DE3343035C2

DE3343035C2 - Verfahren zur Herstellung eines Magnetmeßfühlers mit mindestens zwei Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung

Info

Publication number: DE3343035C2
Application number: DE3343035A
Authority: DE
Inventors: Shigekazu Ageo Saitama Nakamura
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1983-11-28
Publication date: 1987-03-19
Also published as: JPH0130408B2; DE3343035A1; JPS5999370A; US4470873A

Abstract

Beschrieben wird ein Magnet(meß)fühler mit übereinanderliegenden ersten und zweiten elektromagnetischen Elementen, den man durch sukzessives Ablagern in der angegebenen Reihenfolge eines ersten Films mit magnetischer Widerstandsänderung aus einer Fe-Ni-Permalloy, eines isolierenden Films aus SiO2 und eines zweiten Films mit magnetischer Widerstandsänderung aus einer Fe-Ni-Permalloy auf einem Glassubstrat und anschließendes gleichzeitiges Ätzen dieser drei Filme im Rahmen einer einzigen Ätzbehandlung mit Hilfe einer Photomaske zur Ausbildung der ersten und zweiten Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung erhält. Danach werden in dem zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung und in dem isolierenden Film durchgehende Löcher erzeugt, um Teile des ersten Films mit magnetischer Widerstandsänderung freizulegen. Auf den zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung wird ein isolierender Polyimid-Photoresistfilm aufgetragen, worauf in dem isolierenden Photoresistfilm am unteren Ende der durchgehenden Löcher und an Stellen entsprechend den Verbindungen zum zweiten Film mit magnetischer Widerstandsänderung Öffnungen erzeugt werden. Nach Applikation eines Metallfilms auf den isolierenden Photoresistfilm wird der Metallfilm geätzt, wobei man ein Leitermuster erhält. Dieses dient als Elektrodenleiter zu den ersten und zweiten Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetmeßfühlers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Magnetmeßfühler dienen zum Nachweis eines auf einem Kodiergerät, z. B. einem Linearkodiergerät oder Drehkodiergerät, aufgezeichneten Magnetisierungsmusters oder zum Ablesen von auf einem magnetischen Aufzeichnungsmaterial, z. B. einem Magnetband oder einer Magnetplatte, aufgezeichneten Informationen.
Aus der US-PS 38 60 965 sind Magnetmeßfühler mit zwei Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung (im folgenden als "MR- Element" bezeichnet) auf jeweils einer Seite eines isolierenden Films, die gegeneinander vormagnetisiert sind, bekannt. Bei den bekannten Magnetmeßfühlern ist auf ein isolierendes Substrat ein erster Film mit magnetischer Widerstandsänderung (im folgenden als "MR-Film" bezeichnet) aufgetragen. Auf dem ersten MR-Film befindet sich ein isolierender Film und auf diesem ein zweiter MR-Film. Bei einer derartigen Bauweise sollten, um eine stabile Nachweisleistung sicherzustellen, die ersten und zweiten MR-Elemente miteinander identische magnetische Eigenschaften aufweisen. Die bekannten Magnetmeßfühler werden als mehrschichtige dünne Filme mittels bekannter Aufdampf- und Elektroplattierungstechniken hergestellt.
Aus der US-PS 40 24 489 ist ein Magnetmeßfühler mit einer auf einem Substrat angeordneten Schicht mit magnetischer Widerstandsänderung bekannt, auf dem eine leitende Schicht mit hohem Widerstand und hierauf eine magnetische Schicht angeordnet sind, wobei die Dicke der magnetischen Schicht so gewählt ist, daß sie gesättigt ist und damit keine magnetische Widerstandsänderung aufweist. Dieser Meßfühler wird so hergestellt, daß auf die magnetische Schicht ein Photoresistfilm aufgebracht wird, dieser entsprechend dem Muster des herzustellenden Elementes mit magnetischer Widerstandsänderung entfernt wird und hierauf alle drei Schichten über den Photoresistfilm geätzt werden, wodurch Schichten mit identischer Form erzeugt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach und genau durchzuführendes Verfahren zur Herstellung eines Magnetmeßfühlers mit mindestens zwei übereinanderliegenden und durch eine Isolierschicht getrennten Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung, deren magnetische Eigenschaften miteinander identisch sind, zu schaffen, bei welchem sich unerwünschte Kurzschlüsse zwischen den Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung wirksam vermeiden lassen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 17. Bei durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Magnetmeßfühlern treten praktisch keine unerwünschten Kurzschlüsse zwischen den Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen
Fig. 1A und 1B eine schematische Draufsicht und eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung eines Magnetmeßfühlers;
Fig. 2 ein Schaltdiagramm des Magnetmeßfühlers;
Fig. 3 bis 10 schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Stufen und Photomasken zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels (Beispiel 1) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 11 bis 13 und Fig. 14A bis 14D schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Stufen eines zweiten Ausführungsbeispiels (Beispiel 2) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 15 bis 23 schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Stufen und Photomasken zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels (Beispiel 3) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 24 eine Draufsicht auf ein Kodiergerät mit einem gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung hergestellten Magnetmeßfühler;
Fig. 25 ein Schaltbild des in Fig. 24 dargestellten Kodiergeräts und
Fig. 26 eine ebene Darstellung, aus der sich die Lagenbeziehung zwischen dem Magnetmeßfühler und Magnetisierungsmustern ergibt.
Die Fig. 1A und 1B zeigen in der Draufsicht und Perspektive ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Magnetmeßfühlers. Aus Vereinfachungsgründen ist in den Fig. 1A und 1B eine obere Isolierschicht weggelassen. In Fig. 1A sind MR-Filme schraffiert dargestellt. Der Magnetmeßfühler dieser Ausführungsform enthält vier Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung MR 1-MR 4. Die MR-Elemente MR 2 bzw. MR 4 sind auf den MR-Elementen MR 1 bzw. MR 3 angeordnet. Die MR-Elemente befinden sich auf einem Glassubstrat S. Zwischen den MR-Elementen MR 1 und MR 2 und den MR-Elementen MR 3 und MR 4 sind isolierende Filme INS vorgesehen.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sin die vier MR-Elemente MR 1-MR 4 derart angeschlossen, daß eine Brückenschaltung gebildet wird. Dies bedeutet, daß die einen Enden der unteren MR-Elemente MR 1 und MR 3 an Anschlüssen C 1 bzw. C 2 an einen Leiter L 1 angeschlossen sind. Der Leiter L 1 ist an einen Anschluß T 1 angeschlossen. Die einen Enden der oberen MR-Elemente MR 2 und MR 4 sind an Verbindungen C 3 bzw. C 4 an einen Leiter L 2 angeschlossen. Der Leiter L 2 ist an einen Anschluß T 2 angeschlossen. Das andere Ende des MR-Elements MR 1 ist über eine Verbindung C 5 und einen Leiter L 3 an einen Anschluß T 3 angeschlossen. Das andere Ende des oberen MR-Elements MR 2 ist über eine Verbindung C 6 und einen Leiter L 4 an einen Anschluß T 4 angeschlossen. Das andere Ende des unteren MR-Elements MR 3 ist über eine Verbindung C 7 und einen Leiter L 5 mit einem Anschluß T 5 verbunden. Das andere Ende des oberen MR-Elements MR 4 ist über eine Verbindung C 8 und einen Leiter L 6 an einen Anschluß T 6 angeschlossen. In Fig. 1A sind die Verbindungen zu den unteren MR-Elementen MR 1 und MR 3 doppelt umrahmt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Anschlüsse T 1 und T 2 der Brückenschaltung an Eingänge eines Differenzverstärkers DA angeschlossen. Die Anschlüsse T 3 und T 4 sind gemeinsam an einen positiven Anschluß einer Spannungsquelle E, die Anschlüsse T 5 und T 6 gemeinsam an einen negativen Anschluß der Spannungsquelle E angeschlossen. Folglich können die Anschlüsse T 3 und T 4 und die Anschlüsse T 5 und T 6 aus einem einzigen Anschluß bestehen. Zur Durchführung eines Kurzschlußtests der MR-Elemente während der Herstellung des Magnetmeßfühlers werden jedoch vorzugsweise, wie dargestellt, getrennte Anschlüsse vorgesehen.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutern.

Beispiel 1

Zunächst werden, wie in Fig. 3 dargestellt, auf einer Glasplatte 1 nach und nach ein erster MR-Film 2 aus einer Permalloy von 81% Ni und 19% Fe einer Stärke von 30 nm, ein isolierender Film 3 aus Siliziumdioxid (SiO₂) einer Stärke von 200 nm und ein zweiter MR-Film 4 aus einer Permalloy einer Stärke von 30 nm abgelagert. Danach wird auf den zweiten MR-Film 4 ein Photoresistfilm 5 vom Positiv-Typ aufgebracht. Während des Auftrags der verschiedenen Filme wird das Substrat auf einer Temperatur von 300°C gehalten. Als Photoresistfilm 5 wird das Produkt AZ-1350 zur Trockenätzung verwendet.
Danach wird der Photoresistfilm 5 mittels einer in Fig. 4 dargestellten Photomaske 6 selektiv belichtet. Die Photomaske besitzt ein bestimmtes Muster entsprechend dem Muster der herzustellenden MR-Elemente. Im Falle der Verwendung des Photoresistfilms 5 vom Positiv-Typ wird ein Teil des Photoresistfilms 5, der mit Licht, das durch einen durchsichtigen Teil 6 a der Photomaske 6 hindurchtritt, belichtet wurde, nicht gehärtet und weggewaschen. Bei dieser Ausführungsform betragen die Länge L des MR -Elements etwa 1 mm, die Breite W 50 µm.
Danach erfolgt eine Trockenätzung unter Verwendung eines Gasgemischs aus gasförmigem Tetrafluorkohlenstoff, Tetrachlorkohlenstoff und Sauerstoff, wobei gleichzeitig Teile der ersten und zweiten MR-Filme 2 und 4 und des isolierenden Films 3 weggeätzt werden. Im vorliegenden Falle dienen der gasförmige Tetrafluorkohlenstoff zur Entfernung des isolierenden Films 3 und der gasförmige Tetrachlorkohlenstoff zum Ätzen der aus der Fe-Ni-Permalloy bestehenden MR-Filme 2 und 4. Der gasförmige O₂ begünstigt die Ätzung der MR -Filme. Es sei darauf hingewiesen, daß die gleichzeitige Ätzung auch durch Naßätzung oder Sprühätzung in gasförmigem Argon durchgeführt werden kann. Im Fall einer Naßätzung kann der isolierende SiO₂-Film 3 durch ein Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittel entfernt werden. Die aus einer Fe-Ni-Permalloy bestehenden MR-Filme werden hierbei mit Hilfe eines starken Säuregemisch-Ätzmittels geätzt. Es ist von Bedeutung, gleichzeitig die ersten und zweiten MR-Filme 2 und 4 und den isolierenden Film 3 im Rahmen eines einzigen Ätzvorgangs zu entfernen. Dadurch lassen sich die Muster der oberen und unteren MR-Elemente miteinander vollständig identisch machen, so daß auch die magnetischen Eigenschaften dieser MR-Elemente einander genau gleichgemacht werden können. Weiterhin läßt sich das Herstellungsverfahren als solches sehr einfach gestalten. Die unteren MR-Elemente MR 1 und MR 3 bzw. die oberen MR-Elemente MR 2 und MR 4 werden aus den ersten und zweiten MR-Filmen 2 und 4 gebildet, so daß die Dicken der MR-Elemente einander gleich werden. Auch dadurch verkleinert sich der Unterschied in den magnetischen Eigenschaften der MR- Elemente weiter.
Nach Entfernen des auf dem zweiten MR-Film 4 verbliebenen Photoresistfilms 5 wird entsprechend Fig. 5 ein weiterer Photoresistfilm 7 vom Negativ-Typ aufgetragen. In dem Photoresistfilm 7 werden an Stellen entsprechend den Verbindungen zu dem ersten MR-Film 2 mit Hilfe einer geeigneten Photomaske (vgl. Fig. 17) Öffnungen 7 a gebildet. In Fig. 5 ist lediglich eine Öffnung 7 a dargestellt. Durch die Öffnung 7 a erfolgt eine Ätzbehandlung zur Bildung von Öffnungen 4 a und 3 a in dem zweiten MR-Film 4 bzw. in dem isolierenden Film 3, wobei ein sich bis zum ersten MR-Film 2 erstreckendes durchgehendes Loch 8 entsteht.
Wie sich aus Fig. 7 ergibt, wird auf den zweiten MR-Film 4 ein elektrisch isolierender Photoresistfilm 9 vom Negativ-Typ aufgetragen. In dem Photoresistfilm 9 wird am unteren Ende des durchgehenden Loches 8 eine Öffnung 9 a erzeugt. Gleichzeitig wird in dem Photoresistfilm 9 an einer Stelle entsprechend der Verbindung zu dem zweiten MR-Film 4 eine Öffnung 9 b gebildet. Auf diese Weise werden die ersten und zweiten MR-Filme 2 und 4 teilweise freigelegt. Der isolierende Photoresistfilm 9 besteht aus einem Polyimid hervorragender elektrischer Isoliereigenschaften.
Danach wird ohne Entfernen des isolierenden Photoresistfilms 9 entsprechend Fig. 8 ein Metallfilm 10 aus einer Doppelschicht aus Molybdän (Mo) und Gold (Au) abgelagert. Die Aufdampfung des Metallfilms 10 erfolgt derart, daß die Mo- bzw. Au-Schichten Stärken von 200 bzw. 500 nm erhalten. Während des Bedampfens wird das Substrat 1 auf einer Temperatur von 250°C gehalten.
Nach dem Auftragen eines Photoresistfilms vom Positiv-Typ auf den Metallfilm 10 wird der Metallfilm mittels einer in Fig. 9 dargestellten Photomaske 11 selektiv geätzt, um ein gewünschtes Leitermuster zu erhalten. Zum Ätzen der Molybdänschicht bedient man sich eines Cerammoniumnitrat-Ätzmittels, zum Ätzen der Goldschicht wird ein Kaliumjodid-Ätzmittel verwendet. Schließlich wird der auf dem Metallmuster verbliebene Photoresistfilm entfernt, wobei der in Fig. 10 dargestellte Magnetmeßfühler erhalten wird.
Wie dargelegt, werden die aufeinanderliegenden ersten und zweiten MR-Filme 2 und 4 mit dem dazwischenliegenden isolierenden Film 3 gleichzeitig weggeätzt, so daß die Abmessungen und Formen der übereinanderliegenden ersten und zweiten MR-Elemente genau miteinander identisch gemacht werden können. Auf diese Weise werden die magnetischen Eigenschaften dieser MR -Elemente einander ähnlich, und das Herstellungsverfahren ist einfach und leicht durchzuführen. Da die Verbindung zum unteren MR-Element durch Auftragen des Metallfilms auf den Photoresistfilm 9 durch die Öffnung 9 a in dem Film 9 gebildet wird, läßt sich wirksam ein Kurzschluß zwischen den ersten und zweiten MR-Filmen 2 und 4 vermeiden.

Beispiel 2

In diesem Beispiel werden auf einem Glassubstrat 21 nach und nach ein erster MR-Film 22 aus einer Ni-Fe-Permalloy, ein erster isolierender Film 23 aus Ta₂O₅, ein zweiter MR-Film 24 aus einer Ni-Fe-Permalloy und ein zweiter isolierender Film 25 aus SiO₂ abgelagert (vgl. Fig. 11). Bei dieser Ausführungsform ist es von wesentlicher Bedeutung, die ersten und zweiten isolierenden Filme 23 und 25 aus unterschiedlichen isolierenden Materialien herzustellen. Auf den zweiten isolierenden Film 25 wird ein Photoresistfilm 26 vom Positiv-Typ aufgetragen. Danach wird der Photoresistfilm 5 teilweise mit Hilfe der Photomaske 6 (vgl. Fig. 4) weggeätzt. Schließlich werden alle vier Filme 22-25 gleichzeitig mit Hilfe eines gasförmigen Ätzmittels aus gasförmigem CF₄, gasförmigem CCl₄ und gasförmigem O₂ geätzt, wobei das in Fig. 12 dargestellte Gebilde erhalten wird.
Nach Ablagerung eines Photoresistfilms 27 wird in diesem an einer Stelle entsprechend der Verbindung zum zweiten MR-Film 25 eine Öffnung 27 a gebildet. Danach wird in dem zweiten isolierenden Film 25 mit Hilfe eines für den zweiten isolierenden Film aus SiO₂ selektiven Ätzmittels, das jedoch den ersten isolierenden Film 23 aus Ta₂O₅ nicht angreift, eine Öffnung 25 a hergestellt. Ein Beispiel für ein einschlägiges Ätzmittel ist ein Fluorwasserstoffsäure- Ätzmittel.
Da im vorliegenden Falle ein für SiO₂ selektives Ätzmittel verwendet wird, wird - selbst wenn in dem zweiten MR-Film 24 Löcher enthalten sind und das Ätzmittel durch die Löcher bis zum ersten isolierenden Film 23 vordringt - der erste isolierende Film 23 nicht weggeätzt, wodurch sich Kurzschlüsse zwischen den ersten und zweiten MR-Filmen 22 und 24 wirksam vermeiden lassen.
Schließlich wird das erhaltene Gebilde in der in Beispiel 1 im Zusammenhang mit Fig. 5 bis 10 erläuterten Weise weiterbearbeitet. So wird beispielsweise nach Auftragen eines neuen Photoresistfilms 28 in diesem an einer Stelle entsprechend der Verbindung zum ersten MR-Film 22 eine Öffnung 28 ausgebildet. Danach werden Teile des zweiten isolierenden Films 25, des zweiten MR-Films 24 und des ersten isolierenden Films 23 zur Bildung eines durchgehenden Loches bzw. einer durchgehenden Öffnung entfernt (vgl. Fig. 14A). Nach Entfernen des Photoresistfilms 28 wird ein isolierender Photoresistfilm 29 abgelagert. In diesem werden an Stellen entsprechend den Verbindungen zu den ersten und zweiten MR-Filmen 22 und 24 Öffnungen 29 a und 29 b hergestellt (vgl. Fig. 14B). Nach Auftragen eines Metallfilms 30 auf den Photoresistfilm 29 (vgl. Fig. 14C) wird der Metallfilm 30 mit Hilfe der in Fig. 9 gezeigten Photomaske weggeätzt, wobei ein Metallmuster entsteht. Schließlich wird der auf dem Metallfilm 30 verbliebene Photoresistfilm entfernt, wobei der in Fig. 14D dargestellte Magnetmeßfühler erhalten wird.
Neben den in Beispiel 1 bereits geschilderten Vorteilen läßt sich bei der im vorliegenden Beispiel beschriebenen Ausführungsform eines Magnetmeßfühlers noch folgender Vorteil erreichen: Zur Ausbildung der Verbindung zum oberen MR-Film 24 wird in dem zweiten isolierenden Film 25 mit Hilfe eines selektiv den zweiten isolierenden Film 25 aus SiO₂, jedoch nicht den ersten isolierenden Film 23 angreifenden Ätzmittels die Öffnung 25 a hergestellt. Selbst wenn also das Ätzmittel über möglicherweise vorhandene Löcher in dem zweiten MR-Film 24 mit dem ersten isolierenden Film 23 in Kontakt gelangt, wird der erste isolierende Film 23 dadurch niemals entfernt. Dies führt dazu, daß die ersten und zweiten MR-Filme 22 und 24 während des Aufdampfens des Metallfilms 30 nicht kurzgeschlossen werden.

Beispiel 3

In diesem Beispiel werden, wie aus Fig. 15 hervorgeht, auf ein Siliziumsubstrat 31 nach und nach ein erster isolierender Film 32 aus Ta₂O₅ einer Stärke von 50 nm, ein erster MR-Film 33 einer Stärke von 30 nm aus einer Ni-Fe-Permalloy, ein zweiter isolierender Film 34 einer Stärke von 150 nm aus SiO₂, ein dritter isolierender Film 35 einer Stärke von 50 nm aus Ta₂O₅, ein zweiter MR-Film 36 einer Stärke von 30 nm aus einer Ni-Fe- Permalloy und ein vierter isolierender Film 37 einer Stärke von 150 nm aus SiO₂ abgelagert. Während der Ablagerung der sechs Filme 32-37 wird das Substrat 31 auf eine Temperatur von 300°C erwärmt.
Nach Ablagerung eines Photoresistfilms vom Positiv-Typ werden die sechs Filme 32 bis 37 gleichzeitig mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Photomaske 6 einer Musterbildung unterworfen. Die Musterbildungsbehandlung erfolgt durch Trockenätzung mit Hilfe eines Gasgemisches mit gasförmigem CF₄ zur Entfernung der isolierenden Filme aus SiO₂ und Ta₂O₅, gasförmigem CCl₄ zur Beseitigung der MR-Filme aus der Fe-Ni-Permalloy und gasförmigem O₂ zur Förderung der Wirkung des gasförmigen CCl₄.
Indem man sämtliche sechs Filme gleichzeitig einer Ätzbehandlung unterwirft, läßt sich das Herstellungsverfahren sehr einfach gestalten. Darüber hinaus können Abmessungen und Form der übereinander angeordneten MR -Elemente miteinander vollständig identisch gemacht werden, so daß ihre magnetischen Eigenschaften genau zur Übereinstimmung gebracht werden können.
Wie aus Fig. 16 hervorgeht, wird anschließend ein Photoresistfilm 38 vom Negativ-Typ aufgetragen. In diesem wird mit Hilfe einer in Fig. 17 dargestellten Photomaske 39 eine Öffnung 38 gebildet. Die Photomaske 39 besitzt trübe Stellen 39 a an Stellen entsprechend den Verbindungspunkten zu dem unteren MR-Film 33.
Durch teilweises Wegätzen des vierten isolierenden Films 37, des zweiten MR-Films 36 und des dritten isolierenden Films 35 entsteht ein durchgehends Loch 40, das sich bis zum zweiten isolierenden Film 34 erstreckt (vgl. Fig. 18). Auch in diesem Falle bedient man sich einer Trockenätzung mit Hilfe eines Gasgemischs aus CF₄, CCl₄ und O₂. Während dieser Ätzbehandlung läßt sich der zweite isolierende Film 34 mehr oder weniger ätzen, so daß der Ätzvorgang nicht genau gesteuert werden muß. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ätzung auch als Naßätzung durchgeführt werden kann. In diesem Falle bedient man sich als Ätzmittel für SiO₂ eines Fluorwasserstoffsäure- Ätzmittels, eines alkalischen Ätzmittels für Ta₂O₅ und eines starken Säuregemisch-Ätzmittels zum Ätzen der Fe-Ni-Permalloy.
Nach Entfernen des restlichen Photoresistfilms 38 wird ein isolierender Polyimid-Photoresistfilm 41 vom Negativ- Typ aufgetragen (vgl. Fig. 19). In diesem werden mit Hilfe einer in Fig. 20 dargestellten Photomaske 42Öffnungen 41 a und 41 b gebildet. Die Öffnung 41 a entsteht in dem durchgehenden Loch 40. Opake Stellen der Photomaske 42, die der Öffnung 41 a entsprechen, werden in Fig. 20 mit 42 a bezeichnet. Die restlichen opaken Stellen 42 b in der Photomaske 42 entsprechen der Öffnung 41 b zur Bildung der Verbindungspunkte zum oberen MR-Film 36. Die Photomaske 42 enthält ferner einen relativ großen, rechteckigen, trüben Bereich 42 c, der dazu dient, einen Teil des isolierenden Photoresistfilms 41 an einer Verbindungsstelle zu entfernen. In Fig. 19 ist jedoch - aus Vereinfachungsgründen - eine dem trüben Bereich 42 c entsprechende Öffnung im Photoresistfilm 41 nicht dargestellt.
Aus Fig. 21 geht hervor, daß über die Öffnungen 41 a und 41 b mit Hilfe eines selektiven nassen Ätzmittels, das SiO₂, jedoch nicht Ta₂O₅ angreift, Teile der zweiten und vierten isolierenden Filme 34 und 37 aus SiO₂ selektiv entfernt werden. Eine derartige selektive Naßätzung kann beispielsweise mit einem Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittel, z. B. HF+6NH₄F, durchgeführt werden. Durch die selektive Ätzbehandlung werden sich bis zu den ersten und zweiten MR-Filmen 33 und 36 erstreckende Löcher 34 a und 37 a gebildet. Da auch hier ein selektives Ätzmittel für SiO₂ verwendet wird, kann man in höchst wirksamer Weise einen Kurzschluß zwischen den ersten und zweiten MR-Filmen 33 und 36 aufgrund möglicherweise vorhandener Löcher verhindern.
Aus Fig. 22 geht hervor, daß bei einer Temperatur des Substrats 31 von etwa 250°C auf dem isolierenden Photoresistfilm 41 ein Metallfilm 42 aus einer Molybdänschicht einer Stärke von 200 nm und einer Goldschicht einer Stärke von 500 nm abgelagert wird.
Nach Auftragen eines Photoresistfilms vom Positiv-Typ wird entsprechend Fig. 23 der Metallfilm 42 mit Hilfe der in Fig. 9 dargestellten Photomaske 11 geätzt.
Fig. 24 zeigt, daß chipförmige Elemente 46 und 47 mit magnetischer Widerstandsänderung, die in der geschilderten Weise hergestellt wurden, auf einem Metallteil 45 a einer Unterlage 44 aus einer isolierenden Grundplatte aus glasfaserverstärktem Epoxyharz, einer darauf befindlichen Ni-Schicht einer Stärke von 5 µm und einer auf dieser befindlichen Au-Schicht einer Stärke von 1 µm befestigt sind. Da das Metallteil 45 a großflächig ist, läßt sich darüber eine ausreichende Wärmeableitung sicherstellen. Jedes der chipförmigen Elemente 46 und 47 enthält vier MR-Elemente. Die Anschlüsse T 1-T 6 und T 1&min;-T 6&min; sind über dünne Drähte 48 an die Leiterteile 45 a und 45 b der Unterlage 45 angeschlossen. Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Verdrahtung wurden bereits vorher Teile des isolierenden Photoresistfilms 41, die unter den Anschlüssen T 1-T 6 und T 1&min;-T 6&min; liegen würden, in der im Zusammenhang mit dem opaken Bereich 42 c der Photomaske 42 (vgl. Fig. 20) geschilderten Weise entfernt.
Die in den chipförmigen Elementen 46 und 47 gebildeten acht MR-Elemente MR 1-MR 4 und MR 1&min;-MR 4&min; werden zu einer in Fig. 25 dargestellten Brückenschaltung zusammengeschaltet. Dies bedeutet, daß Anschlüsse 49 a und 49 f auf der Unterlage 44 an positive und negative Speisepunkte einer Stromquelle E, Anschlüsse 49 b und 49 c an Eingänge eines ersten Differenzverstärkers DA und Anschlüsse 49 d und 49 e an Eingänge eines zweiten Differenzverstärkers DA&min; angeschlossen werden. Die Ausgangssignale aus den Differenzverstärkern DA und DA&min; werden einer Signalverarbeitungsschaltung SPC zugeführt und in dieser verarbeitet.
Aus Fig. 26 geht hervor, daß der als Kodiergerät benutzte Magnetmeßfühler 50 derart gegenüber einem magnetischen Aufzeichnungsmaterial angeordnet ist, daß die chipförmigen MR -Elemente 46 und 47 den auf dem magnetischen Aufzeichnungsmaterial aufgezeichneten Magnetisierungsmustern 51 a und 51 b mit gegebener Phasenbeziehung gegenüberliegen, d. h. der Magnetmeßfühler 50 ist in bezug auf die Richtung, in der sich die Magnetisierungsmuster 51 a und 51 b erstrecken, geneigt. Folglich wird von der Signalverarbeitungsschaltung SPC ein Ausgangssignal geliefert, das eine Richtung und ein Ausmaß an Verlagerung zwischen dem Magnetmeßfühler und dem Aufzeichnungsmaterial wiedergibt.
Bei den geschilderten Ausführungsbeispielen werden als Isoliermaterial SiO₂ und Ta₂O₅ verwendet; an deren Stelle können jedoch auch beliebige andere Oxide, Fluoride und Nitride, z. B. MgF₂ und Si₃N₄, zum Einsatz gelangen. Darüber hinaus kann die Ätzung anstatt durch Trockenätzung oder Naßätzung auch durch Sprühätzung in gasförmigem Argon erfolgen. In den Beispielen 2 und 3 besteht der oberste isolierende Film aus einem isolierenden Polyimid-Photoresistfilm; es ist jedoch auch möglich, nach Entfernen des Photoresistfilms einen getrennten isolierenden Film aufzutragen. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, den isolierenden Photoresistfilm zu verwenden. Bei den geschilderten Ausführungsbeispielen besteht das Substrat aus Glas und Silizium, es kann jedoch in gleicher Weise auch aus anderen Materialien, z. B. keramischen Werkstoffen, bestehen. Ferner umfaßt in dem zuletzt geschilderten Ausführungsbeispiel der Chip 4 MR-Elemente; er kann jedoch auch mindestens zwei übereinander angeordnete MR- Elemente enthalten. Es sei darauf hingewiesen, daß der Magnetmeßfühler auch als "Lesekopf" zum Ablesen von auf magnetischen Aufzeichnungsmaterialien, z. B. Magnetbändern oder Magnetplatten, aufgezeichneten Informationen verwendet werden kann. In den Beispielen entsteht die Ätzmaske durch selektive Belichtung des Photoresistfilms über die Photomaske, man kann jedoch auch einen Resistfilm einsetzen, der durch Bestrahlen mit Elektronenstrahlen anstelle von Licht gehärtet wird. In einem solchen Falle kann auf Photomasken verzichtet werden.
Da bei Durchführung des beschriebenen Verfahrens die Mustergebung bei den beiden übereinander angeordneten MR-Elementen im Rahmen eines einzigen Ätzvorgangs erfolgt, können Abmessungen und Form der beiden MR- Elemente miteinander genau in Übereinstimmung gebracht werden, so daß auch die magnetischen Eigenschaften der MR-Elemente miteinander identisch sind. Auf diese Weise läßt sich die Genauigkeit erheblich verbessern und die Anzahl der Herstellungsstufen klein halten. Da vor Ablagerung des Metallfilms die Seitenwände des durchgehenden Loches mit dem isolierenden Film abgedeckt werden, läßt sich in höchst wirksamer Weise ein Kurzschluß vermeiden. Wenn in diesem Falle der isolierende Film aus dem isolierenden Photoresistfilm besteht, läßt sich das Herstellungsverfahren sehr einfach gestalten. In den Beispielen 2 und 3 erfolgt die selektive Ätzung in Kombination mit verschiedenen Arten isolierender Materialien, weswegen ein Kurzschluß über möglicherweise vorhandene Löcher vermieden wird. Aus Beispiel 3 geht hervor, daß sich in dem Falle, daß das Substrat aus Silizium besteht, die Wärmestrahlungseigenschaften verbessern lassen. Folglich kann ein größerer Strom durch die MR-Elemente fließen, so daß ein Nachweis- Ausgangssignal mit hohem Rauschabstand gebildet wird.
Siliziumsubstrate werden auf dem Halbleitergebiet in hohem Maße zum Einsatz gebracht, d. h. Siliziumsubstrate stehen ohne weiteres in hoher Qualität zur Verfügung. Da - wie Beispiel 3 zeigt - die einzelnen MR-Elemente zwischen den isolierenden Filmen aus demselben Material eingebettet sind, lassen sich die magnetischen Eigenschaften der MR-Elemente weiter verbessern, so daß die Genauigkeit verbessert ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Magnetmeßfühlers mit mindestens zwei übereinanderliegenden und durch eine Isolierschicht getrennten Elementen mit magnetischer Widerstandsänderung, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einem Substrat (1, 21, 31) nacheinander in der nachstehenden Reihenfolge mindestens einen ersten Film (2, 22, 33) mit magnetischer Widerstandsänderung, einen ersten isolierenden Film (3, 23, 34, 35) und einen zweiten Film (4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung ablagert, auf den zweiten Film (4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung einen Resistfilm (5, 26) aufbringt, selektiv den Resistfilm (5, 26) entsprechend einem gegebenen Muster der herzustellenden Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung entfernt, gleichzeitig den ersten und zweiten Film (2, 22, 33; 4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung und den ersten isolierenden Film (3, 23, 34, 35) über den Resistfilm (5, 26) ätzt, um übereinanderliegende und durch den dazwischenliegenden ersten isolierenden Film (3, 23, 34, 35) getrennte erste und zweite Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung auszubilden, in dem zweiten Film (4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung und in dem ersten isolierenden Film (3, 23, 34, 35) sich bis zum ersten Film (2, 22, 33) mit magnetischer Widerstandsänderung erstreckende oder sich bis zu einem auf dem ersten Film (33) mit magnetischer Widerstandsänderung angeordneten ersten Teilfilm (34) des ersten isolierenden Films (34, 35) erstreckende, durchgehende Löcher (8, 40) ausbildet und auf den zweiten Film (4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung einen zweiten isolierenden Film (9, 29, 41) aufbringt, in dem zweiten isolierenden Film (9, 29, 41) am unteren Ende der durchgehenden Löcher (8, 40) sich bis zum ersten Film (2, 22, 33) mit magnetischer Widerstandsänderung erstreckende Öffnungen (9 a, 29 a, 41 a) ausbildet, auf dem zweiten isolierenden Film (9, 29, 41) einen Metallfilm (10, 30, 42) ablagert und selektiv den Metallfilm (10, 30, 42) entsprechend einem gegebenen Muster entfernt, um den elektrischen Anschluß an den ersten Film (2, 22, 33) mit magnetischer Widerstandsänderung herzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig mit der Bildung der Öffnungen (9 a, 29 a, 41 a) in den durchgehenden Löchern (8, 40) in dem auf den zweiten Film (4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung aufgebrachten zweiten isolierenden Film (9, 29, 41) an Stellen entsprechend dem elektrischen Anschluß an den zweiten Film (4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung Öffnungen (9 b, 29 b, 41 b) ausbildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den auf den zweiten Film (4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung aufgebrachten zweiten isolierenden Film (9, 29, 41) aus einer isolierenden Resistmasse herstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als isolierende Resistmasse eine isolierende Photoresistmasse verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als isolierende Photoresistmasse ein Polyimid verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den zweiten Film (24) mit magnetischer Widerstandsänderung vor Auftragen des Resistfilms (26) einen dritten isolierenden Film (25) aus einem vom isolierenden Material des ersten isolierenden Films (23) verschiedenen isolierenden Material aufbringt, den ersten und zweiten Film (22, 24) mit magnetischer Widerstandsänderung und den ersten und dritten isolierenden Film (23, 25) durch eine einzige Ätzbehandlung teilweise entfernt, Teile des dritten isolierenden Films (25) mit Hilfe eines für den dritten isolierenden Film (25) selektiven Ätzmittels, das den ersten isolierenden Film (23) nicht angreift, zur Bildung von Öffnungen (27 a) selektiv entfernt und über diese Öffnungen (27 a) an dem zweiten Film (24) mit magnetischer Widerstandsänderung einen elektrischen Anschluß herstellt (Fig. 11 bis 14).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten isolierenden Film (23) aus Ta₂O₅ und den dritten isolierenden Film (25) aus SiO₂ herstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus SiO₂ bestehenden dritten isolierenden Film (25) teilweise mit einem Fluorwasserstoffsäure- Ätzmittel entfernt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Metallfilm (10, 30, 42) durch sukzessives Ablagern einer Molybdänschicht und einer Goldschicht ausbildet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und zweiten Film (2, 22, 33; 4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung und den ersten isolierenden Film (3, 23, 34, 35) gleichzeitig mit Hilfe eines Trockenätzmittels in Form eines Gasgemisches aus gasförmigem CF₄, gasförmigem CCl₄ und gasförmigem O₂ ätzt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und zweiten Film (2, 22, 33; 4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung und den ersten isolierenden Film (3, 23, 34, 35) gleichzeitig durch Naßätzung mit Hilfe eines Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittels und eines starken Säuregemisch- Ätzmittels ätzt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und zweiten Film (2, 22, 33; 4, 24, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung und den ersten isolierenden Film (3, 23, 34, 35) durch Sprühätzung in Argongas ätzt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Substrat (31) vor Ablagerung des ersten Films (33) mit magnetischer Widerstandsänderung einen vierten isolierenden Film (32) ablagert, den ersten isolierenden Film ( 34, 35) aus einem auf dem ersten Film (33) mit magnetischer Widerstandsänderung angeordneten ersten Teilfilm (34) und einem darauf angeordneten zweiten Teilfilm (35) ausbildet, auf dem zweiten Film (36) mit magnetischer Widerstandsänderung einen fünften isolierenden Film (37) ablagert, die Filme (33, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung und die isolierenden Filme (32, 34, 35, 37) gleichzeitig zur Bildung der ersten und zweiten Elemente mit magnetischer Widerstandsänderung ätzt, in dem fünften isolierenden Film (37), dem zweiten Film (36) mit magnetischer Widerstandsänderung und dem zweiten Teilfilm (35) an Stellen entsprechend dem elektrischen Anschluß an das erste Element mit magnetischer Widerstandsänderung durchgehende Löcher (40) erzeugt, auf dem fünften isolierenden Film (37) den zweiten isolierenden Film (41) ablagert, in dem zweiten isolierenden Film ( 41) am unteren Ende der durchgehenden Löcher (40) und an Stellen entsprechend einem elektrischen Anschluß an das zweite Element mit magnetischer Widerstandsänderung Öffnungen (41 a, 41 b) herstellt, in dem zweiten Teilfilm (34) und dem fünften isolierenden Film (37) durch diese Öffnungen (41 a, 41 b) durchgehende Löcher erzeugt, um Teile des ersten und zweiten Films (33, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung freizulegen, auf dem zweiten isolierenden Film (41) den Metallfilm (43) ablagert und den Metallfilm (43) selektiv entfernt, um an den ersten und zweiten Film (33, 36) mit magnetischer Widerstandsänderung elektrische Anschlüsse herzustellen (Fig. 15 bis 23).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten isolierenden Film (41) als isolierenden Resistfilm ausbildet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den isolierenden Resistfilm als isolierenden Polyimid-Photoresistfilm ausbildet.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die ersten und zweiten Teilfilme (34, 35) aus unterschiedlichen Materialien herstellt und die sich bis zum ersten Teilfilm (34) erstreckenden durchgehenden Löcher (40) mit Hilfe eines für den zweiten Teilfilm (35) selektiven Ätzmittels, das jedoch den ersten Teilfilm (34) nicht angreift, herstellt.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Substrat (31) ein Siliziumsubstrat verwendet.