JPH01123178A

JPH01123178A - 磁区検出装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01123178A
Application number: JP62280878A
Authority: JP
Inventors: Takeo Ono; 武夫小野; Fumihiko Saito; 文彦斉藤; Hitoshi Oda; 織田　仁
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1987-11-09
Publication date: 1989-05-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は磁区検出装置に係り、特にホール素子を用いて
磁区を検知する磁区検出装置およびその製造方法に関す
る。

［従来技術］゛　磁気記録バブルメモリやブロッホ・ライン・メモリ
は、他の磁気メモリのように、記録・再生の際に記録再
生用ヘッドをメモリに対し相対的に移動させる必要がな
く、記録再生ヘッドのトラッキングまた光ヘッドを用い
た場合のフォー力ッシングなど微小な変位の制御を行わ
なくてもよい。このため、高信頼性なメモリとして研究
が進められ、特にブロッホ・ライン・メモリは、Ｉ　Ｇ
ｂｉ　Ｌｓ／０ｍ２の高密度記録が可能であり、コンピ
ュータ用メモリ、画像用メモリ等への応用が期待され、
精力的な研究が行われている。

このような磁気記録バブルメモリやブロッホ・ライン・
メモリにおいて、磁区の検出は、磁区を情報の単位とし
て記録する磁気バブル・メモリにおいても、磁区の境界
である磁壁中のねじれを情報の単位として記録するプロ
ッホラインメモリにおいても、記録された情報を再生す
るのに必要不可欠である。

磁区を検出する方法としては、磁気抵抗効果（ＭＲ効果
）を有するパターン（以下、ＭＲパターンと記する）を
磁区な有する磁性層上に設け、該ＭＲパターンに電流を
流し、該ＭＲパターンの下を磁区が通りすぎる時の磁束
の変化を抵抗の変化として検出する方法がある。

該ＭＲパターンの材料としては、通常パーマロイが使わ
れているが、本来の抵抗自体が小さいため、信号として
検出するのに十分な抵抗変化を実現するためにパターン
を細長く形成していた。そして、磁区は該ＭＲパターン
へ転送される間にストレッチャと呼ばれる転送路により
、順次拡大され、該Ｍ　Ｒパターンと同程度の大きさへ
と段階的に拡大される。

ＭＲパターン以外の磁区検出手段としては、半導体ホー
ル素子を利用した方式も研究され、半導体ボール効果を
有する材料を用いた例としては、Ｉ　ｎＳｂを使ったも
ので信号が検出されている（Ｊ、ｓｉｇｅＬａ　　Ｇ、
ｋａｍｏｓｈｉｔａ　　ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ、Ｍａｇ
、Ｎｏ８４５４（１９７２）　）。

第７図は、半導体ホール素子を用いた磁区検出装置の一
構成例を示す概略的断面図である。

同図に示すように、ガドリニウム・ガリウム・ガーネッ
ト（以下、ＧＧＧと記す）基板ｌ上には磁区を有するガ
ーネット膜２が形成される。−方、ガラス基板７上には
、パーマロイ等の磁区転送用パターン６が形成され、さ
らに絶縁層５を介して半導体１１！４（ここでは、Ｉｎ
５ｂ）が形成され、その上に検出電極３が形成される。

本磁区検出装置は、ガーネット膜２と検出電極３が対向
する様に、ＧＧＧ基板１とガラス基板７とを接着させて
形成するものであり、磁区を転送しながら、磁区の移動
に伴う磁束の変化をＩｎＳｂに生じるホール効果による
起電圧の変化で検出するものである。

なお、本磁区検出装置において、ＧＧＧ基板１とガラス
基板７との接着によって形成するという工程数の多い製
造方法で作製するのは、ガーネット膜２に直接１　ｎＳ
ｂ膜４を形成すると、ガーネット膜２からＩ　ｎＳｂ膜
４への酸素の拡散が起こり、特性が劣化し、またｌ　ｎ
Ｓｂの電子移動度を良くするためにアニーリングを行う
と、ガーネットの飽和磁化等が変化してしまうという不
都合が生じるためである。

［９，明が解決しようとする問題点］しかしながら、前述したＭ　Ｒパターンを用いた磁区の
検出方法においては、ＭＲ効果を有するものとして使わ
れるパーマロイは、抵抗が小さいため、磁束による抵抗
の変化を大きくとるためには、ＭＲパターンを大きくす
る必要があり、また磁区も拡大する必要があった。この
ため、磁気バブルメモリなどでは検出部が大きくなり、
集積化に不都合となる問題点を有していた。

さらに、バブルメモリなどでは、バブル磁区を段階的に
拡大するのに時間がかかり、アクセスタイムを長くなる
問題点も有していた。

一方、半導体ホール効果を利用した磁区の検出方法にお
いては、接着構造となるため集積化に不向きであり、ガ
ーネット膜と半導体膜との間の距離が大きくなって、検
出感度が落ち、また半導体膜が多結晶となるために検出
感度が落ちる問題点を有していた。

［問題点を解決するための手段］本願第一の発明の磁区検出装置は、磁性材料面または該
磁性材料面−ヒに設けられた堆積膜面上に形成した半導
体単結晶を用いてホール素子を形成し、該磁性材料に格
納した磁区を該ホール素子により検出することを特徴を
する。

本願第二の発明の磁区検出装置の製造方法は、核形成密
度が小さい磁性材料面、または該磁性材斜面上に設けら
れた核形成密度が小さい材料面からなる非核形成面と、
単一核のみ結晶成長するに充分小さい面積を有し、前記
非核形成面の核形成密度より大きい核形成密度を有する
核形成面と、を隣接して配された基体に、結晶形成処理
を施し。

て、単一核より半導体単結晶を成長させる工程と。

この半導体単結晶を用いて、磁性材料中の磁区を検出す
る為のホール素子を形成する工程とを有することを特徴
とする。

［作用］本顆第−の発明の磁区検出装置は、磁性材料面上に半導
体単結晶を直接的に、または堆積膜を介して形成するこ
とにより、ホール素子の検出感度特性を向」ニさせ、磁
区検出装置の検出性能を向上させることができる。

本願第二の発明の磁区検出装置の製造方法は、核形成密
度が小さい磁性材料面、または磁性材料面上に設けられ
た核形成密度が小さい材料面からなる非核形成面と、単
一核のみ結晶成長するに充分小さい面積を有し、前記非
核形成面の核形成密度より大きい核形成密度を有する核
形成面と、咎隣接して配された基体に、結晶形成処理を
施して、単一核より成長させた単結晶半導体を用いて、
磁性材料中の磁区を発生する為のホール素子を形成する
ことにより次のような作用を得ることがそきる。

（１）核形成面のみ単一核が形成され、非核形成面上に
は単一核が生成されないので、単一核のみを中心として
半導体単結晶を形成することができ、結晶性等の違い等
から従来単結晶の形成出来なかった磁性材料にも半導体
単結晶を形成することができる。

（２）半導体単結晶の位置が核形成面の位置精度で決め
られるので、所望の位置に半導体単結晶または単結晶群
を高精度に作製することができる。

（３）通常の半導体製造プロセスで製造することができ
るので、簡易な工程で高集積化を行なうことができる。

［実施例］以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

本発明の説明に先だって、本発明に用いる結晶の形成方
法をより理解しやすくするために、堆積面上に選択的に
堆積膜を形成する選択堆積法について述べる。選択堆積
法とは、表面エネルギー、付着係数、脱離係数、表面拡
散速度等という薄膜形成過程での核形成を左右する因子
の材料間での差を利用して、基板−ヒに選択的に薄膜を
形成する方法である。

第４図（＾）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図である
。

まず同図（Ａ）に示すように、基板８上に、基板８と上
記因子の異なる材料から成る薄膜９を所望部分に形成す
る。そして、適当な堆積条件によって適当な材料から成
る薄膜の堆積を行うと、同図（Ｂ）に示すように、薄膜
１０は薄膜９上にのみ成長し、基板８上には成長しない
という現象を生じさせることができる。この現象を利用
することで、自己整合的に成形された薄膜１０を成長さ
せることかでき、従来のようなレジストを用いたりソゲ
ラフイエ程の省略が可能となる。

なお、このように選択に薄膜を形成させる要因としては
、種々の成膜条件の影響をうけるが特に核形成密度の影
響は大きい。ここで、核形成密度とは、単位面積当りに
形成される核の数をいう（核とは、飛来する原子等が脱
離、付着の不安定状態から一定の安定した大きさになっ
たものをいう）。

本発明に用いる結晶の形成方法は、このような核形成密
度の差を利用し、堆積面（非核形成面）の形成材料より
核形成密度の十分大きい異種材料からなる核形成面を単
一の核だけが成長するように十分微細に形成することに
よって、その微細な面積を有する異種材料からなる核形
成面の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長させる
ものである。

この核形成密度差を得る他の方法としては、後述するよ
うに、５ｉ０２上に局所的にイオン注入して過剰にイオ
ンを有する領域を形成してもよい。

結晶形成処理方法としては、化学気相蒸着法、スパッタ
リング法、電子ビーム法、イオンクラスタービーム法、
分子線エピタキシー法等を用いることができる。

なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電。

子状態、特にダングリングボンドの状態によって決定さ
れるために、核形成密度の低い材料（たとえば、５ｉ０
２）はバルク材料である必要はなく、任意の材料や基板
等の表面のみに形成されて上記堆積面を成していればよ
い。

本発明の磁区検出装置の製造方法は、上述したような結
晶の形成方法を用いて、磁区な有する磁性膜上に、選択
堆積を可能にする核形成密度の小さい絶縁層を形成し、
その上に核形成密度の大きい核形成面を十分微細に形成
して、この核形成面に単一の核を成長させ、この単一の
核を中心として、半導体単結晶を成長させ、この半導体
単結晶にホール素子を形成し、さらに磁区制御用パター
ンを形成することにより、磁区検出装置を形成するもの
である。

次に、本発明の磁区検出装置の製造方法について図面を
用いて詳細に説明する。

第５図（Ａ）〜（ＤＪは、本発明の磁区検出装置の磁気
バブル検出用ホール素子用基板の半導体単結晶の形成方
法の一例を示す形成工程図であり、第６図（Ａｌおよび
（Ｂ）は、第５図（八）および（Ｄ）における基板の斜
視図である。

まず、第５図（Ａ）および第６図（Ａｌ　に示すように
、ＧＧＧ基板２０上にガーネット膜ＩＩを形成し、この
ガーネット膜ＩＩ上に、非核形成面となり５選択堆積を
可能にする核形成密度の小さい５ｉ０２等の薄膜１２を
形成し、その上に核形成密度の大きいＧａＡｓやＳｉＮ
等の核形成面形成材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等
によってバターニングすることで核形成面１３ａ、１３
ｂ。

＋３ｃを一定距離（２）離して充分微細に形成する。な
お、核形成面とは、上述したように、ＳｉやＮ等を薄膜
１２にイオン注入して形成される過剰にＳｉやＮ等を有
する変質領域も含めるものとする。

次に、適当な堆積条件によって核形成面１３ａ、１３ｂ
、１３ｃだけに堆積材料の単一の核が形成される。すな
わち、核形成面１３ａ。

１３ｂ、１３ｃは、単一の核のみが形成される程度に十
分微細に形成する必要がある。堆積を行う半導体材料と
しては、ホール効果を有するものであれば良く、特に限
定されないが、ここではＩｎＳｂを用いる。核形成面１
３ａ、＋３ｂ。

１３ｃの大きさは、材料の種類によって異なるが、数ミ
クロン以下であればよい。更に、核は単結晶構造を保ち
ながら成長し、第５図（Ｂ）に示すように島状の半導体
単結晶粒１４ａ、１４ｂ。

１４ｃとなる。島状の半導体単結晶粒１４ａ。

＋４ｂ、＋４ｃが形成されるためには、すでに述べたよ
うに、薄膜１２上で全く核形成が起こらないように条件
を決めることが必要である。

島状の半導体単結晶粒１４ａ、＋４ｂ。

１４ｃは単結晶構造を保ちながら核形成面１３ａ、１３
ｂ、＋３ｃを中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すよ
うに薄膜１２全体を覆って半導体単結晶１５ａ、＋５ｂ
、１５ｃとなる。単結晶間は粒界１７ａ、１７ｂが形成
される。

続いて、エツチング又は研磨によって半導体単結晶１５
ａ、ｊ５ｂ、１５ｃを平坦化し、第５図（Ｄ）および第
６図（Ｂ）に示すように、所望の素子を形成することが
できる半導体単結晶層ｌｅａ。

＋６ｂ、１６ｃが薄膜１２上に形成される。

このように非核形成面の形成材料である薄膜１２がガー
ネット膜ｌＩ上に形成されているために、ガーネット膜
＋１に機能素子等が形成されたものであっても、その上
に容易に半導体単結晶層を形成することができる。

なお、上記実施例では、堆積を行う半導体材料を薄膜１
２上に堆積させたが、ここでは、ガーネット膜１１が核
形成密度が小さいので、必要に応じて直接ガーネット膜
りｌ上に形成してもよい。

このようにして、磁気バブル検出用ホール素子用基板が
作製される。

第２図は、磁気バブル検出用ホール素子用基板の斜視図
である。

同図において、Ｉ９ａはバブル磁区な検出する読出しメ
ジャーライン部であり、１９ｂはこの読出しメジャーラ
イン部１９ａに、バブルを送るマイナルライン部である
。この読出しメジャーライン部にバブル磁区検出ゲート
を複数個設ける場合、各バブル磁区検出ゲートのピッチ
を第５図に示した核形成面間のピッチ（ｎ）とし、図中
点線を粒界とする単結晶層群を形成する。粒界は各単結
晶を区画する境界となっており、各単結晶は、各バブル
磁区検出ゲートの半導体ホール素子部の構成材となる。

このようにして形成された磁気バブル検出用ホール素子
用基板は次のような特徴を有する。

（２）半導一体重結晶の位置が核形成［頂の位置閉度で
決められるので、所望の位置に半導体単結晶または単結
品群を高精度に作製することができる。

なお、これ以降の磁区検出装置の製造方法は、通常の半
導体製造工程で作製されるので説明を省略する次に、」１記磁気バブル検出用ホール素子用基板に作製
される本発明の磁区検出装置の構成について説明する。

第１図（Ａ）　（Ｂ）は、本発明によるバブル磁区検出
ゲート部を説明する概略的構成図であり、第１図（Ａ）
は、その正面図であり、第１図　（Ｂ）は、その断面図
である。

両図において、３０は半導体単結晶１ｎｓｂであり、上
述した半導体単結晶の形成工程で作製されたものである
。２１はホール電流印加用導体パターン、２２１，２２
２はホール電圧取出し導体パターン、２３はバブル磁区
引き伸ばし用導体パターン、２４はバブル磁区転送用パ
ーマロイパターン、２５は拡大されたバブル磁区、２６
〜２９は絶縁層である。バブル磁区転送用パーマロイパ
ターン２４を転送されてきた磁気バブルは、バブル磁区
検出ゲート部、まで（るとヘアピン状のバブル磁区引き
伸ばし用導体パターン２３により拡大され、半導体単結
晶１ｎｓｂ３０の下に広がる。

すると、この半導体単結晶１ｎＳｂ３’Ｏを通る磁束が
変化し、ホール電圧取出し導体パターン２２１゜２２２
に生ずるホール電圧が変化し、信号として取出せる。こ
のバブル磁区検出ゲート部の位置としては、第１図（Ａ
）　（Ｂ）に示すようにバブル転送用パーマロイパター
ン間に形成するとよい。これはバブル磁区な拡大すると
きパーマロイパターンがあると、パターンエツジ等で磁
壁がピンニングされる場合があるためである。

上記構成の半導体ホール素子は幅】μｍ、長さ１０μｍ
程度の大きさでよいため、読出しメジャーライン部ヒに
複数個容易に形成可能であり、今Ｎ個形成すれば、パラ
レルに読出しが行えることになり、読出しのアクセスタ
イムは１／Ｎとなる。すなわち、本発明の磁区検出装置
によれば、ガーネット膜と同一基板上に半導体単結晶ホ
ール素子を形成でき、ノイズの少ない検出感度の高い読
み出しゲートを形成でき、更にサイズを小さくすること
ができるので、マルチ化が容易となった。

尚、上記の単結晶半導体においては、前記核形成面が残
存したままになっており、前記核形成面」―又は／及び
前記核形成前近傍に形成された半導体単結晶も半導体ホ
ール素子としているが、半導体単結晶の形成後に除去す
ることができる。

第３図（八）〜（Ｄ）は、核形成面を除去する場合の半
導体単結晶の形成方法の一例を示す形成工程図である。

第３図（Ａ）〜（Ｃ１は、半導体単結晶層１６の形成工
程を示し、既に第１図ｆＡ）〜［Ｄ）で述べた形成工程
と同様である。本例では更に、第３図（ＤＪに示すよう
に、エッチングエ稈で除去し、半導体単結晶層１８とす
る。この工程により、膜厚が均一で核形成面形成材料を
含まない半導体単結晶が得られ、これはホール素子とし
て用いる場合、電子の移動が増すことにつながり、磁界
に対するホール電圧を大きくし、感度が向上する。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明による磁区検出装置
は次のような効果を生じさせるものである。

（＋）磁性膜と同一基板トに半導体単結晶のホール素子
を形成することにより、高感度な磁区検出を行うことが
できる。

（２）集積化が比較的容易なので、検出部の面積を小さ
くでき、検出ゲートをマルチ化することが容易に行え、
検出速度が早くなる。

また、本発明による磁区検出装置の製造方法は、次のよ
うな効果を生じさせるものである。

（１）核形成面のみ単一核が形成され、非核形成面上に
は単一核が生成されないので、単一核のみを中心として
半導体単結晶を形成することができ、結晶性等の違い笠
から従来単結晶の形成出来なかった磁性材料にも半導体
単結晶を形成することができ、磁性材料の選定範囲を拡
大することができる。

（２）半導体単結晶の位置が核形成面の位置精度で決め
られるので、所望の位置に半導体単結晶または単結晶群
を高精度に作製することができ、パラレル駆動を容易に
行うことができ、磁区検出装置のアクセスタイムを短縮
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ３　（Ｂ）は、本発明によるバブル磁区検出
ゲート部を説明する概略的構成図である。第２図は、磁気バブル検出用ホール素子用基板の斜視図
である。第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、核形成面を除去する場合の半
導体単結晶の形成方法の一例を示す形成工程図である。第４図（Ａｌおよび（Ｂ）は選択堆積法の説明図である
。第５図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の磁区検出装置の磁気
バブル検出用ホール素子用基板の半導体単結晶の形成方
法の一例を示す形成工程図である。第６図（＾）および（Ｂ）は、第５図（Ａ）および（Ｄ
）における磁気バブル検出用ホール素子用基板の斜視図
である。第７図は、磁区を検出した半導体ホール素子の検出部の
一構成例を示す概略的断面図である。ｌｌニガーネット膜、Ｉ２：薄膜、１３ａ、１３ｂ、＋３ｃ：核形成面、１４ａ、＋４ｂ、１４ｃ：半導体単結晶粒、１５ａ、１
５ｂ、１５ｃ：半導体結晶。１６ａ、＋６ｂ、＋６ｃ：半導体単結晶層、１７ａ、１
７ｂ：粒界。１９ａ：読出しメジャーライン部、１９ｂ：マイナルライン部、２０　：　ＧＧＧ基板２１：ホール電流印加用導体パターン、２２１．２２２
　　：ホール電圧取出し導体パターン、２３：バブル磁区引き伸ばし用導体パターン、２４：バ
ブル磁区転送用パーマロイパターン、２５：拡大された
バブル磁区。２６〜２９：絶縁層、３０：半導体単結晶１ｎｓｂ。代理人　　弁理士　山　下　穣　平第１図（Ｂ）第４図（Ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁性材料面または該磁性材料面上に設けられた堆
積膜面上に形成した半導体単結晶を用いてホール素子を
形成し、該磁性材料に格納した磁区を該ホール素子によ
り検出することを特徴をする磁区検出装置。
（２）核形成密度が小さい磁性材料面、または該磁性材
料面上に設けられた核形成密度が小さい材料面からなる
非核形成面と、単一核のみ結晶成長するに充分小さい面
積を有し、前記非核形成面の核形成密度より大きい核形
成密度を有する核形成面と、を隣接して配された基体に
、結晶形成処理を施して、単一核より半導体単結晶を成
長させる工程と、この半導体単結晶を用いて、磁性材料中の磁区を検出す
る為のホール素子を形成する工程とを有する磁区検出装
置の製造方法。
（３）前記核形成面上又は／及び前記核形成面近傍に形
成された半導体単結晶を除去し、残存した半導体単結晶
を用いてホール素子を形成した特許請求の範囲第２項記
載の磁区検出装置の製造方法。