコンタク１・ホール５が形成される。

次に第４図Ｅに示す工程において、基板２はスパッタ装
置から取出され真空蒸着装置に投入される。電子ビーム
真空蒸着法により絶縁層４の表面全体を覆う様に導電層
３を形成する。この時同時に導電層３はコンタクトホー
ル５の内部にも充馳され露出している磁気抵抗体層１に
電気的に接続する。導電層３は例えば金属アルミニウム
からなり膜厚およそ１．５μを有する。

第４図Ｆに示す工程において、導電層３のうち電極とし
て必要な部分のみを覆う様にバタニングされたレジス１
・層１１を形成する。レジス１・層ｌ１はポジ型あるい
はネガ型感光性有機＋４料から構成される。本実施例に
おいてはポジ型感光性右機材料を用いる。又ネガ型のレ
ジスト材を用いる場合に１２ はその剥離に必要な剥離液の化学組成が磁気抵抗体層１
を構成するパーマロイを腐蝕する性質を有するので、仮
に抵抗体層１の端面部が完全に覆われていない場合には
サイドエッチングによる腐食が生じる恐れがある。しか
しながら本発明による製造方法によれば磁気抵抗体層１
の端面部は完全に絶縁層４により覆われているので、磁
気抵抗体層の腐食の恐れは減少する。

次に亀４図Ｇに示す」二程において、湿式エッチングに
より導電層３の不要部分を除去する。湿式エッチング法
を用いたのは導電層３の寸法誤差許容範囲が磁気抵抗層
１の寸法誤差許容範囲に比べて大きいからである。この
湿式エッチングにおいては酸性のエッチング液例えば燐
酸系のエッチング液が用いられる。金属アルミニウムに
より構成される導電層３はアルカリ性のエッチング液に
よっても腐蝕されるが、アルカリ性のエッチング液例え
ば水酸化ナトリウム溶液は同時にポジ型レジス１・層１
ｌを侵してしまうのでこの場合適当でない。又用いられ
る酸性のエッチング液は同侍に１４ パーマロイからなる磁気抵抗体層１をも腐蝕する性質を
有する。従って仮に従来の様に磁気抵抗体層１の端面部
が露出している場合にはサイドエッチングにより腐蝕が
生じ問題を生ずるであろうが、本発明にかかる製遣方法
においては、前述した様に磁気抵抗体層１の端面部は完
全に絶縁層４の内部に埋設されているのでかかるサイド
エッチングの問題は生じない。

第４図Ｈに示す工程において、不要となったレジスト層
１ｌを専用の剥離液により剥離し除去する。

この様にして磁気抵抗体層１に電気的に接続し且つ所定
の形状を有する電極３が形戊される。

最後に第４図■に示す工程において、マグネトロンスパ
ッタ法により露出面全面を覆う様に保謹層１２を形成す
る。保護層１２は絶縁層４と同様に二酸化硅素の緻密な
膜により構威されおよそ５μの膜厚を有する。最後に弗
酸系のエッチング液を用いて保護層１２を選択的に湿式
エッチングし下陥の電極を構威する導電層３の一部を露
出させボンディングパッド１３を形成する。このボンデ
ィングパッドｌ３は外部回路との電気接続に用いられる
ものである。

〔発明の効果〕

上記に説明した様に、本発明によれば、積層型磁気抵抗
素子を構成する磁気抵抗体層はその端市部も含めて絶縁
層により完全に被覆されている。

従って絶縁層の上に形成された導電層を湿式エッチング
により処理し外部電気接続用の電極を形成する場合にお
いても、用いるエッチング演は下層の磁気抵抗層に接触
する事がないので磁気抵抗層は不測の腐蝕を受ける事が
ないという効果がある。

加えて磁気抵抗層及び導電層を同一もしくは同系統のエ
ッチング液を用いて処甥する事が可能であるので製造工
程管理が容易になるという効果もある。又レジスト剥離
液も下層の磁気抵抗体膜に直接的に接触する事がないの
で、ネガ型フォトレジスト膜専用剥離液を用いても磁気
抵抗体層が腐食される事が無い。従ってエッチング液と
ともにレジスト材料の選択にも自由度が増すという効果
がある。

１５ １６

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ乃至第１図Ｄは本発明にかかる積層型磁気抵抗
素子の基本的な製造工程を示す王程図、第２図は磁気抵
抗素子の動作原理を説明する為の斜視図、第３図は従来
の積層型磁気抵抗累子の断面図、第４図Ａ乃至第４図Ｉ
は本発明にかかる製造方法の実施例を示す工程図、及び
第５図は本発明にかかる製造方法に用いられるスパッタ
装置の構造を示す断面図である。 １・・・磁気抵抗体層 ３・・・導電層 ５・・・コンタクトホール ７・・・下地層 ９・・・表曲層 １０，．ｌｌ・・・レジスＩ・層 １３・・・ボンディングパッド ２・・・基　板 ４・・・絶縁層 ６・・・熱酸化層 ８・・・遮断層 ｌ２・・・保護層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と、該基板上に形成され所定のパタンを有する
   磁気抵抗体層と、該磁気抵抗体層に電気的に接続し且つ
   所定の形状を有する導電層とからなる積層型磁気抵抗素
   子を製造する方法において、該基板面に磁気抵抗体層を
   形成する工程と、該磁気抵抗体層をエッチングにより所
   定のパタンに形成する工程と、 該エッチングされた磁気抵抗体層の表面及び端面を覆う
   様に絶縁膜を形成する工程と、 該絶縁膜を選択的にエッチングし開口を設けて磁気抵抗
   体層表面の一部を露出する工程と、該絶縁膜上に該開口
   を塞ぐ様に導電層を形成する工程と、 湿式の化学エッチングにより該導電層を所定の形状に形
   成する工程とを有する事を特徴とする積層型磁気抵抗体
   素子の製造方法。 ２、該絶縁層は二酸化硅素膜により形成されている請求
   項１に記載の製造方法。 ３、該磁気抵抗体層はパーマロイ膜により形成されてお
   り、該導電層はアルミニウム膜により形成されており、
   これら膜は共通の湿式エッチング液を用いた化学エッチ
   ングにより各々所定のパタン及び形状に成形される請求
   項１に記載の製造方法。 ４、パーマロイ膜を侵さない剥離液によって剥離可能な
   ポジ型レジスト層を用い、且つ該ポジ型レジスト層を侵
   さない酸性エッチング液を用いて、該アルミニウム膜を
   化学エッチングし所定の形状に形成する請求項３に記載
   の製造方法。 ５、該磁気抵抗体層はスパッタエッチングにより比較的
   高精度で所定のパタンに形成され、該導電層は化学エッ
   チングにより比較的低精度で所定の形状に形成される請
   求項１に記載の製造方法。