JP2873861B2 - 差動型磁気抵抗素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、差動型磁気抵抗素子に係り、特に集積化に
有利な占有面積の小さい差動型磁気抵抗素子に関する。

（従来技術） 紙幣の識別には、光による識別と磁気による識別との
２つが用いられている。

これらのうち、磁気による識別は、紙幣にはなんらか
の形で磁性インクが用いられているのを利用し、この磁
性インクの分布を検出することにより紙幣識別を行うも
のである。

磁気抵抗素子は、磁場Ｂの印加により、電流経路が曲
げられて長くなることに起因して抵抗値が増大する−い
わゆる磁気抵抗効果を利用したものである。

この磁気抵抗素子の１つに、第５図に一例を示すよう
に、インジウムアンチモン（InSb）などの磁気抵抗体10
と多結晶シリコンなどの磁気抵抗効果をもたない抵抗体
20とを並設し、これらを第６図に等価回路を示すよう
に、直列接続し、この分圧を測定することにより、磁場
の大きさを測定するようにしたものがある。

しかしながら、このような差動型磁気抵抗素子では、
２つの抵抗体が並設されているため、アレイ化等の目的
に対しては、占有面積が大きく微細化が困難である一
方、占有面積の微細化をはかろうとすれば、磁気検出側
の素子面積が小さくなり、感度の低下を免れ得ないとい
う問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の差動型磁気抵抗素子は、占有面積が
大きく、素子の微細化に限界があり、微細なアレイ化が
困難であるため、高感度のものを得ることができない
上、生産性も悪いという問題があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、高感度
でかつ生産性の良好な差動型磁気抵抗素子を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決する手段） そこで本発明の差動型磁気抵抗素子では、表面が絶縁
性である基板上に形成された磁気抵抗効果をもたない基
準抵抗体と、この基準抵抗体と直列接続するようにこの
上層に、絶縁層を介して形成された磁気抵抗体とを具備
し、この基準抵抗体と磁気抵抗体の両端に所定の電圧を
印加し、これらの接続部の電位の変化を測定するように
している。

（作用） 上記構成によれば、基準抵抗体と磁気抵抗体とが２層
構造になっているため、占有面積を小さくすることがで
き、アレイ化が容易となり、高感度で生産性の高い差動
型磁気抵抗素子を得ることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）は本発明実施例の差動
型磁気抵抗素子を示す図である。第１図（ｂ）は第１図
（ａ）のＡ−Ａ′断面図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）
のＢ−Ｂ′断面図、第１図（ｄ）は基準抵抗素子の電極
配置を示す図である。

この差動型磁気抵抗素子は、シリコン基板上（図示せ
ず）に形成された酸化シリコン膜１上に磁気抵抗効果を
もたない多結晶シリコンからなる基準抵抗素子２と、磁
気抵抗効果をもつインジウムアンチモン（InSb）からな
る磁気抵抗素子３とが層間絶縁膜４を介して積層されて
いることを特徴とするものである。

この基準抵抗素子は、酸化シリコン膜１上に形成され
た長方形の多結晶シリコンパターンからなる抵抗体2a
と、この両端部に形成されたアルミニウム層からなる第
１および第２の電極2b,2cとから構成されている。そし
てこの第１の電極2bは、素子幅の半分に形成されてい
る。また、これらの電極は層間絶縁膜としての酸化シリ
コン膜４に形成されたスルーホールＨを介して磁気抵抗
体2aに接続されるように形成されている。さらに、この
第１の電極2bに並設され、磁気抵抗体3aとは離間して第
３の電極2dが形成されている。

また、磁気抵抗素子は、層間絶縁膜４としての酸化シ
リコン膜上に形成されたミアンダ状のパターンからなる
磁気抵抗体3aと、一端がこの磁気抵抗体に重なるように
形成されると共に、他端が第３および第２の電極上に重
なるようにインジウムからなる接続電極3bがこの磁気抵
抗体3aの両端に形成されて、電気的接続を達成してい
る。この磁気抵抗体3aはInSb層内にNiSb針状金属ｓが電
流方向と垂直となるように配向して混在しており、大電
流を流すことができるようになっている。

この差動型磁気抵抗素子の等価回路は、第６図に示し
た従来例の等価回路と全く同じであり、磁気抵抗素子と
基準抵抗素子とが直列接続されている。

この第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を印
加し、第３の電極の電位に変化を測定するものである。

次に、本発明実施例の差動型磁気抵抗素子の製造方法
について説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、シリコン基板（図
示せず）表面に、所定の素子領域（図示せず）を形成し
た後、スパッタリング法、CVD法等を用いて酸化シリコ
ン膜１を形成した後、CVD法により多結晶シリコン膜を
形成し、これを長方形をなすようにパターニングし、抵
抗体2aを形成する。

そしてこの上層に、第２図（ｂ）に示すように、CVD
法、熱酸化法等により層間絶縁膜としての酸化シリコン
膜を形成し、該抵抗体2aの両端部に相当する位置にスル
ーホールＨを形成し、さらにこの上層にスパッタリング
法、真空蒸着法等によりアルミニウム層を形成し、これ
をパターニングして第１の電極、第２の電極、第３の電
極を形成する。

さらに、第２図（ｃ）に示すように、真空蒸着法によ
り膜厚0.5〜１μｍのInSb膜3nを形成し、さらにこの上
層に真空蒸着法により膜厚0.05〜0.1μｍのNi薄膜3sを
形成し、フォトリソ法により、帯域溶融再結晶化法用の
バーズビーク状のシード部を有するパターンを形成す
る。

続いて第２図（ｄ）に示すように、10^-6Torr程度の真
空中で、この基板を下部ヒータH1上で所定の温度まで加
熱した後、ストリップ状の上部ヒータH2を用いて狭帯域
を加熱溶融し、このストリップ状の上部ヒータH2を動か
し、微小領域づつ再結晶化させていくようにする。この
とき上部ヒータの温度は1700〜2000℃、下部ヒータの温
度は300℃とし、上部ヒータを基板から0.6mm程度の位置
で、速度0.04〜0.06mm/secで走行させるようにする。

このようにして、第２図（ｅ）に示すように、示すよ
うにNiはSbと結合して針状金属のNiSbとなり、前記スト
リップ状の上部ヒータH2の走行方向に多数の配向した磁
性体薄膜3aが形成される。

そして最後に第２図（ｆ）に示すように、フォトリソ
法により、NiSbの配向方向と電流方向が垂直となるよう
にミアンダ状のパターンを形成し、さらにこの上層に電
極3bとしてのインジウム（In）を真空蒸着しパターニン
グを行い、磁気抵抗素子が完成する。

このようにして形成された差動型磁気抵抗素子は極め
て高感度を有している。

また、この方法によれば極めて容易にNiSb針状金属を
配向せしめることができる。また、このようにして形成
された磁気抵抗素子は、NiSb針状金属が極めて良好な配
向性を呈しており、高感度の素子特性を得ることができ
る。

さらに、本発明の第２の実施例として、第３図（ａ）
および第３図（ｂ）に示す（第３図（ａ）は等価回路
図、第３図（ｂ）は配置例を示す断面図）ように、基準
抵抗素子Ｒに並列にサーミスタThを接続し温度上昇に伴
う抵抗値変化を補償するようにしてもよい。

すなわち、基準抵抗素子Ｒと並行するように正方向の
温度特性を有するサーミスタThを形成し、このサーミス
タThの両端子を前記第１および第２の電極に接続するよ
うにしてもよい。ここで磁気抵抗素子はMRで示す。

他の部分については前記第１の実施例と同様である。

なお、前記実施例では、NiSb針状金属を含むInSb薄膜
を磁気抵抗体として用いるようにしたが、InSb薄膜、Ga
As薄膜等、他の磁気抵抗体を用いても良い。また、InSb
薄膜やNi薄膜の形成に真空蒸着法を用いたが、真空蒸着
法に限定されることなく、スパッタリング法等、他の方
法を用いても良い。また、前記実施例では、InSb薄膜上
にNi薄膜を形成し、帯域溶融法を用いて再結晶化を行う
ようにしたが、InSb薄膜上にNiSb薄膜を形成し、再結晶
化を行うようにしてもよい。さらにまた、電極のパター
ンについても前記実施例に限定されることなく、第４図
（ａ）に示すような通常の長方形のパターンや、第４図
（ｂ）に示すようなコルビノ形状パターンなど、他のパ
ターンにも適用可能であることはいうまでもない。

また、基準抵抗素子についても、多結晶シリコンに限
定されることなく、他の材料を用いても良いことはいう
までもない。

加えて、前記実施例ではシリコン基板上に酸化シリコ
ン膜を形成し表面を絶縁化したものについて説明した
が、絶縁性基板を用いても良い。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の差動型磁気抵抗素
子によれば、基準抵抗体と磁気抵抗体とが２層構造にな
っているため、アレイ化が容易で、高感度で生産性の高
い差動型磁気抵抗素子を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）は本発明の第１の実施例
の差動型磁気抵抗素子を示す図、第２図（ａ）乃至第２
図（ｆ）は同差動型磁気抵抗素子の製造工程を示す図、
第３図（ａ）および第３図（ｂ）は本発明の第２の実施
例の差動型磁気抵抗素子を示す図、第４図（ａ）および
第４図（ｂ）はそれぞれ本発明の差動型磁気抵抗素子の
磁気抵抗素子の変形例を示す図、第５図は差動型磁気抵
抗素子の等価回路を示す図、第６図は従来例の差動型磁
気抵抗素子を示す図である。 １……酸化シリコン膜、２……基準抵抗素子、３……磁
気抵抗素子、４……層間絶縁膜、2a……抵抗体、2b……
第１の電極、2c……第２の電極、2d……第３の電極、４
磁気抵抗素子、3n……InSb膜、3s……Ni薄膜、3a……磁
気抵抗薄膜パターン、3b……電極、Ｓ……シード部、H1
……下部ヒータ、H2……上部ヒータ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性基板上に形成された磁気抵抗効果を
   もたない基準抵抗体と、 前記基準抵抗体と直列接続するようにこの上層に、絶縁
   層を介して形成された磁気抵抗体とを具備し、 前記基準抵抗体と磁気抵抗体の両端に所定の電圧を印加
   し、これらの接続部の電位の変化を測定するようにした
   ことを特徴とする差動型磁気抵抗素子。