DE3800243C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein magnetoresistives Element aus
ferromagnetischem Material und ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
In letzter Zeit werden magnetoresistive Elemente aus ferromagnetischen
Materialien als Winkelstellungsdetektoren,
Magnetsensoren und ähnliches eingesetzt. Ein magnetoresistives
Element aus ferromagnetischem Material ist ein
Element, bei dem sich der elektrische Widerstand abhängig
von dem Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung des
ferromagnetischen Materials und der Richtung eines durchfließenden
elektrischen Stromes ändert, wenn das ferromagnetische
Material in ein Magnetfeld gebracht wird.
Typische Beispiele magnetischer Materialien mit magnetoresistivem
Effekt sind Ni-Fe-Legierungen, Ni-Co-Legierungen
und andere ferromagnetische Materialien.
Ein typisches Beispiel solch eines magnetoresistiven Elements
aus ferromagnetischem Material ist in den Fig. 1A und
1B gezeigt. Fig. 1A stellt eine Draufsicht auf das Element
und Fig. 1B eine Schnittansicht längs der Linie A-A′ in
Fig. 1 dar. In diesen Figuren ist das magnetoresistive Element
allgemein mit 0 bezeichnet. Das Element 0 weist magnetisch
empfindliche Teile 1 in Form eines Musters schmaler Linien,
Zuleitungsteile 2, deren Breite nicht unter etlichen 100 µm
liegt, Anschlußteile 3 für den äußeren Anschluß und ein
Substrat 4 auf. Die Empfindlichkeit solch eines magnetoresistiven
Elements ist als ΔR/R definiert, wobei ΔR die
Widerstandsänderung der magnetisch empfindlichen Teile 1
ist, die auftritt, wenn das Element einem Magnetfeld ausgesetzt
wird. R stellt den Widerstand des gesamten Elements
dar. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit des magnetoresistiven
Elements ist eine deutliche Erhöhung von ΔR und eine Verringerung
des prozentualen Anteils des Widerstandes der Zuleitungsteile
2 erforderlich. Aus diesen Gründen ist es üblich,
wenn das für die Zuleitungen 2 verwendete Filmmaterial
dasselbe ist wie das der magnetisch empfindlichen
Teile 1, die Filmdicke der Zuleitungsteile 2 gleich der der
magnetisch empfindlichen Teile 1 zu machen, ihre Breite jedoch
zu vergrößern, wie es in den Fig. 1A und 1B vereinfacht
dargestellt ist.
Diese Methode hat den Vorteil, daß das Muster für ein solches
Element leicht ausgebildet werden kann. Andererseits
sind mit dieser Methode etliche Probleme verbunden. Zum
einen ist es schwierig, das Element sehr klein auszubilden,
da der Filmwiderstand des Dünnfilms groß ist und folglich
eine große Substratfläche nötig ist, um den elektrischen
Widerstand der Zuleitungsteile zu verringern. Zum anderen
kann eine gewünschte Empfindlichkeit oft deshalb nicht erzielt
werden, weil der Widerstand der Zuleitungsteile, der
gewöhnlich 5 bis 10% des Gesamtwiderstandes beträgt, nicht
ausreichend gering gemacht werden kann. Des weiteren kann
ein Ungleichgewicht der Widerstandswerte der Zuleitungsteile
auftreten, das heißt, es ergibt sich eine Offsetspannung
am Ausgang des magnetoresistiven Elements, selbst wenn
dieses keinem Magnetfeld ausgesetzt ist. Dies wiederum beeinträchtigt
die Eigenschaften des Elements. Diese herkömmliche
Methode leidet noch an weiteren Problemen, daß nämlich,
wenn ein Dünnfilm gleicher Dicke und gleichen Materials
wie der der magnetisch empfindlichen Teile 1 zur Ausbildung
der Zuleitungsteile 2 verwendet wird, deren Filmwiderstand
groß wird. Es ist dann nicht möglich, eine ausreichende
Zuverlässigkeit sicherzustellen, da der äußere elektrische
Anschluß nicht ohne Schwierigkeiten hergestellt
werden kann.
Es ist eine andere Methode vorgeschlagen worden, bei der
die Filmdicke der Zuleitungsteile 2 größer ist als die des
bzw. der magnetisch empfindlichen Teile 1. Nach einer weiteren
vorgeschlagenen Methode soll für die Zuleitungsteile
2 Material höherer Leitfähigkeit als für die magnetisch
empfindlichen Teile 1 verwendet werden. Mit diesen Methoden
läßt sich das magnetoresistive Element miniaturisieren. Die
Fig. 2A und 2B zeigen solch ein herkömmliches magnetoresistives
Element, wobei Fig. 2A eine Draufsicht und Fig. 2B
eine Schnittansicht längs der Linie A-A′ von Fig. 2A ist.
In diesen Figuren bezeichnet 22 einen Teil eines Zuleitungsteils
2, der gleichzeitig mit den magnetisch empfindlichen
Teilen 1 aus demselben Material wie diese ausgebildet wird.
21 bezeichnet ein auf dem Teil 22 ausgebildetes Zuleitungselement.
In diesem Fall unterscheiden sich die Abschnitte 1
des empfindlichen Teils des magnetisch empfindlichen Elements
und die Zuleitungsteile 2 des magnetoresistiven Elements
voneinander im Hinblick auf die Filmdicke. Solch ein
Aufbau führt zu dem Vorteil, daß die Zuleitungsteile einen
niedrigen Filmwiderstand aufweisen.
Da jedoch bei dieser Methode die magnetisch empfindlichen
Teile und die Zuleitungsteile gesondert ausgebildet werden,
ist die Ausrichtung der Verbindungen zwischen ihnen schwierig.
Herkömmliche Elemente haben im allgemeinen eine oder
beide Außenkanten der magnetisch empfindlichen Teile mit
einer geringen Breite und wenigstens eine der Außenkanten
von Zuleitungsteilen längs einer geraden Linie angeordnet.
Bei einem solchen Aufbau tritt jedoch oft eine Offsetspannung
aufgrund einer geringen Diskrepanz bei der Ausrichtung
an den Verbindungen zwischen den magnetisch empfindlichen
Teilen und den Zuleitungsteilen auf. Diese Diskrepanz tritt
bei der Herstellung des magnetoresistiven Elements unvermeidlich
auf.
Fig. 3A zeigt ein Beispiel eines Musters für die Verbindung
zwischen einem magnetisch empfindlichen Teil 1 und Zuleitungsteilen
2, wo die Filmbreiten einander gleichen. In der
Praxis werden die magnetisch empfindlichen Teile 1 und die
Zuleitungsteile 2 nicht gleichzeitig hergestellt, so daß
eine Diskrepanz in der Ausrichtung, wie sie in Fig. 3B gezeigt
ist, leicht auftreten kann. Als Folge kann an der
Grenze zwischen einem magnetisch empfindlichen Teil 1 und
einem Zuleitungsteil 2 ein Zuleitungsbruch auftreten, so
daß die hergestellten Elemente unzuverlässig sind. Außerdem
wird wegen dieser Ausrichtungsdiskrepanz die Offsetspannung
groß, wie zuvor beschrieben.
Fig. 4A zeigt ein Beispiel des Musters der Verbindung zwischen
einem magnetisch empfindlichen Teil 1 und Zuleitungsteilen
2, die jeweils nur an ihrer einen Seite gegenüber
dem magnetisch empfindlichen Teil 1 verbreitert sind. Eine
Ausrichtungsdiskrepanz tritt auch in diesem Fall auf, wie
in Fig. 4B gezeigt, und auch hier kann es zu einem Bruch an
den Grenzen zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen
und den Zuleitungsteilen kommen. In einem solchen Fall wird
die Offsetspannung hoch, und demzufolge ist das Element
nicht zuverlässig. Wenn also das magnetoresistive Element
so ausgelegt wird, daß alle magnetisch empfindlichen Teile
denselben Widerstandswert aufweisen, dann ist eine Diskrepanz
zwischen den Widerstandswerten der magnetisch empfindlichen
Teile dennoch unvermeidlich, und zwar infolge der
Diskrepanz im Muster für die Verbindungen zwischen den
magnetisch empfindlichen Teilen 1 und den Zuleitungsteilen
2 während der Herstellung des magnetoresistiven Elements.
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf ein weiteres magnetoresistives
Element, das auf gleiche Weise wie das in den Fig. 2A
und 2B gezeigte hergestellt wurde. Dieses Beispiel unterscheidet
sich in der Anordnung der magnetisch empfindlichen
Teile von dem in den Fig. 2A und 2B gezeigten, jedoch ist
die Form der Verbindungsabschnitte zwischen den magnetisch
empfindlichen Teilen und den Zuleitungsteilen identisch mit
dem in den Fig. 2A und 2B gezeigten herkömmlichen Beispiel.
Daher leidet das Beispiel von Fig. 5 an den gleichen Problemen,
wie sie voranstehend erläutert wurden.
Es soll nun kurz die Offsetspannung eines magnetoresistiven
Elements erläutert werden. Fig. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild
des magnetoresistiven Elements von Fig. 2A. Unter Offsetspannung
wird eine Spannung verstanden, die an den Ausgangsanschlüssen
auftritt, selbst wenn das magnetoresistive
Element keinem Magnetfeld ausgesetzt ist. Der Wert dieser
Offsetspannung ist die Spannungsdifferenz zwischen der
Sollspannung an den Ausgangsanschlüssen und der tatsächlich
erhaltenen Spannung. Im Ersatzschaltbild von Fig. 6 ist die
Offsetspannung Voff=V₂₄-V′₂₄ unter der Annahme, daß die
Sollspannung V₂₄ und die tatsächlich erhaltene Spannung
zwischen den Elektroden 3-2 und 3-4 V′₂₄ beträgt. Diese
Offsetspannung tritt auf, wenn zwischen den Anschlüssen 3-1
und 3-3 eine Eingangsspannung Vin angelegt wird.
In Fig. 6 sind R₁, R₂, R₃ und R₄ Widerstandswerte der Zuleitungsteile
2-1, 2-2, 2-3 bzw. 2-4, wie sie in Fig. 2A
bezeichnet sind. R₁₂, R₂₃, R₃₄ und R₁₄ sind Widerstandswerte
der magnetisch empfindlichen Teile 1 zwischen den Zuleitungsteilen
2-1 und 2-2, den Zuleitungsteilen 2-2 und 2-
3, den Zuleitungsteilen 2-3 und 2-4 bzw. den Zuleitungsteilen
2-1 und 2-4. r₁₄, r′₁₄, r₃₄, r′₃₄, r₂₃, r′₂₃, r₁₂ und
r′₁₂ bezeichnen kombinierte Widerstandswerte eines Teils
der Zuleitungsteile 2 und der jeweiligen Verbindungsabschnitte.
Damit ΔR/R groß wird, müssen R₁, R₂, R₃, R₄
sowie r₁₄, r′₁₄, r₃₄, r′₃₄, r₂₃, r′₂₃, r₁₂ und r′₁₂ klein
sein. Wenn die Werte von r₁₄, r′₁₄, r₃₄, r′₃₄, r₂₃, r′₂₃,
r₁₂ und r′₁₂ sich voneinander unterscheiden, tritt eine
Streuung in den Sollwiderstandswerten der die magnetisch
empfindlichen Teile enthaltenden Brückenschaltung auf, was
die Offsetspannung verursacht. Wenn die Verbindungsabschnitte
gemäß Darstellung in den Fig. 3A oder 4A gestaltet
werden und die Ausrichtung zwischen den magnetisch empfindlichen
Teilen 1 und den Zuleitungsteilen 2 auch nur geringfügig
von dem gewünschten Zustand abweicht, dann tritt eine
Streuung zwischen den Werten von r₁₂ bis r₁₄ und den Werten
r′₁₂ bis r′₁₄ auf, was die Offsetspannung verursacht. Diese
Offsetspannung verschlechtert die Eigenschaften des Elements
und führt zu einer geringen Produktionsausbeute.
In Patent Abstracts of Japan E-156, 3.2.1983, Band 7, Nr. 27,
57-1 83 085 A ist ein magnetisches Reluktanzelement mit zwei Elektroden
und daran angeschlossenen Widerstandsbahnen gezeigt.
Letzere umfassen gestreckte Abschnitte und Wendeabschnitte.
Der Widerstand der Wendeabschnitte wird durch geeignete
Materialzusammensetzung kleiner gemacht als der Widerstand
der gestreckten Bahnen. Letztere sind an die Elektroden
angeschlossen. Bei dieser Anordnung sind keine Zuleitungsteile
vorhanden. Sowohl die Wendeabschnitte als
auch die gestreckten Abschnitte sind Teile, die nicht den
oben angesprochenen Zuleitungsteilen (2) entsprechen. Wegen
des Fehlens von Zuleitungsteilen entsteht auch nicht das
hier interessierende Problem von Offset-Spannungen. Aus Patent
Abstracts of Japan E-437, 16.9.1986, Band 10, Nr. 272, 61-94 383 A
ist ein magnetischer Sensorabschnitt bekannt, der direkt
mit Anschlüssen verbunden ist. Hier ist überhaupt kein Zuleitungsmuster
vorhanden. Der Sensorabschnitt ist ein gemusterter,
dünner ferromagnetischer Film aus dem gleichen Material
wie die Anschlüsse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetorestriktives
Element und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben,
welches eine hohe Empfindlichkeit ausweist und
nicht unter Offset-Spannungen infolge von Fehlanpassungen
zwischen Verbindungen und magnetisch empfindlichen Teilen
leidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 beziehungsweise
im Anspruch 12 angegebene Erfindung.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11
bzw. 13 bis 18 angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Element ist die elektrische Symmetrie
auch dann erhalten, wenn eine unerwünschte leichte
Verschiebung gegenüber der Sollausrichtung an den Verbindungsstellen
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen
und den Zuleitungsteilen auftritt, wie sie bei der Herstellung
nicht immer vermieden werden kann.
Verglichen mit der herkömmlichen Form dieser Verbindung zeichnet
sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung durch eine sehr
geringe Widerstandsänderung zwischen magnetisch empfindlichen
Teilen und Zuleitungsteilen aus. Dadurch, daß die ersten
Verbindungsabschnitte in Querrichtung über die beiden
Seiten der magnetisch empfindlichen Teile herausragen, wird
die Symmetrie der Sollwerte der elektrischen Widerstände
der empfindlichen Teile nicht geändert, so daß keine Offset-
Spannungen auftreten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1A eine Draufsicht auf ein Beispiel eines herkömmlichen
magnetoresistiven Elements,
Fig. 1B eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A′ in
Fig. 1A,
Fig. 2A eine Draufsicht auf ein anderes Beispiel eines
herkömmlichen magnetoresistiven Elements,
Fig. 2B eine Schnittansicht längs der Linie A-A′ in
Fig. 2A,
Fig. 3A und 4A herkömmliche Muster der Verbindung
zwischen einem magnetisch empfindlichen
Teil und einem Zuleitungsteil,
Fig. 3B und 4B Darstellungen von Mustern der Verbindung
entsprechend den Fig. 3A bzw. 4A,
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein anderes Beispiel eines
herkömmlichen magnetoresistiven Elements,
Fig. 6 ein Ersatzschaltbild eines magnetoresistiven
Elements aus ferromagnetischem Material mit vier
Anschlüssen,
Fig. 7, 8 und 9 Draufsichten auf Ausführungsbeispiele des
magnetoresistiven Elements gemäß der Erfindung,
Fig. 10A, 10B, 11A, 11B, 12A und 12B andere Ausführungsbeispiele
des magnetoresistiven Elements gemäß der
Erfindung, wobei Fig. 10A, 11A und 12A Draufsichten
und Fig. 10B, 11B und 12B Querschnittsansichten
längs der Linie A-A′ in den Fig. 10A, 11A
bzw. 12A sind,
Fig. 13 bis 17 Draufsichten auf weitere Ausführungsbeispiele
des magnetoresistiven Elements gemäß der Erfindung,
Fig. 18, 19, 20, 21 und 22 vergrößerte Ansichten
der Verbindung zwischen magnetisch empfindlichen Teil und ersten
Verbindungsabschnitten von Ausführungsbeispielen des
magnetoresistiven Elements gemäß der Erfindung,
Fig. 22A und 22B bis 28A und 28B Darstellungen zur Erläuterung
des Herstellungsverfahrens des magnetoresistiven
Elements gemäß der Erfindung, wobei Fig.
22A bis 28A Draufsichten auf das Element nach den
einzelnen Verfahrensschritten und Fig. 22B bis
28B entsprechende Querschnittsansichten sind,
Fig. 29A und 29B bis 34A und 34B Darstellungen zur Erläuterung
anderer Verfahren zur Herstellung des magnetoresistiven
Elements gemäß der Erfindung, wobei
Fig. 29A bis 34A Draufsichten auf das Element
nach den einzelnen Verfahrensschritten und Fig.
29B bis 34B entsprechende Querschnittsansichten
sind, und
Fig. 35A und 35B bis 41A und 41B Darstellungen zur Erläuterung
wiederum anderer Verfahren zur Herstellung
des magnetoresistiven Elements gemäß der Erfindung,
wobei Fig. 35A bis 41A Draufsichten auf das
Element nach den einzelnen Verfahrensschritten
und Fig. 35B bis 41B entsprechende Querschnittsansichten
sind.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des magnetoresistiven Elements
gemäß der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug
auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
des magnetoresistiven Elements gemäß der Erfindung, bei dem
Teile, die Teilen des Elements 0 in den Fig. 1 bis 5 entsprechen,
mit denselben Bezugszahlen, jedoch um 100 erhöht,
bezeichnet sind. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft beispielhaft
ein Element mit vier Anschlüssen. In Fig. 7 bezeichnet
100 das magnetoresistive Element insgesamt. 101
ist ein magnetisch empfindlicher Teil und 102 ein Zuleitungsteil.
Jeder Zuleitungsteil ist mit einem jeweiligen
Anschluß 103 (103-1, 103-2, 103-3 bzw. 103-4) versehen. Die
Zuleitungsteile 102 sind so ausgelegt, daß ihr Filmwiderstand
ausreichend gering ist.
Es besteht eine enge Beziehung zwischen dem Widerstand der
Zuleitungsteile und der Empfindlichkeit des magnetoresistiven
Elements. Bei dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten herkömmlichen
Element liegt der Widerstand der Zuleitungsteile
gewöhnlich im Bereich von 5 bis 10% des Gesamtwiderstandes
des magnetoresistiven Elements. Da die Empfindlichkeit des
magnetoresistiven Elements, wie schon angegeben, ΔR/R ist,
liegt, wenn der Widerstand der Zuleitungsteile 10% beträgt,
der praktische Wert von ΔR/R des magnetoresistiven Elements
in der Größenordnung von nur 2,7%, selbst wenn sich der Widerstand
der magnetisch empfindlichen Teile um 3% ändert.
Bei dem magnetoresistiven Element gemäß der Erfindung ist
die Verringerung der Empfindlichkeit ΔR/R gering, da der
Filmwiderstand der Zuleitungsteile, verglichen mit dem der
magnetisch empfindlichen Teile, auf einen niedrigen Wert begrenzt
ist. Wenn beispielsweise die Zuleitungsteile so ausgelegt
sind, daß ihr Filmwiderstand ¹/₅ desjenigen der magnetisch
empfindlichen Teile beträgt, dann liegt der Widerstand
der Zuleitungsteile im Bereich von 1 bis 2%, selbst
wenn die Zuleitungsteile dasselbe Muster wie die herkömmlichen
Elemente aufweisen. Daher ist die Verringerung der
Empfindlichkeit äußerst gering, da der praktische Wert von
ΔR/R in den Bereich von 2,94 bis 2,97% fällt, wenn man annimmt,
daß die Änderung des Widerstandes der magnetisch empfindlichen
Teile 3% beträgt.
Da ferner r₁₂ bis r₁₄ und r′₁₂ bis r′₁₄ im Ersatzschaltbild
von Fig. 6 auf einen niedrigen Wert beschränkt werden können,
kann der Absolutwert der Streuung dieser Werte verringert
und damit die Offsetspannung minimal gemacht werden.
Weitere Merkmale dieses Ausführungsbeispiels sind, daß die
Breite des Randabschnittes oder Anschlußendes (Bezugszahl
120 in den Figuren) der Zuleitungsteile an den Verbindungsstellen
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen und
den Zuleitungsteilen größer ist als die der Randabschnitte
oder Anschlußenden (Bezugszahl 110 in den Figuren) der magnetisch
empfindlichen Teile. Die Zuleitungsteile ragen also
an diesen Stellen in Querrichtung über beide Seiten des jeweiligen
magnetisch empfindlichen Teils hinaus.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzen die magnetisch
empfindlichen Teile eine Selbstausrichtungsgestalt,
bei der ihre Verbindungsstellen automatisch von den Zuleitungsteilen
bestimmt werden, so daß die Lagediskrepanz
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen und den Zuleitungsteilen
minimal wird. Wenn die Verbindungsstellen so
gestaltet sind, tritt keine Änderung des Widerstandes der
Verbindungen auf, selbst wenn eine Ausrichtungsdiskrepanz
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen und den Zuleitungsteilen
besteht. Es ergibt sich deshalb keine Änderung
des Gleichgewichtszustandes der Widerstände im Ersatzschaltbild
von Fig. 6, und demzufolge wird keine Offsetspannung
erzeugt.
Ein weiteres Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist, daß
die magnetisch empfindlichen Teile und die Zuleitungsteile
im Bereich ihrer Verbindungen in einer geometrisch symmetrischen
Form angeordnet sind. Betrachtet man die magnetisch empfindlichen
Teile und ihre Umgebung in Fig. 7, das heißt den
gestrichelt umrahmten Bereich in der Figur, dann befinden
sich die Verbindungen von vier magnetisch empfindlichen
Teilen mit den Zuleitungsteilen in symmetrischer Beziehung,
so daß die Symmetrieeigenschaften ihrer Widerstände auch
dann nicht schlechter werden, wenn eine Ausrichtungsdiskrepanz
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen und den
Zuleitungsteilen auftritt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Teile, die nicht symmetrisch sind, nur die Zuleitungsteile
auf der rechten und der linken Seite. Diese
Teile haben jedoch einen niedrigen Filmwiderstand, wie oben
erklärt, so daß sie auf die Symmetrie der Widerstände keinen
Einfluß ausüben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel
ermöglicht es demnach, die auf einer Ausrichtungsdiskrepanz
beruhende Offsetspannung deutlich zu verringern.
Ein weiteres Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist, daß
die Anschlußenden 110 der magnetisch empfindlichen Teile
nahe den Verbindungsstellen zwischen den magnetisch empfindlichen
Teilen und den Zuleitungsteilen eine größere
Breite aufweisen als die anderen Abschnitte dieser Teile.
Dies erlaubt eine weitere Reduzierung nachteiliger Auswirkungen
einer Ausrichtungsdiskrepanz. Einzelheiten solch
eines magnetoresistiven Elements und Verfahren zu seiner
Herstellung werden später noch erläutert.
Ein weiteres, mit 100′ bezeichnetes magnetoresistives Element
gemäß der Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist die Symmetrie der Form der Zuleitungsteile
verglichen mit dem Ausführungsbeispiel von Fig.
7 weiter verbessert und somit die auf irgendeine Ausrichtungsdiskrepanz
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen
und den Zuleitungsteilen beruhende Offsetspannung im
Prinzip nahezu Null.
Fig. 9 zeigt ein anderes, mit 100′′ bezeichnetes Ausführungsbeispiel
des magnetoresistiven Elements gemäß der Erfindung.
Während bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und
8 die magnetisch empfindlichen Teile im Verhältnis zwei auf
zwei mit den Zuleitungsteilen verbunden sind, die den magnetisch
empfindlichen Teilen gegenüberliegen, und die Verbindungsstellen
auf zwei parallelen geraden Linien (130,
132 in Fig. 7 und 130′ und 132′ in Fig. 8) liegen, sind bei
diesem Ausführungsbeispiel vier magnetisch empfindliche
Teile so mit den Zuleitungsteilen verbunden, daß sie in bezug
auf letztere auf einer einzigen geraden Linie 132′′ liegen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Filmwiderstand
der Zuleitungsteile, verglichen mit dem der magnetisch empfindlichen
Teile, in ähnlicher Weise auf einen ausreichend
niedrigen Wert begrenzt, und die Gestaltung der Verbindungsstellen
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen
und den Zuleitungsteilen ist genauso wie bei dem in Fig. 7
gezeigten Ausführungsbeispiel. Jede Verbindungsstelle zwischen
einem magnetisch empfindlichen Teil und einem Zuleitungsteil
hat eine symmetrische Form, und in ähnlicher
Weise sind die Formen der Zuleitungsteile, die in der Figur
gestrichelt umrandet sind, im wesentlichen symmetrisch.
Auch das magnetoresistive Element dieses Ausführungsbeispiels
hat deshalb einen großen Wert von ΔR/R und somit
eine hohe Empfindlichkeit. Außerdem tritt nahezu keine
Offsetspannung infolge einer Ausrichtungsdiskrepanz auf.
Die Fig. 10A und 10B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines magnetoresistiven Elements 200 gemäß der Erfindung,
das mit drei Anschlüssen versehen ist. Fig. 10A ist
eine Draufsicht auf das Element und Fig. 10B eine Schnittansicht
längs der Linie A-A′ in Fig. 10A. In dieser Figur
bezeichnet 201 ein magnetisch empfindliches Teil und 210
eine Kante oder ein Anschlußende dieses Teils in der Nähe
eines Zuleitungsteils 202. Das Zuleitungsteil setzt sich
aus einem Abschnitt 221, der dick ist und einen geringen
Filmwiderstand aufweist, und einem darauf ausgebildeten
Abschnitt 222 zusammen, der aus dem gleichen Material wie
das magnetisch empfindliche Teil 201 besteht und ebenso
dick ist wie dieses. Die Bezugszahlen 203-1, 203-2 und 203-
3 bezeichnen Anschlüsse. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
haben die Zuleitungsteile einen geringen Filmwiderstand,
so daß sich ein großer Wert für ΔR/R und damit eine
hohe Empfindlichkeit ergeben. Die Breite der Anschlußenden
220 der Zuleitungsteile ist längs der Querlinie 232 größer
als die der magnetisch empfindlichen Teile an der Verbindungsstelle
zwischen zwei magnetisch empfindlichen Teilen
und den Zuleitungsteilen. Die Form der Verbindungsstelle
zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen und den Zuleitungsteilen
ist symmetrisch. Daher tritt keine Streuung des
Widerstandes aufgrund einer Ausrichtungsdiskrepanz und damit
auch keine Offsetspannung auf.
Der Grund, warum bei diesem Ausführungsbeispiel keine Offsetspannung
auftritt, selbst wenn eine Diskrepanz zwischen
der Lage der magnetisch empfindlichen Teile und derjenigen
der Zuleitungsteile besteht, soll nachfolgend erläutert
werden.
Die Fig. 11A, 11B sowie 12A und 12B zeigen solch einen
Fall, bei dem eine Diskrepanz vorhanden ist. Die Fig. 11A
und 12A zeigen Draufsichten, die Fig. 11B und 12B Querschnittsansichten
längs der Linie A-A′ in den Fig. 11A bzw.
12A.
Selbst wenn die Zuleitungsteile bei der Ausbildung der Muster
gegenüber dem in den Fig. 10A und 10B gezeigten Fall
gemäß Darstellung in den Fig. 11A und 11B nach links verschoben
sind, ist immer noch eine Verbindung der magnetisch
empfindlichen Teile mit den Zuleitungsteilen über die ganze
Breite der Verbindung sichergestellt, da die Breite der Zuleitungsteile
in Querrichtung an den Verbindungsstellen
größer ist als diejenige der magnetisch empfindlichen
Teile. Folglich bleibt die Symmetrie der Widerstände der
magnetisch empfindlichen Teile und der Zuleitungsteile im
wesentlichen erhalten, und es tritt keine Offsetspannung
infolge der Lageverschiebung auf. Die Fig. 12A und 12B zeigen
andererseits einen Fall, wo die magnetisch empfindlichen
Elemente nach oben verschoben sind. Auch in diesem
Fall bleibt die Symmetrie der Widerstände der magnetisch
empfindlichen Teile und der Zuleitungsteile erhalten, und
es tritt keine Offsetspannung infolge der Positionsdiskrepanz
auf.
Weitere Ausführungsbeispiele des magnetoresistiven Elements
mit zwei magnetisch empfindlichen Teilen und drei Anschlüssen
sind in den Fig. 13 bis 17 gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel
300 in Fig. 13 sind zwei gerade magnetisch
empfindliche Teile 301 zu beiden Seiten eines zentralen
Zuleitungsteils angeordnet. Bei dem in Fig. 14 gezeigten
Ausführungsbeispiel 300′ sind zwei mäander- oder wellenförmig
geformte magnetisch empfindliche Teile 301′ in der
Mitte vorgesehen. Bei dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel
300′′ sind in der Mitte zwei gerade magnetisch
empfindliche Teile 301′′ vorgesehen. Bei dem in Fig. 16 gezeigten
Ausführungsbeispiel 300′′′ sind zwei gerade magnetisch
empfindliche Teile 301′′′ auf einer Seite eines Zuleitungsteils
angeordnet. Schließlich sind bei dem in Fig. 17
gezeigten Ausführungsbeispiel 300′′′′ zwei gerade magnetisch
empfindliche Teile 301′′′′ in der Mitte vorgesehen und an
einem Ende verbunden. Bei allen Ausführungsformen ist der
Filmwiderstand der Zuleitungsteile ausreichend niedriger
als der der magnetisch empfindlichen Teile. Wie ferner aus
den einzelnen Figuren ersichtlich, ist bei allen Ausführungsbeispielen
die Breite der Zuleitungsteile an den Verbindungsstellen
mit den magnetisch empfindlichen Teilen größer als
die Breite der magnetisch empfindlichen Teile, und die
Zuleitungsteile haben jeweils geometrisch symmetrische Formen.
Deshalb läßt sich eine Offsetspannung auch dann nicht feststellen,
wenn eine Diskrepanz in der Zuordnung zwischen den
magnetisch empfindlichen Teilen und den Zuleitungsteilen
auftritt. Die Breite und die Form der Kanten oder Anschlußenden
der magnetisch empfindlichen Teile an den Verbindungsstellen
mit den Zuleitungsteilen soll nachfolgend
erläutert werden.
Fig. 18 zeigt eine grundsätzliche Form einer Verbindungsstelle
zwischen einem magnetisch empfindlichen Teil und
einem Zuleitungsteil bei dem magnetoresistiven Element
gemäß der Erfindung. Wie aus dieser Figur ersichtlich, hat
das magnetisch empfindliche Teil 401 bis herunter zu seinem
Anschlußende 410 eine gleichbleibende Breite. Die Bezugszahl
420 bezeichnet das Anschlußende des Zuleitungsteils,
dessen Breite in Querrichtung ausreichend größer als die
des magnetisch empfindlichen Teils 401 ist und das sich
auf beiden Seiten über das Anschlußende 410 des magnetisch
empfindlichen Teils hinaus erstreckt. Selbst wenn daher die
Ausrichtung zwischen dem magnetisch empfindlichen Teil 401
und dem Anschlußende 420 des Zuleitungsteils nicht exakt
ist, bleibt der Widerstand der Verbindung zwischen den beiden
Teilen unbeeinflußt.
Die Fig. 19, 20 und 21 sind vergrößerte Darstellungen einer solchen
Verbindungsstelle. Die Anschlußenden 110, 510 und 310 des magnetisch empfindlichen
Teils 101, 501 und 301 besitzen eine größere Breite als der Rest des magnetisch
empfindlichen Teils 101, 501 und 301. Wenn die Breite der Anschlußenden
(Kanten) gemäß Darstellung in Fig. 19 vergrößert
oder zu der in Fig. 20 oder Fig. 21 gezeigten Form
oder anderen Formen geweitet ist, wird der Widerstand des Anschlußendes geringer als der
der übrigen Teile des magnetisch empfindlichen Teils.
Ein praktisches Verfahren zur Herstellung des magnetoresistiven
Elements gemäß der Erfindung und seine Eigenschaften
werden nachfolgend erläutert.
Ein Beispiel der Herstellung des magnetoresistiven Elements
gemäß der Erfindung soll unter Bezug auf die Fig. 22A und
22B bis 28A und 28B beschrieben werden. Mit diesem Beispiel
wurde das in Fig. 9 gezeigte magnetoresistive Element mit
vier Anschlüssen hergestellt. Jede der Fig. 22A bis 28A
zeigt eine Draufsicht auf das Element im Verlauf der einzelnen
Herstellungsschritte, und jede der Fig. 22B bis 28B
zeigt einen entsprechenden Querschnitt längs der Linie A-A′
der jeweiligen der Fig. 22A bis 28A.
Wie aus den Fig. 22A und 22B ersichtlich, wird auf der gesamten
Oberfläche eines quadratischen Glassubstrats 104′′
mit einer Kantenlänge von etwa 5 cm (2 Zoll), das spiegelpoliert
wurde, ein Dünnfilm 121′′ aus einer Ni-Co-Legierung
mit einer Dicke von 0,3 µm und einem niedrigen Filmwiderstand
(nicht mehr als 0,5 Ohm) ausgebildet, und zwar mit
Hilfe einer Gleichstromaufstäubungstechnik, bei der das
Substrat durch Wärmezufuhr auf 300°C gehalten wurde. Ein
Teil des Dünnfilms 121′′ wurde dann mit Hilfe einer Fotoresistmaske
durch Ätzen entfernt, wie in den Fig. 23A und 23B
dargestellt. Hierfür wurde ein Ätzmittel verwendet, das
durch Mischen von 63 g/l Ammoniumpersulfatlösung und 2%
Schwefelsäure erhalten wurde. Danach wurde ein Dünnfilm
122′′ einer Ni-Co-Legierung (deren Filmwiderstand in der
Größenordnung von 2,5 Ohm lag) mit einer Zusammensetzung,
die mit der des Dünnfilms 121′′ übereinstimmte, in einer
Dicke von 0,06 µm auf die freiliegende Fläche des Substrats
und des Dünnfilms 121′′ aufgebracht, wie in den Fig. 24A und
24B dargestellt. Dies erfolgte unter Erhitzen der gesamten
Oberfläche des Substrats. Gemäß den Fig. 25A und 25B wurden
dann magnetisch empfindliche Teile 101′′ (mit einer Breite
von 9 µm und einer Länge von 2 mm) ausgebildet, wozu von
einer Ionenfrästechnik unter Verwendung einer Fotoresistmaske
Gebrauch gemacht wurde. Mit Hilfe eines Verfahrens,
das sich zum Plattieren lediglich gewünschter Teile eignet,
etwa einer Musterplattierungstechnik oder ähnlichem, wurden
Ni-Schichten und Au-Schichten zum Erhalt der Anschlüsse
103′′ für den externen Anschluß ausgebildet, wie es in den
Fig. 26A und 26B gezeigt ist. Danach wurde ein Teil der
Dünnfilme 121′′ und 122′′ aus der ferromagnetischen Legierung
zur Bildung der Zuleitungsteile 102′′ geätzt, wonach man das
magnetoresistive Element aus ferromagnetischem Material mit
vier Anschlüssen erhielt, das in den Fig. 27A und 27B gezeigt
ist. Die Breite der Zuleitungsteile in der Nähe der
Anschlüsse betrug 700 µm. Die Form der magnetisch empfindlichen
Teile ist hier vereinfacht wiedergegeben, sie war
tatsächlich im wesentlichen identisch mit der Form des in
Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiels. Nachfolgend wurde
ein Passivierungsfilm 105′′, ein Oxidfilm wie Siliziumdioxid
oder Siliziumnitrid, aufgebracht, wie es in den Fig. 28A und
28B gezeigt ist, um das erfindungsgemäße Element fertigzustellen.
Schließlich wurde das Glassubstrat in einzelne
Elemente einer Breite von 4 mm und einer Länge von 5 mm zerteilt.
Wie aus den Figuren entnehmbar, wurden bei diesem beispielhaften
Verfahren Fenster in dem Film des der Ausbildung der
Zuleitungsteile dienenden Materials hergestellt, und eine
Seite jedes Fensters dient als der Teil, der mit den magnetisch
empfindlichen Elementen verbunden wird. Die magnetisch
empfindlichen Elemente werden innerhalb des Fensters
ausgebildet, und ein Teil von ihnen ist langgestreckt und
bedeckt ein Zuleitungsteil. Die Verbindungsstellen zwischen
den magnetisch empfindlichen Teilen und den Zuleitungsteilen
werden daher durch Selbstausrichtung in bezug auf die
Zuleitungsteile lokalisiert. Wie schon oben erläutert, sind
die Verbindungsstellen zwischen den magnetisch empfindlichen
Teilen und den Zuleitungsteilen mit einer solchen Form
versehen, die kein Ungleichgewicht der Widerstandswerte
hervorruft, selbst wenn eine Ausrichtungsdiskrepanz
existiert.
Zu Vergleichszwecken wurde ein magnetoresistives Element,
wie es in Fig. 5 gezeigt ist und dessen Form der des Elements
dieses Beispiels relativ ähnlich ist, als ein Vergleichsbeispiel
hergestellt. Die Größe dieses Vergleichsbeispiels
ist ähnlich der des gerade beschriebenen Beispiels
der Erfindung mit Außenabmessungen von 4 mm Breite
und 5 mm Länge und magnetisch empfindlichen Teilen mit
einer Länge von 2 mm und einer Breite von 9 µm. Die Breite
der Zuleitungsteile in der Nähe der Anschlüsse betrug 700 µm.
Von der Auslegung her gesehen, sind das erfindungsgemäße
Beispiel und das Vergleichsbeispiel in einer Form ausgebildet,
bei der keinerlei Offsetspannung auftritt. Das heißt,
diese Elemente sind so ausgelegt, daß in der Ersatzschaltung
von Fig. 6 R₁₂=R₂₃=R₃₄=R₁₄, r′₁₂+R₁₂+r₁₂=r′₂₃+R₂₃+r₂₃
und r₁₄+R₁₄+r′₁₄=r₃₄+R₃₄+r′₃₄.
Die Werte der Offsetspannung und der Empfindlichkeit ΔR/R
des erfindungsgemäßen Beispiels und des Vergleichsbeispiels
sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Es sei noch einmal daran
erinnert, daß unter Offsetspannung hier eine Potentialdifferenz
gemeint ist, die ohne Anlegen eines Magnetfeldes
zwischen den Anschlüssen 103-2 und 103-4 und zwischen den
Anschlüssen 3-2 und 3-4 in Fig. 7 bzw. 5 auftritt, wenn
eine Spannung von 5 V zwischen den Anschlüssen 103-1 und
103-3 bzw. 3-1 und 3-3 angelegt wird. Die Werte von ΔR/R
wurden mit einem statischen Magnetfeld von 200 (10³/4 Π) A/m
bestimmt. Sowohl die Offsetspannung als auch ΔR/R stellen
einen Mittelwert aus den Messungen an hundert Elementen
dar. Zusätzlich ist der Toleranzbereich angegeben.
Wie aus den in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnissen ersichtlich,
weist das erfindungsgemäße Element im Vergleich zu
dem herkömmlichen eine sehr geringe Offsetspannung mit geringer
Toleranz auf. Es ist erwünscht, daß die Offsetspannung
keinen höheren Absolutwert als 10 mV aufweist. Das erfindungsgemäße
Element kann daher mit sehr hoher Ausbeute
hergestellt werden. Auch die Empfindlichkeit ΔR/R des erfindungsgemäßen
Elements ist, verglichen mit dem herkömmlichen
Element, ganz ausgezeichnet.
Auf gleiche Weise wie oben, jedoch mit einer Ni-Fe-Legierung
anstelle einer Ni-Co-Legierung, wurde ein weiteres
magnetoresistives Element hergestellt. Bei ihm ergaben sich
Resultate ähnlich den obengenannten. Die mit der vorliegenden
Erfindung erzielte Wirkung ist also unabhängig von
den Materialien wie Ni-Co-Legierungen oder Ni-Fe-Legierungen
und eignet sich für magnetisch empfindliche Teile des
magnetoresistiven Elements.
Nach Verfahren, die denen im Herstellungsbeispiel 1 ganz
ähnlich waren, wurden Elemente mit drei Anschlüssen hergestellt,
und zwar solche gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, wie in den
Fig. 10A und 10B gezeigt, und als Vergleichsbeispiele herkömmliche
Elemente mit drei Anschlüssen, deren Form ähnlich
der der erfindungsgemäßen Elemente war. Die äußere Form der
erfindungsgemäßen Elemente und der Vergleichsbeispiele
ergab sich aus einer Breite von 3 mm und Länge von 4 mm,
wobei die magnetisch empfindlichen Teile 1,5 mm lang und 9 µm
breit waren und die Breite der Zuleitungsteile in der
Nähe der Anschlüsse 600 µm betrug. Diese Elemente waren so
ausgelegt, daß keine Offsetspannung auftreten sollte. In
diesem Fall ist die Offsetspannung die Differenz zwischen
der Sollspannung und der tatsächlich erhaltenen Spannung,
die bei fehlendem externen Magnetfeld am Anschluß 203-2
auftritt, wenn ein Eingangssignal zwischen den Anschlüssen
203-1 und 203-3 des in den Fig. 10A und 10B gezeigten Elements
angelegt wird.
Wenn das Element so ausgelegt wird, daß die Widerstände R₁₂
und R₂₃ der entsprechenden magnetisch empfindlichen Teile
einander gleich sind und auch die Widerstände R₁ und R₃ der
entsprechenden Zuleitungsteile einander gleich sind, dann
wird ohne Magnetfeld das Mittelpunktpotential am Anschluß
203-2 grade gleich der halben Eingangsspannung. Bei diesem
Herstellungsbeispiel wurden die Elemente so ausgelegt, daß
R₁₂=R₂₃ und R₁=R₃ waren.
Die Offsetspannung und die Empfindlichkeit ΔR/R der auf
diese Weise hergestellten Elemente sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
Wie im Herstellungsbeispiel 1 bezieht sich der
angegebene Wert der Offsetspannung auf eine Eingangsspannung
von 5 V und der Wert von ΔR/R auf ein statisches Magnetfeld
von 200 (10³/4 Π) A/m.
Die vorstehenden Ergebnisse sind mit denen aus dem Herstellungsbeispiel
1 nahezu identisch, das heißt, das erfindungsgemäße
Element hat, verglichen mit dem herkömmlichen Element,
eine sehr geringe Offsetspannung mit geringer Toleranz.
Außerdem ist die Empfindlichkeit ΔR/R des erfindungsgemäßen
Elements, verglichen mit dem herkömmlichen Element, ausgezeichnet.
Unter Bezug auf die Fig. 29A und 29B bis 34A und 34B soll
nachfolgend das Beispiel einer Herstellung eines weiteren
magnetoresistiven Elements gemäß der Erfindung beschrieben
werden. Jede der Fig. 29A bis 34A zeigt eine Draufsicht auf
das Element im Verlauf der einzelnen Verfahrensschritte,
während die Fig. 29B bis 34B Schnittansichten längs der
Linie A-A′ in der jeweiligen der Fig. 29A bis 37A sind.
Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung eines
anderen Elements (700 in Fig. 34A) mit drei Anschlüssen.
Wie in den Fig. 29A und 29B gezeigt, wurden ein Dünnfilm
706 aus Ti mit einer Dicke von 0,2 µm und ein Dünnfilm 707
aus Au mit einer Dicke von 1 µm auf der gesamten Oberfläche
eines quadratischen Glassubstrats 704 mit einer Kantenlänge
von etwa 5 cm (2 Zoll) abgeschieden. Das Glassubstrat wurde
vorher einer Spiegelpolierung unterzogen. Die Abscheidung
erfolgte mit der Vakuumabscheidungstechnik unter Erhitzung
des Substrats auf 300°C. Mit Hilfe einer Ionenfrästechnik
wurden dann Teile der Dünnschicht aus Au und Ti gleichzeitig
durch Ätzen unter Verwendung einer Fotoresistmaske entfernt.
Das Ergebnis ist in den Fig. 30A und 30B dargestellt.
Danach wurde gemäß Fig. 31A und 31B ein Dünnfilm
722 aus einer Ni-Co-Legierung mit einer Dicke von 0,06 µm
(Filmwiderstand in der Größenordnung von 2,5 Ohm) auf der
gesamten Oberfläche des Substrats, das heißt auf dem verbliebenen
Au-Dünnfilm 707 und der freiliegenden Oberfläche
des Substrats, aufgebracht. Dies erfolgte unter Erhitzung
der gesamten Oberfläche des Substrats durch eine Gleichstromaufstäubungstechnik.
Gemäß Fig. 32A und 32B wurden
dann Muster magnetisch empfindlicher Teile 701 unter Verwendung
einer Fotoresistmaske durch eine Ionenfrästechnik
hergestellt. Dann wurde ein den Anschlüssen entsprechender
Teil des Dünnfilms 722 durch Ätzen mit dem beim Herstellungsbeispiel
1 genannten Ätzmittel entfernt. Dabei wurden
gemäß Fig. 33A und 33B Au-Anschlußstellen ausgebildet.
Schließlich wurde ein Passivierungsfilm 705 aus SiO₂ zur
Fertigstellung des erfindungsgemäßen Elements aufgebracht,
wie es in den Fig. 34A und 34B dargestellt ist.
Die Eigenschaften des auf vorstehend genannte Weise hergestellten
Elements sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Die
Offsetspannung und die Empfindlichkeit ΔR/R in Tabelle 3
wurden auf gleiche Weise wie beim Vergleichsbeispiel 2 bestimmt.
Selbst wenn also ein von den Herstellungsbeispielen 1 und 2
abweichendes Verfahren zur Herstellung des Elements eingesetzt
wird, erhält man Elemente mit einer sehr niedrigen
Offsetspannung und einer hohen Empfindlichkeit ΔR/R.
Nachfolgend wird ein weiteres Herstellungsbeispiel, nämlich
das für das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Elements 700′
(Fig. 41A) unter Bezug auf die Zeichnungen 35A und 35B bis
41A und 41B beschrieben. Jede der Fig. 35A bis 41A zeigt
eine Draufsicht auf das Element im Verlauf der Herstellung,
während jede der Fig. 35B bis 41B eine Schnittansicht längs
der Linie A-A′ in der jeweiligen der Fig. 35A bis 41A ist.
Wie in den Fig. 35A und 35B gezeigt, wurde ein Dünnfilm
721′ aus einer Ni-Co-Legierung mit einer Dicke von 0,3 µm
auf der gesamten Oberfläche eines quadratischen Glassubstrats
704′ mit einer Kantenlänge von etwa 5 cm (2 Zoll),
das spiegelpoliert war, mit Hilfe einer Gleichstromaufstäubung
abgeschieden, wobei das Glassubstrat durch Erhitzen
auf 300°C gehalten wurde. Gemäß Fig. 36A und 36B wurden unerwünschte
Teile des Dünnfilms 721′ dann unter Verwendung
einer Fotoresistmaske durch Ätzen des Films mit einem Ammoniumpersulfatätzmittel
ähnlich dem, das beim Herstellungsbeispiel
1 verwendet wurde, entfernt. Dann wurde ein Dünnfilm
722′ aus einer Ni-Co-Legierung mit einer Dicke von
0,06 µm und der gleichen Zusammensetzung wie der Dünnfilm
721′ auf der gesamten Oberfläche des Substrats ausgebildet,
das heißt auf dem verbliebenen Dünnfilm 721′ und der freiliegenden
Substratoberfläche. Dies erfolgte mittels einer
Gleichstromaufstäubungstechnik und führte zu dem in den
Fig. 37A und 37B gezeigten Ergebnis. Als nächstes wurden
Muster magnetoresistiver Elemente mit magnetisch empfindlichen
Teilen 701′ und Zuleitungsteilen 722′ unter Verwendung
einer Fotoresistmaske mittels einer Ionenfrästechnik ausgebildet,
wie in den Fig. 38A und 38B gezeigt. Ein Film 705′
aus SiO₂ mit einer Dicke von etwa 2 µm wurde dann auf der
gesamten Oberfläche des Substrats, das heißt auf dem verbliebenen
Teil des Films 722′ und der freiliegenden Substratoberfläche,
abgeschieden. Teile des SiO₂-Films entsprechend
den Anschlüssen wurden unter Verwendung einer Fotoresistmaske
und eines HF-Ätzmittels durch Ätzen entfernt, wie
in den Fig. 39A und 39B dargestellt. Danach wurde ein Ni-
Film 708′ auf der gesamten Oberfläche des freiliegenden
Films 722′ aus der Ni-Co-Legierung und auf dem zurückgebliebenen
SiO₂-Film 705′ mittels Gleichstromaufstäubung
abgeschieden, wie in den Fig. 40A und 40B gezeigt. Dann
wurde Au 707′ auf die Anschlüsse plattiert und der nicht
mit Au plattierte Teil des Ni-Films 708′ durch Ätzen entfernt,
wie in den Fig. 41A und 41B gezeigt. Damit war das Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Elements fertiggestellt.
Die Eigenschaften des so hergestellten Elements sind in Tabelle
4 aufgeführt. Die Offsetspannung und die Empfindlichkeit
ΔR/R wurden in gleicher Weise wie beim Herstellungsbeispiel
2 bestimmt.
Auch bei der Herstellung nach dem vorgenannten Herstellungsbeispiel
4 ist es demnach möglich, Elemente mit einer
sehr niedrigen Offsetspannung und einer hohen Empfindlichkeit
ΔR/R herzustellen.
Wie voranstehend erläutert, kann mit der Erfindung die Empfindlichkeit
des magnetoresistiven Elements erhöht werden,
da der Filmwiderstand der Zuleitungsteile gering ist. Da
ferner die Form der Verbindungsstellen zwischen den magnetisch
empfindlichen Teilen und den Zuleitungsteilen so ausgelegt
ist, daß eine Widerstandsänderung infolge einer Ausrichtungsdiskrepanz
sehr gering ist, und die Symmetrie der
elektrischen Widerstände zwischen den magnetisch empfindlichen
Teilen des magnetoresistiven Elements bei einer Diskrepanz
der Positionen, die von einer Verschiebung der relativen
Positionen von magnetisch empfindlichen Teilen und
Zuleitungsteilen in Parallelrichtung herrührt, nicht geändert
wird, kann die Erzeugung einer Offsetspannung auf
einen sehr geringen Wert beschränkt werden.
Das magnetoresistive Element gemäß der Erfindung ist darüber
hinaus so ausgestaltet, daß die magnetisch empfindlichen
Teile in einer Selbstausrichtungsweise mit den Zuleitungsteilen
verbunden werden.
Die magnetoresistiven Elemente gemäß der Erfindung können
deshalb leicht mit einer hohen Ausbeute hergestellt werden,
ohne eine übermäßig präzise Maskenausrichtung zu erfordern.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für die
Massenproduktion magnetoresistiver Elemente, da sie zu
einer leichten Herstellung von Elementen mit einer hohen
Empfindlichkeit und einer hohen Zuverlässigkeit führt.
Claims (19)
1. Magnetoresistives Element aus ferromagnetischem
Material, umfassend
- a) mehrere längs gerichtete, magnetisch empfindliche Teile (101), von denen jedes aus einem Film aus ferromagnetischem Material mit magnetoresistivem Effekt und einem Paar Verbindungsenden besteht,
- b) Anschlußteile (103) für externe Anschlüsse, und
- c) aus metallischem Filmmaterial bestehende Zuleitungsteile (102), die zwischen den magnetisch empfindlichen Teilen (101) und den Anschlußteilen (103) liegen und erste Verbindungsabschnitte aufweisen, die an die einen Verbindungsenden der magnetisch empfindlichen Teile (101) angeschlossen sind, sowie zweite Verbindungsabschnitte aufweisen, die mit zugehörigen Anschlußteilen (103) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
- d) die Zuleitungsteile (102) einen geringeren Filmwiderstand, d. i. der spezifische Widerstand des Filmmaterials, dividiert durch die Schichtdicke, als die magnetisch empfindlichen Teile aufweist, und
- e) die ersten Verbindungsabschnitte in Querrichtung über beide Seiten der magnetisch empfindlichen Teile (101) hinausragen.
2. Magnetoresistives Element nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite der Verbindungsenden (110)
jedes der magnetisch empfindlichen Teile (101) in der Nähe
der ersten Verbindungsabschnitte größer ist als die Breite
der übrigen Teile des magnetisch empfindlichen Teils (101).
3. Magnetoresistives Element nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Verbindungsabschnitte
eine symmetrische Form hat.
4. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen, die durch
die Verbindungen zwischen den ersten Verbindungsabschnitten
und den Verbindungsenden der magnetisch empfindlichen Teile
(101) gebildet werden, auf einer
geraden Linie liegen und daß die magnetisch empfindlichen
Teile mit den Zuleitungsteilen (102) selbst-ausgerichtet
sind.
5. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der ersten
Verbindungsabschnitte und der Verbindungsenden der magnetisch
empfindlichen Teile (101) auf zwei parallelen Linien
liegen, und daß die magnetisch empfindlichen Teile mit den
Zuleitungsteilen selbst-ausgerichtet sind.
6. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch
empfindlichen Teile (701) symmetrische Form aufweisen.
7. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Längsrichtung
erstreckende Abschnitte der Enden der magnetisch empfindlichen
Teile (201) sich mit den ersten Verbindungsabschnitten
der Zuleitungsteile überlappen.
8. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zuleitungsteile
größer ist als diejenige der magnetisch
empfindlichen Teile.
9. Magnetoresistives Element nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dicke der Zuleitungsteile mindestens
dreimal so groß ist wie diejenige der magnetisch
empfindlichen Teile.
10. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische
Widerstand des Filmmaterials der Zuleitungsteile niedriger
ist als derjenige des Filmmaterials für die magnetisch
empfindlichen Elemente.
11. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filmwiderstand
der Zuleitungsteile nicht mehr als 1/5 derjenigen der
magnetisch empfindlichen Teile ausmacht.
12. Verfahren zum Herstellen eines magnetoresistiven
Elements nach einem der Ansprüche 1-11, mit
folgenden Schritten:
auf einem Substrat (104′′) wird eine erste Schicht (121′′) aus einem leitenden Material in einem Zuleitungsmuster gebildet, welches Zuleitungs-Verbindungsabschnitte enthält, die entlang einer oder zweier paralleler gerader Linien in Querrichtung angeordnet sind, und
auf dem Substrat (104′′) wird eine zweite Schicht (122′′) aus einem magnetoresistiven Material derart ausgebildet, daß sie einen größeren Filmwiderstand aufweist als die erste Schicht (122′′), wobei die Ausbildung in einem Muster erfolgt, bei dem ein oder mehrere Verbindungsenden mit einer vorbestimmten Breite entlang der Linie angeordnet sind,
wobei während der Bildung der ersten Schicht die Breite der Zuleitungs-Verbindungsabschnitte in Querrichtung um ein Stück größer gemacht wird als die vorbestimmte Breite entlang der geraden Linie, und
bei der Bildung der zweiten Schicht die Verbindungsenden entlang der geraden Linie in passendem Kontakt mit den zugehörigen ersten Verbindungsabschnitten der Zuleitungen positioniert werden, wodurch sich jeder erste Verbindungsabschnitt eines Zuleitungsteils entlang der geraden Linie quer zu beiden Seiten des zugehörigen Verbindungsendes erstreckt.
auf einem Substrat (104′′) wird eine erste Schicht (121′′) aus einem leitenden Material in einem Zuleitungsmuster gebildet, welches Zuleitungs-Verbindungsabschnitte enthält, die entlang einer oder zweier paralleler gerader Linien in Querrichtung angeordnet sind, und
auf dem Substrat (104′′) wird eine zweite Schicht (122′′) aus einem magnetoresistiven Material derart ausgebildet, daß sie einen größeren Filmwiderstand aufweist als die erste Schicht (122′′), wobei die Ausbildung in einem Muster erfolgt, bei dem ein oder mehrere Verbindungsenden mit einer vorbestimmten Breite entlang der Linie angeordnet sind,
wobei während der Bildung der ersten Schicht die Breite der Zuleitungs-Verbindungsabschnitte in Querrichtung um ein Stück größer gemacht wird als die vorbestimmte Breite entlang der geraden Linie, und
bei der Bildung der zweiten Schicht die Verbindungsenden entlang der geraden Linie in passendem Kontakt mit den zugehörigen ersten Verbindungsabschnitten der Zuleitungen positioniert werden, wodurch sich jeder erste Verbindungsabschnitt eines Zuleitungsteils entlang der geraden Linie quer zu beiden Seiten des zugehörigen Verbindungsendes erstreckt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußteile gebildet werden,
die mit zweiten Verbindungsabschnitten der Zuleitungsteile
in Kontakt stehen.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Bilden der zweiten Schicht die Schicht aus
magnetosensitivem Material überlappend auf den Zuleitungsteilen
angebracht wird, wenn die magnetisch empfindlichen
Teile auf dem Substrat gebildet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußteile in Kontakt mit
den überlappenden Abschnitten der ersten Schicht an von den
ersten Verbindungsabschnitten der Zuleitungsteile getrennten Stellen
gebildet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Schicht aus einem
Passivierungsmaterial gebildet wird, die im wesentlichen
die erste Schicht und die zweite Schicht insgesamt abdeckt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Bilden der ersten Schicht
und der zweiten Schicht die Dicken der Zuleitungsteile so
eingestellt werden, daß sie größer sind als die Dicken der
magnetisch empfindlichen Teile.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorläufigen Arbeitsschritt
das leitende Material und das magnetosensitive Material
derart gewählt werden, daß der spezifische Widerstand
des leitenden Materials für die erste Schicht niedriger
ist als derjenige des magnetosensitiven Materials für
die zweite Schicht.
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