JP4029376B2

JP4029376B2 - 磁気式センサーとその製造方法、およびエンコーダー

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Publication number: JP4029376B2
Application number: JP2000297017A
Authority: JP
Inventors: 宏行美馬
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP2002107433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械やＯＡ機器等に組み込まれる磁気式のエンコーダーに使用される磁気式センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は磁気式センサーを搭載した磁気式ロータリーエンコーダーの構成例の概略図である。円筒状の磁気媒体７５の外周に設けた磁性体７１には所定のピッチλで連続した磁化パターンを形成している。この磁気式ロータリーエンコーダーは、磁気式センサー７２で磁化パターンを検出することで磁気媒体７５の回転数や回転位置を認識するものである。磁気式センサー７２の出力信号は、フレキシブル配線基板７３を経由して波形整形回路７４にわたり、出力信号の増幅等の信号処理をした後、モーター制御部に出力されてモーターの制御に利用される。モーターはシャフト７６を介して磁気媒体７５と接続される。同図ではモーターやモーター制御部の図示を省略した。以下、磁気式ロータリーエンコーダーや、板状あるいはフィルム状の磁気媒体（例えば、リニアスケール）を用いたエンコーダーを含めて“エンコーダー”と称する。
【０００３】
磁気式センサーとして、磁性膜の磁気抵抗効果（ＭＲ効果）や巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用するものが知られている。磁気式センサーは、感磁部／配線膜／保護膜を素子として基板上に積層し、保護膜に穴をあけてから露出した配線膜に端子部を設ける。配線膜にはアルミニウムを用い、保護膜にはシリコン酸化物を使う。このような磁気式センサーについて、端子部にフレキシブル配線基板の配線をハンダ付けしてエンコーダーに組み込む。磁気式センサー７２は、図７に示すように磁性体７１と一定の距離を隔てて組み込むものと、磁性体７１と磁気式センサー７２を接触させて使用するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
磁気式センサーの小型化を進めるに当たって、アルミニウム配線（Ａｌ配線）のエレクトロマイグレーションが障害となっている。エレクトロマイグレーションによりアルミニウム配線が断線し易くなる。エレクトロマイグレーションの要因は、材料の活性化エネルギーが小さいこと、電流密度が大きいこと、あるいは素子温度が高いことなどである。すなわち、アルミニウムの活性化エネルギーは０．５９ｅＶという小さい値である。配線の小型化は電流密度を増大させる。また、配線抵抗によるジュール熱は、素子温度を上げてしまう。特に、従来の絶縁膜及び保護膜の構成が素子温度上昇に寄与している。
【０００５】
絶縁膜および保護膜に用いる酸化シリコン（ＳｉＯ_２）は、膜中にピンホールが多く、信頼性を損ねる原因になっている。従来技術では、信頼性改善のため、酸化シリコン膜の膜厚を増大させることによりピンホールの発生を防止したり、酸化シリコン膜にポリイミド系樹脂膜を被覆することによりピンホールを塞いでいる。しかしながら、これらのピンホール対策は、配線の温度を上昇させるように作用する。酸化シリコンは熱伝導率が低いため、厚くすると素子温度が上昇する。ポリイミド系樹脂を積層すると、配線からの放熱を妨げられて素子温度が上昇する。温度上昇は、素子の劣化にもつながる。特に、配線膜を立体交差させる際にポリイミド系樹脂膜を用いると、素子の温度が上昇し易い。この立体交差は、基板上に配線膜／絶縁膜（酸化シリコン膜／ポリイミド系樹脂膜）／立体交差する配線膜／保護膜（酸化シリコン膜／ポリイミド系樹脂膜）という順に積層される。立体交差する箇所では、基板上の配線膜がポリイミド系樹脂膜で２重に覆われているため、配線膜の放熱が更に困難になる。また、絶縁膜の多層化は、工数の増大という点でも弊害になる。
【０００６】
そこで、本発明は、従来の問題点を解決して、信頼性の高い磁気式センサーを低コストで実現する。さらに、小型化が可能な素子構造、製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気式センサーは、磁気抵抗効果膜を有する感磁部と、前記感磁部を端子部に接続する配線膜と、少なくとも感磁部を被覆する保護膜を基板上に備える磁気式センサーであって、前記配線膜を銅と他の金属の多層構造膜で構成し、前記配線膜の膜厚は０．１μｍ以上且つ１．０μｍ以下であり、前記保護膜を膜厚１．０μｍ以上且つ５．０μｍ以下の酸化アルミニウム膜で構成することを特徴とする。ここで、感磁部は１以上の磁気抵抗効果膜を備え、磁気式センサーの外部の磁界を検知する。配線膜は、感磁部と端子部を電気的に導通させる。端子部は、磁気式センサーの電極あるいは端子に相当し、配線膜の端に設けられた金属膜やハンダ等の少なくともいずれかを含む。銅と他の金属の多層構造膜は、銅以外の金属膜と銅膜を要素として含む積層膜に相当する。
【０００８】
本発明の磁気式センサーは、磁気抵抗効果膜を有する複数の感磁部と、前記感磁部を端子部に接続する複数の配線膜と、少なくとも感磁部を被覆する保護膜を基板上に備える磁気式センサーであって、前記複数の配線膜の少なくとも一つは補助配線膜を備え、前記補助配線膜は絶縁膜を介して他の配線膜と立体交差し、前記配線膜および前記補助配線膜を銅と他の金属の多層構造膜で構成し、前記配線膜および前記補助配線膜の膜厚は０．１μｍ以上且つ１．０μｍ以下であり、前記絶縁膜を膜厚０．２μｍ以上且つ１．０μｍ以下の酸化アルミニウム膜で構成し、前記保護膜を膜厚１．０μｍ以上且つ５．０μｍ以下の酸化アルミニウム膜で構成することを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記複数の配線膜は、感磁部と端子部間を配線膜のみで結合するもの（第１の配線膜）と、配線膜の途中を補助配線膜に置換したもの（第２の配線膜）とを含む。第２の配線膜によると、感磁部／配線膜／補助配線膜／配線膜／端子部という順に接続される。立体交差とは、第２の配線膜中の補助配線膜が他の配線膜の上に絶縁膜を介して積層されていることを示す。立体交差している領域（立体交差部）において、補助配線膜の両端は、絶縁膜に設けたスルーホールを介して第２の配線膜を構成する配線膜に接続される。補助配線膜の中央近傍は絶縁膜によって他の配線膜と分離される。
【００１０】
本発明の他の磁気式センサーは、上記本発明のいずれかにおいて、前記配線膜もしくは前記補助配線膜が、下層に膜厚０．０５μｍ以下のクロム膜もしくはタンタル膜を有し、上層に銅膜を有する２層構造であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の磁気式センサーは、上記本発明のいずれかにおいて、前記配線膜もしくは前記補助配線膜が、
下層に膜厚０．０５μｍ以下のクロム膜もしくはタンタル膜を有し、
中間層に銅膜を有し、
上層に、金、ニッケル、銀、錫もしくはそれらを主成分とした合金の膜、もしくはニッケルが７０重量％以上且つ９０重量％以下であるニッケル鉄合金膜を有する３層構造であることを特徴とする。３層構造は、基板に近い側から下層／中間層／上層の順に積層した膜である。
【００１２】
本発明の他の磁気式センサーは、上記本発明のいずれかにおいて、感磁部から保護膜までの総合の厚さに対する保護膜表面の凹凸の比率が５％以上且つ２０％以下であることを特徴とする。前記保護膜表面の凹凸を１．０μｍ以下にすることが望ましい。各層（膜）をスパッタリングで形成することにより、総合の厚さに対する保護膜凹凸の比率を５〜２０％にすることができる。従来の磁気式センサーでは保護膜表面がポリイミド系樹脂の平坦な面であったため、磁気式センサーが磁気媒体と摺動する場合、磁気媒体と吸着する恐れがあった。本発明では、保護膜表面の凹凸が磁気媒体と吸着することを防ぎ、良好な摺動特性を実現する。
【００１３】
総合の厚さとは、感磁部の厚さや保護膜の厚さを含めた構造の厚さをいう。言い換えると、感磁部を形成した面から保護膜の凹凸の最も突出している箇所までの距離に相当する。本発明では各層の膜厚を薄くして、感磁部と磁気媒体間の磁気的なスペーシングを小さくすることができ、磁気式センサーの感度が向上する。例えば、総合の厚さ約５μｍという薄型の磁気式センサーを作ることができる。また、感磁部で発生したジュール熱を磁気式センサーの外に放出し易いというメリットもある。
【００１４】
本発明の他の磁気式センサーは、上記本発明のいずれかにおいて、前記基板と前記磁気抵抗効果膜の間に膜厚０．１μｍ以下の酸化アルミニウム層を有することを特徴とする。酸化アルミニウム層を下地膜として設けることで、磁気抵抗効果膜の放熱に効果がある。また、非磁性基板に材質の変動があったとしても磁気抵抗効果膜に与える影響が小さくなり、安定した品質の磁気式センサーを供給できる。
【００１５】
また、本発明は、上記本発明のいずれかの磁気式センサーにおいて、前記絶縁膜にスルーホールを設けて、前記スルーホールを介して配線膜に接続する補助配線膜を通し、
前記保護膜に電極取り出し穴を設けることにより端子部を露出させて外部端子と接続させる構造にして、
前記磁気式センサーを作製する際に、感磁部はレジストをマスクとしたイオンミリングによりパターニングし、配線膜および補助配線膜および絶縁膜のスルーホールはリフトオフにより形成し、保護膜の電極取り出し穴はレジストをマスクとしたドライエッチングもしくはウェットエッチングにより形成することを特徴とする磁気式センサーの製造方法である。
【００１６】
本発明のエンコーダーは、上記本発明のいずれかの磁気式センサーと、磁性体を設けた磁気媒体を用いることを特徴とする。特に、総合の厚さを薄くしたため、磁性体と磁気式センサー間のギャップ長の狭いエンコーダーを構成するのに適している。
【００１７】
（作用）
本発明は、配線膜として銅（Ｃｕ）を主とした多層構造膜を用いるため、従来のアルミニウム（Ａｌ）配線膜に比べて薄膜化が可能である。アルミニウム配線膜は、アルミニウムの活性化エネルギーが０．５９ｅＶと小さいことから、電流密度が大きい場合、エレクトロマイグレーションに対して弱い。例えば、電流密度を０．２ＭＡ／ｃｍ^２以上にすることは信頼性の上で問題があった。これに対して、銅を主とした多層構造膜では、銅の活性化エネルギーが１．２９ｅＶと大きいことから、電流密度２．０ＭＡ／ｃｍ^２までエレクトロマイグレーションは起こらない。例えば、従来のアルミニウム配線膜では０．３μｍ以上の膜厚が必要であったが、銅を主とした多層構造膜を使用すれば膜厚を０．１μｍまで薄くしても高い信頼性が得られることが分かった。
【００１８】
なお、アルミニウム配線膜では工程中に加わる熱によって、アルミニウムが髭状に粒成長する現象（ウィスカー成長）が有り、隣接配線膜とのショート不良を引き起こすことがあった。これに対して、本発明の銅を主とした多層構造膜において、ウィスカー成長は起こらないことがわかった。また、Ｃｕの比抵抗は１．６＊１０^−８Ω・ｍであり、Ａｌの２．５＊１０^−８Ω・ｍに比べて小さく、配線抵抗を増加させることなく配線の線幅および膜厚の縮小ができ、素子の小型化が可能になる。また、配線の膜厚を薄膜化することで工程の成膜時間が短くなる。
【００１９】
従来の製造方法ではアルミニウム膜を全面に成膜して、アルミニウム膜上にレジストパターンを形成して、これをマスクとしてウェットエッチングやドライエッチングによって配線膜とする部分以外のアルミニウム膜を除去した後、レジストパターンを除去し、最終的に配線膜のパターンを得る製造方法を採っていた。これに対して、本発明の製造方法では、リフトオフで配線膜のパターンを形成しており、従来の製造方法に比べて工程が短縮される。リフトオフとは、配線膜以外の部分に予めレジストパターンを形成しておき、配線膜の成膜後、レジスト剥離処理をすることによってレジスト上に堆積した配線以外の膜を除去する方法である。
【００２０】
ただし、リフトオフの工程で除去する膜が厚い場合、除去されないで残ってしまう不良（リフトオフ残り不良）が発生する。検討したところ、配線膜あるいは補助配線膜の膜厚が１．０μｍ以下であれば、リフトオフ残り不良が発生することなく、スルーホールの形成が可能であることがわかった。配線膜と同様の理由により、補助配線膜も膜厚を０．１μｍ以上且つ１．０μｍ以下にすることが望ましい。
【００２１】
リフトオフ残りを生じる原因の一つとして、レジスト側面を配線膜が完全にカバーしてしまい、レジスト剥離液が侵入できないことがある。リフトオフに用いるレジストの断面形状が底面を切り欠いたキノコ型になっていれば、少なくともキノコ型レジストの傘の底面や茎に相当する部分が配線膜でカバーされることはなく、リフトオフ残り不良が発生するおそれのないプロセスとすることができる。
【００２２】
絶縁膜に用いる酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）はピンホールが少なく、薄膜化が可能である。例えば、従来の酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）は膜中のピンホールが多いために膜厚１μｍとした。さらに、それだけでは絶縁性が不十分なことから膜厚１μｍのポリイミド系樹脂膜を酸化シリコン膜に積層した２層構造の絶縁膜が採用されていた。これに対して、酸化アルミニウム膜は膜厚０．２μｍ以上の単層膜で十分な絶縁性を得られることが分かった。単層であることから、薄膜化や工程の短縮が可能である。
【００２３】
なお、保護膜に用いる酸化アルミニウム膜は、磁気媒体と摺動させて使うことがあり、素子の保護のために膜厚を１．０μｍ以上とすることが望ましい。但し、全体の放熱性を損なわないように、保護膜の膜厚の上限を５．０μｍとする。
【００２４】
また、配線膜と補助配線膜を接続する箇所では、絶縁膜にスルーホールを形成する必要がある。この工程においても、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の絶縁膜を適用して工程を短縮することができる。従来の酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の絶縁膜は、酸化シリコン膜を全面に成膜した後、レジストマスクを用いたウェットエッチングもしくはドライエッチングによりスルーホールを形成していた。さらに、酸化シリコン膜上にポリイミド系樹脂を塗布し、スルーホール部をフォトリソグラフィーにより除去した後、３５０℃の温度で焼き固める工程が必要であった。
【００２５】
これに対して、酸化アルミニウムの絶縁膜では、スルーホール部に予めレジストパターンを形成しておき、酸化アルミニウム膜を成膜した後にレジストを剥離することでスルーホール部の酸化アルミニウムを除去するリフトオフが可能になる。但し、リフトオフの工程で除去される膜が厚い場合、リフトオフされないで残ってしまう不良（リフトオフ残り不良）が発生する。酸化アルミニウム膜の膜厚が１．０μｍ以下であればリフトオフ残り不良が発生することなく、スルーホールの形成が可能であることが分かった。ピンホールを発生させないこと及びリフトオフで形成することを考慮すると、酸化アルミニウムの絶縁膜の厚さは膜厚０．２μｍ以上且つ１．０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２６】
リフトオフ残り不良を生じる原因の一つとして、レジスト側面を酸化アルミニウム膜が完全にカバーしてしまい、レジスト剥離液が侵入できないことがある。リフトオフに用いるレジストの断面形状が底面を切り欠いたキノコ型になっていれば、少なくともキノコ型レジストの傘の底面や茎に相当する部分が酸化アルミニウム膜でカバーされることはなく、リフトオフ残り不良が発生するおそれのないプロセスとすることができる。
【００２７】
さらに、端子部では保護膜に電極取り出し穴をあける必要がある。この工程においても、従来構成は酸化シリコン膜とポリイミド系樹脂膜を有して２種類の膜を別々にエッチングしていたのに対し、本発明の酸化アルミニウムの保護膜では酸化アルミニウム膜単層のエッチングで済み、工程が短縮できる。さらなる素子の小型化を進め、銅（Ｃｕ）配線膜の電流密度が２．８ＭＡ／ｃｍ^２以上になると、銅のエレクトロマイグレーションを起こし難い温度範囲に抑えるべく放熱効率を上げる必要がある。
【００２８】
本発明では絶縁膜や保護膜を酸化アルミニウム膜とし、薄膜化することで放熱効果を向上させる。従来の磁気式センサーの絶縁膜や保護膜に用いていた酸化シリコン膜は熱伝導率が小さく、また膜厚が厚いことから放熱性は十分でなかった。また、ポリイミド系樹脂膜との積層膜にすることで更に放熱性を低下させていた。これに対して本発明では、絶縁膜と保護膜を酸化アルミニウムの単層膜にすることで放熱性を向上させている。さらに、酸化アルミニウム絶縁膜の膜厚を１．０μｍ以下にし、酸化アルミニウム保護膜の膜厚を５．０μｍ以下にすることで良好な放熱性が得られ、小型化を実現できる。
【００２９】
多層構造膜において、銅膜の下層に膜厚０．０５μｍ以下のクロム（Ｃｒ）膜もしくはタンタル（Ｔａ）膜を配置すると、配線膜の密着性が向上することが分かった。また、銅膜の上層に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）もしくはそれらを主成分とする合金の膜、もしくはＮｉ７０重量％以上且つ９０重量％以下のニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）膜を配置すると、エッチング工程における腐食を防止することができる。例えば、ドライエッチングもしくはウェットエッチングで保護膜に電極取り出し穴を形成して配線を露出させる工程において、エッチャントで腐食し易い銅（Ｃｕ）が金属膜で保護されているため腐食の無いプロセスとすることができる。また、電極取り出し部に露出する配線膜は、金、ニッケル、銀、錫もしくはそれらを主成分とする合金、もしくはニッケル鉄で構成されているため、配線膜にハンダが乗り易い。従来の製造方法では、ハンダづけを乗り易くするためニッケル鉄等の金属膜を取り出し穴に被覆する工程を付加していた。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の磁気センサーに係る配線パターン例の斜視図である。非磁性基板１上に設けた４個の磁気抵抗効果膜２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで感磁部を構成しており、それぞれの磁気抵抗効果膜の両端には配線膜３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを接続した。配線膜３ａ〜３ｅの終端には端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを形成しており、各端子は、配線膜の端に補助配線膜７ｂを積層して端子部を構成した。端子Ａ、Ｅはそれぞれ配線膜３ａ、３ｂを通して磁気抵抗効果膜２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに接続している。端子Ｂは配線膜３ｃを通して磁気抵抗効果膜２ａに接続して、端子Ｄは配線膜３ｄを通して磁気抵抗効果膜２ｂ、２ｄに接続している。端子Ｃは配線３ｅを通して磁気抵抗効果膜２ｃに接続しているが、途中、配線膜３ｄと交差する個所を補助配線膜７ａで迂回させている。なお、補助配線膜７ｂは立体交差部を構成するものでなく端子部を構成する部材であるが、補助配線膜７ａと同時に成膜するため、本実施例では便宜上補助配線膜７ｂと呼ぶ。なお、補助配線膜７ｂを設けない構成としても良い。
【００３１】
電気回路として磁気抵抗効果膜と配線膜はブリッジ回路を構成している。端子Ａ、Ｅは電源端子であり、端子Ａには電源電圧Ｖｃｃを印加し、端子Ｅには接地（ＧＮＤ）電位を接続した。また、端子Ｂ、Ｃをリード線等で接続して、そのリード線と端子Ｄを出力端子とした。そして、各磁気抵抗効果膜に作用する磁界の変化によって磁気抵抗効果膜の抵抗変化が生じ、それに応じて出力電圧が出力端子である端子Ｄとリード線間から得られた。
【００３２】
図２は、図１におけるＡ−Ａ´断面を例に、本発明の実施例のプロセスフローを（ａ）〜（ｆ）の断面図に示したものである。以下に本発明の素子構造および製造方法を説明する。（ａ）まず、非磁性基板１上にＡｌ_２Ｏ_３下地膜２１をスパッタリングにて膜厚０．０８μｍ形成した後、ＮｉＦｅ膜を成膜した。従来は非磁性基板上に直接ＮｉＦｅ膜を形成しており、ロット毎の基板材質の変動によってＮｉＦｅ膜の磁気特性が変動するという現象が見られた。Ａｌ_２Ｏ_３下地膜２１を設けることによって本願の構成は基板材質の変動を無視できるようになった。続けて、レジストをマスクとしたイオンミリングでＮｉＦｅ膜をパターニングして感磁部を形成した（磁気抵抗効果膜２ｃ）。
【００３３】
（ｂ）つぎに、感磁部の端部に接続する配線膜３ｄ、３ｅをリフトオフで形成した。先ず、配線膜を配置しない部分に予めレジストのパターンを形成しておいた。その上から配線膜をスパッタリングにより成膜して、レジスト剥離処理にてレジストとレジスト上に堆積した配線膜を除去することで、最終的に配線膜を形成した。配線膜はＣｒ下地膜０．０２μｍの上にＣｕ膜０．４μｍという２層膜で構成した。リフトオフに用いるレジストは、その断面形状をキノコ型にして用いた。これは、通常の矩形断面のレジストにした場合には、スパッタリングで成膜した膜が側面を完全にカバーしてしまい、レジスト剥離液が侵入できなくなるためである。キノコ型レジストは次の方法で形成した。まず、現像速度の速いレジストを下層に、遅いレジストを上層に塗布した。この２層レジストを同時に露光して現像すると、下層のレジストが上層レジストの側面より奥の方まで現像され、下層レジストのパターン幅が上層より小さくなり、断面がキノコ型のレジストが得られる。
【００３４】
（ｃ）次に、絶縁膜４を成膜した。これは、配線膜３ｄと補助配線膜７ａの立体交差部で双方の配線膜の絶縁を保持するためである。ただし、配線膜３ｅと補助配線膜７ａが接続する個所には予めスルーホール５ａを形成しておいた。また、端子部では配線膜３ｅ上に補助配線膜７ｂを積層させるため、端子部にもスルーホール５ｂを形成しておいた。このスルーホール５ａ及び５ｂの形成には前記配線膜と同様にリフトオフを用いた。この場合のリフトオフは、スルーホールになる部分にキノコ型レジストを形成しておき、絶縁膜を成膜後、レジスト剥離処理を行ってスルーホールにする部分の絶縁膜を除去した。本実施例で絶縁膜４は膜厚０．６μｍのＡｌ_２Ｏ_３膜で構成した。
【００３５】
（ｄ）次に、補助配線膜７ａを配線３ｄと立体交差部で交差させ、スルーホール５ａで配線膜３ｅと接続する様に配置した。また、端子部では、補助配線膜７ｂを配線膜３ｅ上に積層した。この工程も配線膜３ｅおよび３ｄと同様にリフトオフで形成した。補助配線膜７ａおよび７ｂはＣｒ下地膜０．０２μｍ上にＣｕ膜０．４μｍを積層して、その上にＮｉＦｅ膜０．１μｍを積層した３層で構成した。
【００３６】
（ｅ）次に、全面にＡｌ_２Ｏ_３膜２．０μｍをスパッタリングで成膜して保護膜８を形成した。（ｆ）端子部として保護膜８に電極取り出し穴９を形成して補助配線膜７ｂを露出させた。本実施例では、保護膜８上にレジストパターンを形成して、これをマスクとしたドライエッチングにより、電極取り出し穴９をあけた。エッチャントには三塩化ボロン（ＢＣｌ_３）と塩素（Ｃｌ_２）の混合ガスを用いた。電極取り出し穴９の形成には、炭酸水素ナトリウムと水酸化ナトリウム混合液によるウェットエッチを用いてもよい。何れのエッチングでも、配線膜の表面がＣｕであると、配線膜の腐食やエッチングが発生した。本実施例では、補助配線膜７ｂの表面をＮｉＦｅで構成しており、配線膜の腐食は発生しなかった。エッチング後にマスクレジストをレジスト剥離液により除去した。
【００３７】
電極取り出し穴の形成法として、保護膜を形成する前にスルーホール部に膜厚１０μｍ以上のレジストを形成しておき、Ａｌ_２Ｏ_３膜をスパッタリングした後、リフトオフにより電極取り出し穴９を形成する方法を用いることも可能である。この場合は、エッチャントによる腐食を考慮する必要はなく、広い材料選択が可能である。最後に、電極取り出し穴９を通して端子部にハンダを盛り、磁気式センサーを完成させた。
【００３８】
図２の（ｆ）に示したように本実施例に係る磁気式センサーの総合の厚さｄ（磁気抵抗効果膜２ｃの底面から保護膜８表面までの距離）は３．５４μｍである。また、感磁部上での保護膜の表面凹凸ｄｆは０．３０μｍであり、保護膜表面の凹凸ｄｆが総合の厚さｄの８．５％になった。
【００３９】
図３は本発明の実施例の概略を示す斜視図である。図３は配線膜、絶縁膜、保護膜の位置関係を説明するため、絶縁膜と保護膜と基板が積層された構造の内部を示し、絶縁膜と保護膜の被覆状態の一部を切断して分かり易く表示したものである。図３において補助配線膜７の一端は配線膜３と絶縁膜４に設けたスルーホール５を介して接続しており、もう一端は保護膜８下にある配線膜とスルーホールを介して接続している。磁気抵抗効果膜２は一端を端子部の配線膜と、もう一端を絶縁膜４下にある配線膜と接続している。その配線膜上を補助絶縁膜７が立体交差している。補助配線膜７上に表した保護膜８の凸形状は、補助配線膜７の段差をトレースしてできた保護膜表面の凸部である。電極取り出し穴９を通して端子部にハンダ１２を盛っている。なお、図１等と同様の機能の膜は同様の符号で説明した。
【００４０】
また、図４は本発明に係る他の実施例の磁気式センサーの概略を示す斜視図である。図４は配線膜、保護膜の位置関係を説明するため、保護膜と基板の積層された構造の内部を示し、保護膜の被覆状態の一部を切断して分かり易く表示したものである。図４において配線膜３は磁気抵抗効果膜２に接続しており、更に保護膜８下にあるもう一つの磁気抵抗効果膜と接続している。配線膜３はＣｒ下地膜０．０２μｍ上にＣｕ膜０．４μｍを形成してその上にＮｉＦｅ膜０．１μｍを積層した３層で構成した。保護膜８上に表した凸形状は、配線膜３の段差をトレースしてできた保護膜表面の凸部である。電極取り出し穴９を通して端子部にハンダ１２を盛っている。なお、図１等と同様の機能の膜は同様の符号で説明した。
以上
【００４１】
次に本発明と比較するため、比較例の磁気式センサーについて説明する。図５は比較例におけるプロセスフローを（ａ）〜（ｉ）の断面図で示すものである。以下に比較例の製造方法を記す。（ａ）非磁性基板１上にＮｉＦｅ等で構成される磁気抵抗効果膜２を成膜して、レジストをマスクとしたウェットエッチングによりパターニングした。
【００４２】
（ｂ）その後、配線膜３に相当するＣｒ／Ａｌ多層膜を成膜して、レジストをマスクとしたウェットエッチングよりパターニングした。配線膜３はＣｒ下地膜の膜厚０．１μｍ、Ａｌ膜の膜厚０．３μｍとした。（ｃ）次に、層間に配置する絶縁膜４ｂとしてＳｉＯ_２膜を成膜して、ウェットエッチングもしくはドライエッチングよりスルーホール５を形成した。（ｄ）このＳｉＯ_２膜は膜内のピンホール密度が大きいため厚膜が必要になった。例えば、膜厚１μｍのＳｉＯ_２膜でもピンホールを完全に無くすることはできず、ＳｉＯ_２膜上にポリイミド系樹脂膜６を形成する対策を取った。ポリイミド系樹脂膜６は、パターニングした後に３５０℃の温度でベークした。
【００４３】
（ｅ）補助配線膜７としては、Ａｌ膜を成膜してウェットエッチングよりパターニングした。Ａｌ膜厚は１．０μｍにした。（ｆ）（ｇ）その後、保護膜８ｂとしてＳｉＯ_２膜を成膜して、ウェットエッチングもしくはドライエッチングにより電極取り出し穴９ｂを形成して、配線膜が露出する端子部を得た。（ｈ）前記絶縁膜４ｂと同じ理由でＳｉＯ_２膜上にポリイミド系樹脂膜１０を形成した。ポリイミド系樹脂膜は、パターニングした後、３５０℃の温度でベークした。（ｉ）最後に、端子部にハンダを乗り易くするためＮｉＦｅ等の金属膜１１を形成した。この工程は、全面に金属膜を成膜してレジストをマスクとしたウェットエッチングすることにより、パターニングした金属膜１１を形成した。以上の工程で比較例の磁気式センサーを作製した。
【００４４】
図６は比較例の磁気式センサーと本発明の実施例の磁気式センサーを比較した評価結果である。通電しながらのプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）を１２１℃、２気圧、湿度９９％の条件で行った時の故障発生率を示す。本発明の磁気式センサーは故障が発生しておらず、信頼性の高い磁気式センサーであることがわかる。これに対して、比較例の構造での故障発生率は試験時間１００時間で５％程度となった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の磁気式センサーは、配線膜を銅と他の金属の多層構造膜で構成し、前記配線膜の膜厚は膜厚０．１μｍ以上且つ１．０μｍ以下であり、前記保護膜を膜厚１．０μｍ以上且つ５．０μｍ以下である酸化アルミニウム膜で構成しており、放熱性が良好なためエレクトロマイグレーションによる信頼性劣化を起こすことなく小型化が可能である。また、各層の薄膜化でリフトオフによるパターニングが可能になるため、製造工程が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気式センサーの斜視図である。
【図２】図１の実施例におけるプロセスフローを説明する断面図である。
【図３】本発明に係る他の磁気式センサーの概略を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る他の磁気式センサーの概略を示す斜視図である。
【図５】比較例におけるプロセスフローを説明する断面図である。
【図６】比較例と実施例のＰＣＴ評価の結果を示すグラフである。
【図７】磁気式ロータリーエンコーダー構成例の概略図である。
【符号の説明】
１非磁性基板、２磁気抵抗効果膜、３配線膜、
２ａ２ｂ２ｃ２ｄ磁気抵抗効果膜、
３ａ３ｂ３ｃ３ｄ３ｅ配線膜、
４絶縁膜、４ｂ絶縁膜、５スルーホール、５ａ５ｂスルーホール、
６ポリイミド系樹脂膜、７補助配線膜、７ａ補助配線膜、
７ｂ補助配線膜、８保護膜、８ｂ保護膜、９電極取り出し穴、
９ｂ電極取り出し穴、１０ポリイミド系樹脂膜、１１金属膜、
１２ハンダ、２１Ａｌ_２Ｏ_３下地膜、７１磁性体、
７２磁気式センサー、７３フレキシブル配線基板、７４波形整形回路、
７５磁気媒体、７６シャフト

Claims

磁気抵抗効果膜を有する複数の感磁部と、前記感磁部を端子部に接続する複数の配線膜と、少なくとも感磁部を被覆する保護膜を基板上に備える磁気式センサーであって、前記複数の配線膜の少なくとも一つは補助配線膜を備え、前記補助配線膜は絶縁膜を介して他の配線膜と立体交差し、前記配線膜および前記補助配線膜を銅と他の金属の多層構造膜で構成し、前記配線膜および前記補助配線膜の膜厚は０．１μｍ以上且つ１．０μｍ以下であり、前記絶縁膜を膜厚０．２μｍ以上且つ１．０μｍ以下の酸化アルミニウム膜で構成し、前記保護膜を膜厚１．０μｍ以上且つ５．０μｍ以下の酸化アルミニウム膜で構成することを特徴とする磁気式センサー。
前記配線膜もしくは前記補助配線膜が、下層に膜厚０．０５μｍ以下のクロム膜もしくはタンタル膜を有し、上層に銅膜を有する２層構造であることを特徴とする請求項１に記載の磁気式センサー。
前記配線膜もしくは前記補助配線膜が、下層に膜厚０．０５μｍ以下のクロム膜もしくはタンタル膜を有し、中間層に銅膜を有し、上層に金、ニッケル、銀、錫もしくはそれらを主成分とした合金の膜、もしくはニッケルが７０重量％以上且つ９０重量％以下であるニッケル鉄合金膜を有する３層構造であることを特徴とする請求項１に記載の磁気式センサー。
感磁部から保護膜までの総合の厚さに対する保護膜表面の凹凸の比率が５％以上且つ２０％以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気式センサー。
前記保護膜表面の凹凸が１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の磁気式センサー。
請求項１の磁気式センサーにおいて、前記絶縁膜にスルーホールを設けて、前記スルーホールを介して配線膜に接続する補助絶縁膜を通し、前記保護膜に電極取り出し穴を設けることにより端子部を露出させ外部端子と接続させる構造にして、前記磁気式センサーを作製する際に、感磁部はレジストをマスクとしたイオンミリングによりパターニングし、配線膜および補助配線膜および絶縁膜のスルーホールはリフトオフにより形成し、保護膜の電極取り出し穴はレジストをマスクとしたドライエッチングもしくはウェットエッチングによりを形成することを特徴とする磁気式センサーの製造方法。