JPS62128578A - 強磁性体磁気抵抗素子およびその製造法 - 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］ 本発明は強磁性体ｌｉｎ気抵抗抵抗素子の製法に関する
。

［従来の技術］ 従来、磁気抵抗素子の製法として、絶縁性基板の上に真
空蒸着、スパッタリングなどの方法で磁気抵抗効果を有
する強ＩＩｆｉ性体薄膜を形成した後、強磁性体薄膜の
所定の位置にめっきによって電極を形成し、次にエッチ
ング加工して磁気抵抗素子を作成することが試みられて
いた。従来のこのような方法で作られた磁気抵抗素子を
、感磁部がブリッジを構成している素子を例として第８
図（Ａ）、第８図ＣＢ）に示す。第８図（Ａ）は上面図
、第８図ＣＢ）は第８図のＸ−Ｘ線に沿う断面図である
。図において１１は基板、１３は強磁性体薄膜で、中央
部の幅の狭い領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｇ、１３０がブ
リッジを構成する感磁部で、周縁の幅の広い領域は引ま
わし電極部となる。１４Ａ、１４Ｂ、１４（：、１４０
は外部接糸充用の電極、１７八、１７８．１７Ｇ、１７
Ｄはそれぞれ電極１４八、１４１１．１４ｃ、Ｉ４Ｄに
はんた１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｄによって接続さ
れたり−ト線である。なお第８図（Ａ）、第８図（Ｂ）
においては、保護膜、モールド樹脂等の図示を省略しで
ある。

ｒＩｎＩｎ抗抵抗素子磁部は極めて薄い金属１摸を使用
するため、強磁性体薄膜のシート抵抗は極めて高く、電
解めっきの電極として機能し難いので、直接強磁性体薄
膜上にめっきで電極形成を行うことは極めて困難であっ
た。また、強磁性体薄膜のｎ莫厚が極めて薄いため、め
っきン夜によって強磁性体膜が腐蝕されるという問題が
あった。ざらに感磁部のブリッジを構成する１３Ａない
し１３０の抵抗が異なると、ブリッジは非平衡となりオ
フセット電圧を生ずるので、１３八ないし１３Ｄの寸法
を精度よく一致させなければならないか、感磁部薄膜の
幅は極めて細いので、寸法の制御には限界があった。ま
た強磁性薄膜の引まわし電極が薄いので抵抗値が大きく
、そのために感度低下を招いていた。しかも引きまわし
電極部上に八ｕなどをめっきして抵抗値を下げ、感度を
上げようとすると、素子として必要な保護膜との密着性
が悪く、また、工程上も上述したように電極部と感磁部
との境界をめっきする際にエッチングされるなど信頼性
を損なうという問題があった。このように従来の方法で
は電極作製が難しく、また信頼性と小滴りの上から強磁
性体ＥＴＡ気抵抗抵抗素子業的生産は困難であった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は従来のこのような欠点を解消し、オフセット電
圧が小さく、感度が高く、信頼性にすぐれた強磁性体磁
気抵抗素子およびその製造法を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明の強磁性体磁気抵
抗素子は絶縁性の基板の表面に所要の形状で密着形成さ
れた金属薄膜からなる電極部と、金属薄膜上および基板
上の所要部分にのみ密着形成された強磁性体薄膜からな
る感磁部とを有することを特徴とする。

また本発明の強磁性体磁気抵抗素子の製造法は、少なく
とも、絶縁性の基板上に電極材料を被着する工程、被着
された電極材料を所望の形状にエッチングする工程、基
板およびエッチングされた電極材料上に強磁性体薄膜を
被着する工程、被着された強磁性体薄膜を所望の形状に
エッチングし感ｌｉｎ部パターンを形成する工程を含む
ことを特徴とする。

［作用コ 電極ｒｇ膜の上に強磁性体薄膜が形成されるので、電極
形成工程において、従来みられたような感磁部のエッチ
ング等による信頼性の低下がなく、また再現性と信頼性
が高く、保護層との密着性が良いので素子の信頼性が高
い。また引きまわし電極は感磁部に比べて電極専用に厚
付けした薄膜が用いられており、そのため引きまわし電
極部の抵抗値を低くすることができ、オフセット電圧を
小さく抑えることができる。ざらに耐熱性の高い電極材
料を用いることができるので強磁性薄膜形成時に基板を
高温に加熱できるので一層感度を高くすることができる
。

［実り諷イ列コ 以下に図面を参照して本発明を説明する。

第１図（Ａ）は本発明の強磁性体磁気抵抗素子の実施例
の上面図、第１図（Ｂ）は第１図（八）の八−へ線に沿
った断面図である。この例は第８図に示した従来例と同
じブリッジ型の素子の例を示しである。

第１図（Ａ）　、　（Ｂｌ　においてｌは絶縁性基板、
２は基板ｌ上に形成された電極薄膜、３は基板ｌ上に形
成されかつ電極薄膜２上に重なる状態で形成された強磁
性体薄膜パターンであり、感磁部を形成している。４Ａ
、４Ｂ、４Ｇ、４Ｄは外部接続のための電極部であり、
各電極部にリード線７八、７Ｂ、７Ｇ、７０がはんだ５
Ａ、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄを介して接続されている例を示し
である。感磁部および電極部は保護被膜６で覆われ、リ
ード線接続部近傍は樹脂８で覆われた構造となっている
。ただし第１図（Ａ）においては保Ｈａ　Ｉｌｉ　６　
、モールド樹脂８の図示を省略しである。

第２図は本発明の強磁性体磁気抵抗素子の他の実施例の
断面図である。本図において、第１図の実施例と同一の
参照符号を付けたものは、第１１四に示した例と同一の
部材である。本例においては強ｔｎ性薄膜が電極薄膜の
外部電極側の一部を覆っているのみである点が第１図（
Ａ）　、　（Ｂ）の実施例と異なっている。

通常、強磁性体磁気抵抗素子は、高感度、高出力および
低消費力のため高抵抗を要求される。このため膜厚は薄
く形成することが好ましい。従って基板１には、表面が
凹凸の極めて少ない鏡面のものが用いられ、好ましくは
１００Å以下の表面粗さのものが良い。また、基板は絶
縁性または少なくとも表面が絶縁性である必要がある。

また、少なくとも　４００℃までは安定な材質のものが
よい。

従って、基板ｌは、一般に半導体素子の基板等に使われ
ている絶縁性の基板でよいが、特にガラス基板、セラミ
ック基板、石英ガラス基板、サファイア基板、酸化膜付
シリコン基板等が好ましい材料である。

本発明の素子における電極薄膜は、電極として低抵抗で
あることが好ましい。従って膜厚はできるだけ厚く形成
し、かつ材料としては抵抗率の小さいものが好ましい。

また、強磁性体磁気抵抗素子は、オフセット電圧を少な
くする必要があるため、感磁部パターンの形状精度を要
求される。本発明の素子では、感磁部パターンを形成す
る時点で、感磁部パターンが形成される部分と他の部分
とでは、電極薄膜の膜厚分だけの段差が形成された構造
となっている。この段差は、素子のオフセット電圧と深
くかかわるため、電極部膜厚には木質的な上限値が生ず
る。即ちこの段差が大きすぎると、感磁部パターンの形
状精度が悪（なり、オフセット電圧が大ぎくなる。従っ
て電極薄膜２の膜厚は一定の厚み以下とする必要があり
、電極薄膜の形状、抵抗率と許容されるオフセット電圧
の両者を考慮すると限界段差は５．０μｍ以下であり、
好ましくは３．０μｍ以下、さらに好ましくは１．０μ
ｍ以下である。

電極薄膜２の材質としては、腐蝕しにくい金属材料が好
ましく用いられ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、
Ｎｉ。

Ｆｅｊ：ｏ、（：ｒ等やこれらの合金等がある。また、
電極薄膜２は、上記金属の多層の薄膜でもよい。

強磁性体薄膜３の材質としては、保磁力の小さい一般の
強磁性体材料でよく、Ｆｅ、Ｇｏ、Ｎｉまたはそれらの
合金等は好ましいものであり、実用的には磁気抵抗効果
の大きなＮｉ　−Ｆｅ合金、Ｎ１−Ｇｏ金合金より好ま
しい。また、強１ｉｆｔ性体簿膜３の厚みは好ましくは
５０００λ以下である。これ以上では、素子が低抵抗と
なりパターン形状との関係で、実用的な出力の素子の作
製は不可能である。従ってより好ましくは感磁部の強磁
性体薄膜の厚さは２０００λ以下であり、さらに好まし
くは２００〜１０００人である。

保護膜６は、感磁部および電極部の汚染や腐蝕を防ぐ役
割りを果たしている。この保護膜６の材質は、一般に半
導体素子で用いられている無機質の絶縁膜でよく、　Ａ
ｊＺ２０３　、　Ｓｉ３Ｎ４　、　５ｉ０２　。

りんガラスおよびそれらの多層膜等が好ましく用いられ
る。本実施例では絶縁膜が１〜１５μｍ程度の範囲で形
成される。本実施例では、本発明の素子を外部接続する
１例として、電極４とリード線かばんだによりポンディ
ングされている例を示したが、他のホンディング方法、
例えばワイヤホンディングやり一１〜ボンディング等も
等しく用いられる。

本発明の素子は、必要に応じて樹脂モールドされる場合
もある。モールド樹脂８の材質は、−ａにエポキシ樹脂
等の耐熱性および耐湿性に富んだものが好ましい。また
、素子全体がモールドされることもあり、一部のみがリ
ード線の補強等でモールドされることもある。

次に本発明の強磁性体磁気抵抗素子の製造法について、
第３図、第４図、第５図を参照して述べる。第３図は工
程図の一例、第４図は各工程における素子の上面図、第
５図は第４図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

第３図における電極薄膜を形成する工程は、絶縁性の基
板１を所要の温度に加熱保持し、真空蒸着、スパッター
、めフき等の方法により電極薄膜２を被着形成する工程
である。この工程後の素子の状況を第４図（Ａ）、第５
図（Ａ）に示す。

次は、′屯極薄）摸２の所要の部位をエッチングする工
程である。これは、感磁部を形成する部分のＴ、極薄膜
をエッチング除去する工程である。この工程により、素
子は第４図（８）、第５図（Ｂ）に示す状態となる。

強磁性体Ｒ＠形成工程は、感磁部となる強磁性体薄膜を
付着形成する工程であって、基板１を所要の温度好まし
くは２５０℃以上に加熱保持し、基板１上に磁気抵抗効
果を有する強磁性体薄膜３を、真空蒸着、ＭＢＥ、スパ
ッター等の方法で付着形成する工程である。この工程に
よって、素子は第４図（Ｃ）、第５図（Ｃ）に示す状態
となる。

感磁部パターン形成工程は、前の工程で形成した強磁性
体薄膜３を所要の部位のみ残し、エッチング除去する工
程であって、設計により定められた感磁パターンが第４
図（Ｄ）、第５図（Ｄ）に示すように実質的に形成され
る工程である。

次いで、通常の素子製作で行われている引きまわし部の
エッチングや、外部接続のための電極パッド部の形成等
の工程が続く。ざらに感磁部や電極の引きまわし部等の
表面を絶縁性の保Ｓ＝＋摸６で覆うため、保護膜の形成
工程が続き、通常の半導体の電子部品等で行われている
ダイシングによるカット工程、ボンディング、モールド
等の工程が続いて行われ、本発明の強磁性体磁気抵抗素
子の製造は完了する。

本発明の素子は、上述したような構造としたので、電極
薄膜の形成後に薄い感磁品薄膜を形成することができる
。このため電極パターンが再現性よく、高い信頼性で形
成できる。また電極薄膜の厚さを制御することによって
、強磁性材料の薄膜からなる感磁部のパターンを精度よ
くエッチングすることができる。さらに引まわし電極部
に電極専用に形成された薄膜を用いているので、高感度
で低オフセットの素子製作が可能である。さらに無機質
絶縁物との密着性および耐熱性が高く、融点の高い電極
材料が電極として使用でき、また５ｉ０２などの保護層
との密着性のよい強磁性体薄膜が上層にあるので、良好
な保護膜の形成が可能である。この保護膜は、素子の感
磁面の機械的摩擦からの保護も可能である。従って素子
の極めて高い信頼性が確保できると共に量産が容易な構
造となっている。さらにこうした電極材料の使用により
磁気抵抗効果を生ずる感磁部の強磁性体薄膜を高温で形
成できるので、強磁性体薄膜の結晶性と磁気異方性を改
善でき、高感度、高出力の磁気抵抗素子の製作が可能で
ある。

また本発明の製造工程によれば、強磁性体薄膜の感磁部
を損傷することなく素子製作が可能であり、かつ通常の
半導体にはみられない１０μｍ以上の５ｉ０２等の保護
膜の形成も充分可能となり、感磁面を摩擦等の機械的外
力に対しても保護でき、かつ耐湿性等の長期信頼性も大
幅に向上した素子製作が可能である。

以下に素子の具体的な製造例について述べる。

実施例１ 表面が鏡面研磨された２インチ角のガラス基板を２００
℃に加熱保持し、厚さ１．０μ０のＣｒ薄膜をスパッタ
ーにより形成した。次に硝酸セリウムアンモニウム系の
腐蝕液を用い、第４図（８）に示したようにＣｒ薄膜の
一部をエッチング除去した。次いで基板を３００℃に加
熱保持し、基板上全面に、７００人の８０％Ｎｉ　−２
０％ＧＯ合金薄膜をスパッターにより形成した。次に過
硫酸アンモニウム系の腐蝕液を用い第４図（Ｄ）　に示
した如くエッチングにより感磁部の基本パターンを形成
した。次いで、フォトレジスト（東京応化工業■製０Ｆ
ＰＲ８００）を用い、所要の部位のみめっきするパター
ンめっき法により、オールナ５５２（上材工業）を用い
て０．２μｍのＡｕ層を、硫酸Ｎｉ浴を用いて３μｍの
Ｎｉ層を第１図の４Ａないし４Ｄにあたる部分に形成し
、外部接続用電極パッド部とした。次にフォトレジスト
をエッチングマスクとし、引きまわし部のエッチングを
行い、磁気抵抗素子の４つの端子部分を形成した。次に
メタルマスクで第１図の４Ａないし４Ｄにあたる部分を
覆い、１．５μｍの５ｉ０２　Ｗ６を形成した。その後
、６０％５ｎ−４０％ｐｂ組成の溶融はんだ槽につけ、
はんだ部５Ａないし５Ｄを形成した。このような工程で
、２インチ角のガラス基板上に、強磁性体磁気抵抗素子
を約７０偏向時に形成した。

この基板をダイシングソーにより、４．３＋ｎ＋ｎ　Ｘ
７．２ｍｍの素子チップに切断した。その各素子チップ
に４木のリード線をはんだボンディングした後、エポキ
シ樹脂を第１図の８で示したように塗布硬化し、第１図
（Ａ）　、　（Ｂ）に示した本発明の強磁性体磁気抵抗
素子を製作した。

その素子特性は、第１表に示した如くである。

比較のため従来例の値を同時に示したが、本実施例の素
子は明らかに従来のものと比較してオフセットが１桁小
さくまた、感度は２倍近くも高い。また、長期信頼性評
価の結果を第２表に示しである。１０００時間の長期耐
湿加温テストで全く特性変化がみられず、極めて良好な
信頼性を有することも明らかである。さらに、電極部と
感磁部境界のエッチング等による劣化も全くなく、電極
形成の信顆度も高く、充分な再現性も確認できた。

第１表 実施例２ 表面が鏡面研磨された２インチ角のガラス基板を１５０
℃に加熱保持し、基板全面に厚さ０．２μＩのＣｒＦｉ
Ｊ膜、厚さ０．３μｍのＭｏ薄膜をこの順序で連続蒸着
により形成した。次に　（ＣＦ４　＋Ｑ２）ガスを用い
ドライエッチングでＭｏ薄膜の一部を、ＣＣｆＬ４を用
いてＣ「薄膜の一部を第４図（Ｂ）に示したようにエッ
チング除去した。Ｃｒ薄膜の除去はウェットエッチング
によってもよい。次いで基板を３００℃に加熱保持し、
基板上全面に５６０人の５８％Ｎｉ　−１５％Ｆｅ合金
薄膜をスパッターにより形成した。その後は、実施例１
と全く同様の工程で素子製作を行った。

こうして製作した磁気抵抗素子の特性は、第３表に示し
た如くである。第４表には、信頼性評価の結果を載せた
。実施例１と同様に良好な特性と信頼性を有している。

第３表 ８５°Ｃ２８５％相対湿度中１０００時間放置後結果ま
た、これまでブリッジ型の素子について説明してきたが
、本発明を第６図に示すような感磁部９Ａ、９Ｂが互い
に直交する型の強Ｉｉｎ性体磁気抵抗素子や第７図に示
すような感ｂｎ部９Ｃをもち、３端子のブリッジを形成
しない強磁性体磁気抵抗素子にも適用できることは言う
までもない。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明においては電極薄膜の上に
強磁性体薄膜が形成されるので、電極形成工程における
再現性と信頼性が高く、保護層との密着性が良いので素
子の信頼性が高い。また電極薄膜を引きまわし電極部に
用いるので、オフセット電圧が小さく、感度が高い。さ
らに耐熱性の高い電極材料を用いることができるので強
磁性薄膜形成時に基板を高温に加熱できるので一層感度
を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の強磁性体磁気抵抗素子の実施例
の上面図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）のＡ−へ線に沿
った断面図、 第２図は本発明の強磁性体磁気抵抗素子の他の実施例の
断面図、 第３図は本発明の強磁性体磁気抵抗素子の製造法の実施
例を示す工程図、 第４図（Ａ）ないし第４図（Ｄ）は各工程における強磁
性体磁気抵抗素子の上面図、 第５図（Ａ）ないし第５図（０）はそれぞれ第４図（Ａ
）ないし第４図（Ｄ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、 第６図および第７図はそれぞれ本発明の強磁性体磁気抵
抗素子のさらに他の実施例の感磁部パターンを示す上面
図、 第８図（Ａ）は従来の強磁性体磁気抵抗素子の上面図、
第８図（Ｂ）は第８図（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図
である。 １．１１・・・絶縁性基板、 ２・・・電極薄膜、 ３．１３・・・強磁性体薄膜、 ４Ａ、４８．４Ｃ，４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ、１４Ａ、
１４Ｂ、１４ｆ；、１４０・・・外部接続用電極、 ５Ａ、５８．５Ｃ，５Ｄ、１５Ａ、１５８．１５（：、
１５０・・・はんだ、６・・・保護膜、 ７Ａ、７８．７Ｇ、７Ｄ、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｇ、１
７Ｄ　・・・リード線、８・・・モールド樹脂、 ９Ａ、９８．９Ｇ・・・感磁部。 ｌＯ・・・引廻し電極。 第２図 第３図 ― ハ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０■に） 一ノ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＼ノ第６
図 Ｇ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁性の基板の表面に所要の形状で密着形成された
   金属薄膜からなる電極部と、該金属薄膜上および前記基
   板上の所要部分にのみ密着形成された強磁性体薄膜から
   なる感磁部とを有することを特徴とする強磁性体磁気抵
   抗素子。 ２）少なくとも下記の工程、 ［１］絶縁性の基板上に電極材料を被着する工程、 ［２］該被着された電極材料を所望の形状にエッチング
   する工程、 ［３］前記基板および前記エッチングされた電極材料上
   に強磁性体薄膜を被着する工程、 ［４］該被着された強磁性体薄膜を所望の形状にエッチ
   ングし感磁部パターンを形成する工 程、 を含むことを特徴とする強磁性体磁気抵抗素子の製造法
   。