JP6558709B2 - ホール素子 - Google Patents
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Description
実施の形態に係るホール素子1の模式的平面パターン構成は、図1に示すように表され、模式的鳥瞰構成は、図2に示すように表される。
実施の形態に係るホール素子1を適用した磁気センサは、図1〜図4に示すように、磁気記録媒体10と、磁気記録媒体10上に配置され、クロスバー形状を有する電極層14と、電極層14のクロスバー部に接続されたパッド電極P1〜P4・16・18とを有するホール素子1とを備える。
―絶縁層の製膜―
磁気記録媒体10上へ原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法(Fiji F200, Cambridge Nanotech)により、約100℃においてトリメチルアンモニウムと水を反応させることにより、厚さ、約30nmのAl2O3を堆積した。
磁気記録媒体10上へスピンコート法により厚さ約170nmのポジ型電子線ビームレジスト(ZEP520A, Zeon Co.)を塗布した後、ホットプレート上で、温度約180℃、時間約2分のベーキングを実施した。
典型的なフォトリソグラフィー法によって、Cr(5nm)/Au(200nm)/Cr(5nm)パッド電極P1〜P4・16・18をリフトオフにより作製した。
ALD法により、温度約100℃においてトリメチルアンモニウムと水を反応させることにより、厚さ約30nmのAl2O3層からなるパッシベーション膜20を堆積した。ここで、当該Al2O3は、Bi電極層14の酸化によるデバイス特性劣化の抑制のためのパッシベーション膜20として用いている。ALD-Al2O3は、他の手法により作製された絶縁膜と比較してピンホールが少なく、耐酸素・耐水透過性が高いことが知られており、パッシベーション膜として好適である。
典型的なフォトリソグラフィー法により、ワイヤーボンディング部にレジスト開口部を設け、Al2O3を約60℃の希リン酸によりエッチング除去後、Crを誘導結合プラズマエッチング装置(RIE-200iPT,SAMCO Inc.)によりCl2/O2混合ガス中でエッチング除去し、コンタクトホール16H・18Hを形成した。
BZ=MZ[(α+1)/{(α+1)2+β2}1/2−(α−1)/{(α−1)2+β2}1/2] (2)
また、実施の形態に係るホール素子1を適用した磁気センサにおいて、磁気記録媒体厚さtをパラメータとする垂直方向の磁場BZ(mT)と高さZとの関係を示す特性例は、図11に示すように表され、磁気記録媒体厚さtおよびドメイン幅dをパラメータとする垂直方向の磁場BZ(mT)、出力ホール電圧VH(μV)、信号対雑音比S/Nと高さZとの関係を示す特性例は、図12に示すように表される。図11においては、ドメイン幅d=50nm一定としている。
実施の形態に係るホール素子1を適用し、磁区動作のホールプローブとイメージングの同時計測が可能な電磁石102と磁気光学顕微鏡を組み合わせた測定系の模式的構成は、図13に示すように表される。
ホール素子の特性を物理特性測定装置(Physica Property Measurement System:PPMS)(Quantum Design, Inc.)により測定した。300Kにおいて得られたホール係数RH、積感度KH、直列抵抗RSは、それぞれ約0.44(cm3/C)、約4.4(V/A・T)、約1.7(kΩ)であった。
電磁石と磁気光学顕微鏡を組み合わせることにより、磁場印加時の磁区動作のホールプローブとイメージングの同時計測が可能となる測定系を構築した。
比較例に係る半導体ホール素子を適用した磁気センサの模式的断面構造は、図14(a)に示すように表され、実施の形態に係るホール素子を適用した磁気センサの模式的断面構造は、図14(b)に示すように表される。
実施の形態に係るホール素子1を適用した磁気センサの製造方法の説明図であって、磁気記録媒体10上にアラインメント電極層17を形成後、絶縁層12を形成する工程を示す模式的断面構造は、図15(a)に示すように表される。
(a)まず、図15(a)に示すように、第1のリソグラフィー工程により、磁気記録媒体10上にアラインメント電極層17をパターン形成後、絶縁層12を形成する。
(a−1)すなわち、磁気記録媒体10上に例えば、Cr(5nm)/Au(200nm)/Cr(5nm)の積層からなるアラインメント電極層17を、電子ビーム蒸着法およびリフトオフにより、パターン形成する。
(a−2)次に、ALD法によって、Al2O3(膜厚30nm、酸素供給源H2O、製膜温度約100℃)からなる絶縁層12を形成する。
(b)次に、図15(b)に示すように、第2のリソグラフィー工程により、絶縁層12上にホールクロスバーをパターン形成する
(b−1)すなわち、絶縁層12上に、Cr(3nm)層を、電子ビーム蒸着法により、パターン形成する。
(b−2)次に、厚さ、約100nmのビスマス電極層14を抵抗加熱蒸着法およびリフトオフ法により、パターン形成する。
(c)次に、図15(c)に示すように、第3のリソグラフィー工程により、ビスマス電極層14に接して、絶縁層12上にパッド電極16・18をパターン形成する。
(c−1)すなわち、ビスマス電極層14に接して、絶縁層12上に例えば、Cr(5nm)/Au(200nm)/Cr(5nm)の積層からなるパッド電極16・18を、電子ビーム蒸着法およびリフトオフにより、パターン形成する。
(c−2)次に、ALD法によって、Al2O3(膜厚30nm、酸素供給源H2O、製膜温度約100℃)からなるパッシベーション膜20を形成する。
(d)次に、図15(d)に示すように、第4のリソグラフィー工程により、パッド電極16・18に対して、コンタクトホールをパターン形成する。
(d−1)すなわち、Al2O3からなるパッシベーション膜20を希リン酸H3PO4(リン酸:純水=1:4、約60℃)によりエッチングする。
(d−2)さらに、Cr層を反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法(Cl2/O2=2/2sccm,圧力0.2Pa、パワー100W)により、エッチングする。
磁気記録媒体10からなる基板上にポジ型レジスト層13Zを形成後、ポジ型レジスト層13Z上にBi電極層14を形成した比較例に係る模式的断面構造は、図16(a)に示すように表され、図16(a)の構造において、リフトオフ工程を実施した後の模式的断面構造は、図16(b)に示すように表される。
磁気記録媒体10からなる基板上にポジ型レジスト層13Zを100nm形成後、ポジ型レジスト層13Z上にBi電極層14を30nm形成した比較例に係る模式的断面構造は、図19(a)に示すように表され、図19(a)の構造において、リフトオフ工程を実施した後の模式的断面構造は、図19(b)に示すように表され、図19(b)の表面光学顕微鏡写真例は、図19(c)に示すように表される。図19の比較例では、リフトオフ工程を実施した後の模式的断面構造は、図19(b)に示すように、磁気記録媒体10からなる基板上へのBi電極層14の再付着が生じている。また、図19(c)に示す表面光学顕微鏡写真例からも、Bi付着部が存在し、良好なリフトオフ工程が実施されていない。
実施の形態に係るホール素子1を適用した磁気センサにおいて、ホールクロスバー中央部分直下にガーネット磁性体のバブルドメインDM(−)が存在する例は、図24(a)に示すように表される。また、出力ホール電圧VH(μV)および出力磁場BOと、印加磁場Bとの関係を示す図において、図24(a)に対応する例(印加磁場B=0(mT))は、図24(b)に示すように表される。
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
10…磁性体(磁気記録媒体)
12…絶縁層
13Z、13ZM、13ZP、13P…レジスト層
14…Bi(ビスマス)電極層
16、18、P1、P2、P3、P4…ホールプローブパッド電極
16H、18H…コンタクトホール(開口部)
17…アラインメント電極層
20…パッシベーション膜
221、222…ボンディングワイヤ
24…Bi(ビスマス)付着部
100…偏光子
102…電磁石
103…スペース
104…透過性両面研磨サファイア
106…検光子
108…CCDカメラ
DM、DM(+)、DM(−)…ドメイン
B…印加磁場
BO…出力磁場
Claims (5)
- 矩形の磁性体と、
前記磁性体上に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に形成された第1の金属層と、
前記第1の金属層上から前記第1の絶縁層上に跨って形成された第2の金属層と、
前記第2の金属層および前記第1の金属層上に、前記第2の金属層の一部を露出させて形成された第2の絶縁層と、
前記第2の金属層の前記露出させた部分に接続されたボンディングワイヤと
を備え、
前記第1の金属層は、
前記磁性体の一辺から対向する他辺に向かう第1方向に延びる第1金属部と、
前記第1金属部の一端に接続され、前記第1方向と垂直方向である第2方向において前記第1金属部の長さよりも長い第2金属部と、
前記第1金属部の他端に接続され、前記第2方向において前記第1金属部の長さよりも長い第3金属部と、
を備え、
前記第2の金属層は、
前記第2金属部と接続され且つ前記第2方向に延在する第4金属部と、
前記第3金属部と接続され且つ前記第2方向に延在する第5金属部と、
を備え、
前記第4金属部は、前記第2金属部の前記第2方向側の1辺に接続されて前記第2方向に延在し、
前記第5金属部は、前記第3金属部の前記第2方向側の1辺に接続されて前記第2方向に延在し、
前記第2金属部の前記第1方向側の1辺と前記第4金属部の前記第1方向側の1辺とが直線状に連なるように接続され、
前記第3金属部の前記第1方向側の1辺と前記第5金属部の前記第1方向側の1辺とが直線状に連なるように接続される、ホール素子。 - 前記第1の金属層は、
前記第1金属部と交差して前記第2方向に延びる第6金属部と、
前記第6金属部の一端に接続され、前記第1方向において前記第6金属部の長さよりも長い第7金属部と、
前記第6金属部の他端に接続され、前記第1方向において前記第6金属部の長さよりも長い第8金属部と、
を備え、
前記第2の金属層は、
前記第7金属部と接続され且つ前記第2方向に延在する第9金属部を備える、請求項1に記載のホール素子。 - 前記第4金属部と前記第5金属部と前記第9金属部とは、互いに平行である、請求項2に記載のホール素子。
- 第2の絶縁層は、Al 2 O 3 層を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載のホール素子。
- 前記第9金属部は、前記第7金属部の前記第2方向側の1辺に接続されて前記第2方向に延在し、
前記第2の金属層は、前記第8金属部の前記第1方向側の1辺に接続され且つ前記第1方向に延在した後前記第2方向に延在する第10金属部をさらに備える、
請求項2に記載のホール素子。
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