JPS62131589A - 強磁性体磁気抵抗素子の製造法 - 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］ 本発明は強磁性体磁気抵抗素子とその製法に関する。

［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
する強磁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７図（Ａ
）、第７図（Ｂ）に示す。第７図（Ａ）は上面図、第７
図（Ｂ）は第７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、１３Ｄ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きまわし
電極部となる。１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄは外部
接続用の電極、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ，１７０はそれ
ぞれ電極１４八、１４Ｂ、１４［：、１４Ｄにはんた１
５Δ、１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｄによって接続されたリー
ド線である。なお第７図（Ａ）、第７図（Ｉｔ）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。

磁気抵抗素子の感磁部は極めて薄い金属膜を使用するた
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Ｒ膜の膜厚が極めて薄いため、めっき液に
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１３Ｄ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が、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
Ａｕ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、また信頼性と歩溜りの−Ｅから強磁性体磁気
抵抗素子の工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］ 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、４ｙｇ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性形成
された強磁性体薄膜からなる感磁部と電極部とを有する
強磁性体磁気抵抗素子であって、感磁部の厚さが電極部
の厚さより簿〈なっている。

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、絶縁性の基板上に強磁性体薄膜からなる電極材料
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
料上に電極材料と同一組成の強磁性体薄膜を被着する工
程、被着された強磁性体膜１１り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んでいる。

［作　用］ 電極薄膜の上に同一組成の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。ｉ１１極材料と感
磁部を形成する材料が同一組成なので、製造工程が簡素
化され、また異種材料を用いる場合のように、加熱によ
る材料間の拡散、マイグレーシ璽ン等の心配がないので
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。

［実施例］ 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（Ａ）のＡ−Ａ線に沿
った断面図である。この例は第７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）　、　ＣＢ）においてｌは絶縁性基板、２
は基板り上に形成された強磁性体からなる電極薄膜であ
る。電極薄膜２と同一組成の強磁性体薄膜が、基板１上
に一部が電極薄膜２上に重なる状態で設けられており、
第１図（Ａ）に示す３Ａ、３Ｂ。

３Ｇ、３０が感磁部を形成する０幅の広い部分１ｏは引
きまわし電極部である。電極ＰＪＩＩＩ２と感磁部３Ａ
〜３Ｄを形成する強磁性材料３は同一組成なので、２段
階の膜形成の結果、強磁性材料は感磁部と電極で段差を
もつ一層の膜を形成する。　４Ａ、４Ｂ、４Ｇ、４０は
外部接続のための電極部であり、各電極部にリート線７
八、７Ｂ、７Ｃ，７Ｄがはんだ５Ａ、５８．５Ｇ、５０
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て覆われ、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）
においては保護膜６．モールド樹脂８の図示を省略しで
ある。

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ｌ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（ｆｆ
ｉｔ）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
することが好ましい。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くなり、オフセット電
圧が大きくなる。

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３．０μ山以下、さらに好ましくは１．
０μｍ以下である。

強磁性体薄膜３の材質としては、保磁力の小されらの合
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、強磁性体５Ｘ　膜３の厚みは好ましくは５０
００Å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２０００Å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、　八
１Ｌ２０３　、　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とリート線がはんだによりボンディ
ングされている例を示したが、他のボンディング方法、
例えばワイヤボンディングやリードボンデＩンゲ笛≠、
ＦＸ＋、〈１１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、一般にエポキシ樹脂
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２図、第３図、第４図を参照して述べる。第２図は工
程図の一例、第３図は各工程における素子の上面図、第
４図は第３図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

第２図における電極薄膜を形成する工程は、絶縁性の基
板ｌを所要の温度に加熱保持し、真空蒸着、スパッター
、めっき等の方法により強磁性体からなる電極薄膜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３図（Ａ）、第４図（Ａ）
　に示す。

次は、電ｇ！Ｒ膜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電極部１模を
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３図（Ｂ）、第４図（Ｂ）に示す状！Δとなる。

強磁性体薄膜形成工程は、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ｌ上に磁気抵抗効
果を有し電極材料と同一組成の強磁性体薄膜３を、真空
蒸着、ＭＢＥ、スパッター等の方法で全面に付着形成す
る工程である。この工程によって、素子は第３図（Ｃ）
、第４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部パターンが第
３図（Ｄ）、第４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
表面を絶縁性の保護膜６で覆うため、保護膜の形成工程
か続き、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、強磁
性体からなる電極薄膜の形成後に薄い同一組成の感磁品
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、同一組成の強磁性材料の
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は抵抗値が十
分小さくなる厚さの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。ざらに無ｍ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
８５　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。ざらに感磁部と同一組成の電極材料の
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ｔｍ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。

表面が鏡面研磨された２インチ角のガラス基板を３００
℃に加熱保持し、厚さ０．２μｍの５４％Ｎ＋　−４６
％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３図（Ｂ）　に示
したように５４％Ｎｉ−４６％ＣＯ合金薄膜の一部をエ
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、６００人の同一組成の合金薄膜をスパ
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３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０ＦＰＲ８００）を用い、所要
の部位のみめつきするパターンめっき法により、０．２
　μｍのＡＵ層を、硫酸Ｎｉ浴を用いて３μｍのＮｉ層
を第１図の４八ないし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、
１．５μＩの５ｉ０２膜６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
測量時に形成した。

この裁板をダイシングソーにより、４．３＋ｎｍ　ｘ７
．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）　、　ＣＢ）に示したような、単一層で感磁部と電
極部に段差をもつ、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桁以
上小さくまた、感度は約１．７倍も高い。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
、電極形成の信頼度も高く、充分な再現性も確認できた
。

第１表 ８５°Ｃ９８５％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５図に示すような感磁部９八、９Ｂが互い
に直交する型の強磁性体磁気抵抗素子や第７図に示すよ
うな感磁部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。なお、第５図、第６図において４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ
は外部接続用電極である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては強磁性体からな
る電極薄膜の上に同一組成の強磁性体薄膜が形成される
ので、製造工程が簡素化され、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。また引きまわし電極部には感磁部より
厚く抵抗値の小さい薄膜を用いるので、オフセット電圧
が小さく、感度が高い。さらに電極部と感６…部に同一
組成の強磁性体を用いてい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−＾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製造法の実施
例を示す工程図、 第３図（Ａ）ないし第３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４図（Ａ）ないし第４図（Ｄ）はそれぞれ第３図（Ａ
）ないし第３図（Ｄ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、 第５図および第６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７図（Ａ）は従来の強磁性体磁気抵抗素子の上面図、
第７図（Ｂ）は第７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、 ３Ａ、３Ｂ、３Ｇ、３Ｄ・・・感磁部、４Ａ、４Ｂ、４
に、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｇ
、１４０・・・外部接続用電極、 ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄ、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｇ、１
５Ｄ・・・はんだ、６・・・保護膜、 ７Ａ、７Ｂ、７（：、７Ｄ、１７Ａ、１７Ｂ、１７ｃ、
１７Ｄ　・・・リード線、８・・・モールド樹脂、 ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ・・・感磁部、 ＩＯ・・・引ぎまわし電極。 八 （Ａ） 第１図 第２図 ど）　　　　　　　　　　　　　　　　　　ハ−ノ　　
　　　　　　　　　　　　　　　Ｖ第５図 ９／′： 第６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
   強磁性体薄膜からなる感磁部と電極部とを有する強磁性
   体磁気抵抗素子であって、前記感磁部の厚さが前記電極
   部の厚さより薄い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］絶縁性の基板上に強磁性体薄膜からなる電極材料
   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
   に該電極材料と同一組成の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
   。