JPH03283477A - 磁気抵抗効果素子とその製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は磁気センサーや磁気記録装置に使用する磁気ヘ
ッドに係わり、特に微小磁界検出用の磁気抵抗効果（以
下ＭＲと記す）素子の狭トラツク加工に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第４図は従来のＭＲ素子の一例を示す図である。

この様なＭＲ素子は、例えば特開昭６４−４２０１５に
示されている。第４図において、１はパーマロイ等から
なるＭＲ効果を有する薄膜であり２はＡＱ。

Ｃｕ等からなる信号検出導体用の金属薄膜である。

また、４はＭＲ薄膜１と導体薄膜２との接触界面で、相
互拡散が起こることにより発生するＭＲ薄膜の磁気特性
劣化を防止したり、接触界面での電気抵抗のばらつきを
防止したりするための保護膜である。この保護膜につい
てはＭＲ薄膜との選択エツチングが可能で、加工度に優
れ、さらに耐食性や耐酸化性に優れた材料であることが
望ましい。

例えばＭＲ薄膜にパーマロイが用いられた場合には、こ
の保護膜に適した材料としてＭＯなどの高融点金属材料
があげられる。

第５図に第４図に示すＭＲ素子の製造方法を示す。

第５図の（イ）は基板面上にＭＲ薄膜１と保護膜４とを
、同−真空内で連続して形成する工程である。成膜方法
としては、真空蒸着法やスパッタ等の手段があげられる
。

次に第５図の（ロ）はフォトレジスト３ａを用いてＭＲ
素子と保護膜とを合わせた形状のマスクを形成する工程
である。

第５図の（ハ）はこのフォトレジスト３ａのパターン形
状に合わせて、不要なＭＲ薄膜と保護膜とを化学的、あ
るいはイオンビーム等の物理的な方法でエツチングし、
除去する工程である。

第５図の（ニ）はフォトレジスト３ｂでトラック幅に相
当する部分のマスクを形成する工程である。

第５図の（ホ）はレジストマスクのついた状態のままで
信号検出用導体薄膜２を形成する工程である。この導体
層の材質には良導体のＣｕやＡＩ２等が用いられる。ま
た、後の工程でこの導体層をエツチングのマスク材とし
て用いるので、図中では省略しであるが、導体層の膜厚
減少や酸化防止等のために、この上にＣｒ膜を連続して
成膜しておくことが望ましい。

第５図の（へ）はレジストリムーバー等によってレジス
トを除去し、信号検出用導体部２を形成する工程である
。これは一般的に、リフトオフ法といわれている手法で
ある。

第５図の（ト）は導体層の形状をマスクとしてＭＲ薄膜
上の不必要な保護膜４をエツチングによって除去する工
程である。その時、ＭＲ薄膜にパーマロイが用いられ、
この保護膜としてＭＯが用いられた場合には、本工程で
の保護膜のエツチング方法として、ウェットプロセスを
用いることはできない。この理由としては、Ｍｏ膜のエ
ツチング液に燐酸−硝酸系の溶液を用いなければならな
いためで、このことによってオーバーエツチング時に下
層部のパーマロイも同時にダメージを受けることになる
からである。また、加工精度も低い。

そこで別の方法として、ＣＦ４ガスを用いたプラズマエ
ツチングによるドライプロセスが考えられる。この方法
においては、ＭＲ素子の信号検出部分がプラズマにさら
されることにより、ウェットプロセスの場合程ではない
にしても、ＭＲ膜にダメージを与えやすい。ただし、加
工精度は高い。

°ここで言うダメージによる悪影響の一例としては、Ｍ
Ｒ薄膜中の磁区が不安定となり、ＭＲ素子の８力波形の
中にバルクハウゼンノイズと思われるノイズが発生し易
くなることがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＭＲ素子は第４図に示したような構成をしており
、以上に記述したような方法で作製されていた。

しかし、従来のＭＲ素子の構造では、Ｍｏ膜のエツチン
グ除去によってＭＲ素子の信号検出部の微細加工を行っ
ている。このため、高い加工精度。

高い再現性を満たせないという問題がある。これは、Ｍ
Ｏ保護膜の下地層にＭＲ薄膜があるためでこのＭＲ薄膜
に悪影響を与えないようにするため、高い異方性を持っ
たエツチング方法を用いることができないからである。

また、保護膜にＭｏ薄膜を用いた場合には、長時間大気
中に放置した際に腐食が進行するという問題がある。こ
れによって、ＭＲ薄膜と導体薄膜との接触界面の接触抵
抗が増大し、素子の抵抗値が大きくばらつく原因となる
。

そこで本発明では上記のような問題点を解消し、高精度
な狭トランク加工ができて、ＭＲ素子に悪影響を及ぼさ
ない方法を与えることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題を解決するために本発明では、平坦化した信
号検出用の導体層と絶縁層の上にＭＲ薄膜を積層し、こ
れによって、ＭＲ薄膜に悪影響を与えずにＭＲ素子を作
製するものである。

また、保護膜としてＭｏよりも耐食性に優れたＮｂある
いはＴａを用いることによって、抵抗値がばらつくとい
う問題を解決しようとするものである。

〔作用〕

本発明は、信号磁束検出部分に相当する部分のパターニ
ング加工を、高い異方性を持ったエツチング方法で行う
ものである。これは、被エツチング膜である導体薄膜の
下地層にＭＲ薄膜が存在しない構造をとることによって
可能となる。そのため従来の技術よりも高精度に微細加
工することができる。また更に、ＭＲ素子においても、
直接的に信号磁束検出部分に悪影響を与えるような工程
がなくなるので、安定したＭＲ効果を示す素子を提供す
ることができる。

また、保護膜にＮｂあるいはＴａを用いることによって
、抵抗値のばらつきを小さくすることができる。

〔実施例−１〕 以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。

第１図は、本発明の実施例によるＭＲ素子の製造方法に
よって形成されたＭＲ素子の斜視図である。

第４図に示されたような従来のＭＲ素子と本発明による
素子とが異なる点は、ＭＲ薄膜１と導体薄膜２との積層
構造が上下逆になっているところである。本実施例では
導体薄膜２が大気中で表面酸化されるのを防止するため
に、保護膜５を同一真空中で連続的に成膜している。本
実施例では、ＭＲ薄膜として３０〜５０ｎｍのパーマロ
イ薄膜。

導体薄膜にはＣｕあるいはＡＱと、Ｎｂの二層膜を用い
た。ここでＮｂ薄膜を用いる理由は、ＣｕあるいはＡΩ
薄膜の酸化防止のためである。各々の膜厚はＣｕあるい
はＡＭが１５０〜２００　ｎ　ｍ、ＮｂあるいはＴａが
２０〜３０ｎｍである。通常ではこれらの上にＳｉｎ、
から成る保護膜を積層するが、第１図ではこれを省略し
ている。

第２図に本発明の一実施例によるＭＲ素子の製造方法を
示す。

第２図の（イ）は非磁性のセラミック材（例えばＡＱ２
０３．ＺｒＯ２，ガラス等）あるいはシリコンウェハー
から成る基板面上に導体薄膜２と、この酸化防止膜であ
るＮｂ膜あるいはＴａ膜５を同−真空内で連続して成膜
する工程である。成膜方法としては真空蒸着法やスパッ
タ法等がある。

第２図の（ロ）はフォトレジスト３ａで導体層部分のマ
スクを所定の形状にパターニングする工程である。

第２図の（ハ）は第２図の（ロ）のマスク形状で導体薄
膜２の不要な部分を、高い異方性を持ったドライエツチ
ング法によって除去する工程である。ここで用いられる
エツチング方法としては、高エネルギーイオンの衝撃に
よるイオンビームエツチングがある。

第２図の（ニ）〜（へ）はＭＲ薄膜１を形成する前の準
備段階として、基板表面を平坦化する工程である。平坦
化の手順としては、まず最初に第２図の（ニ）に示すよ
うに、溝の部分に充填したい材料６を積層する。この場
合の材料特性としては、非磁性体でしかも絶縁体である
ことが必要である。

本実施例においてはＳｉＯ２膜、ＡＱ、Ｏ，膜、あるい
はＴｉＯ２膜からなる材料を、３００ｎｍ〜５００ｎｍ
の膜厚で成膜した。次に第２図の（ホ）に示すように、
この積層表面に、充填した材料と同等程度のイオンミリ
ング速度の樹脂材料をコーティングする。ここでの樹脂
材料には濡れ性がよく、平坦化性の良好な材料が望まし
い。本実施例においてはフォトレジスト３ｂをスピンコ
ーティング法によって塗布した。この時の膜厚は０．５
〜１μｍである。以上のような積層工程の後、第２図の
（へ）に示すように、充填した材料６と樹脂材料３ｂと
が同等のイオンミリング速度になる条件にイオンビーム
の角度を設定して、斜め入射によるイオンビームエツチ
ングを行う。そして導体層２が露出してくるまで、所定
の膜厚をエツチング除去する。これによって、基板の平
坦化を達成できる。

第２図の（ト）は第２図の（へ）で平坦化処理した導体
部表面にＭＲ薄膜１を形成する工程である。上記ＭＲ薄
膜の成膜時の基板温度は２００〜３５０℃であり、また
薄膜に磁気的な異方性を与えるために、５０〜１０００
　ｅの磁場中で成膜を行った。

第２図の（チ）は第２図の（ト）で成形したＭＲ薄膜１
のパターニングのため、フォトレジスト３ｃを用いてＭ
Ｒ素子形状のマスクを形成する工程である。上記ＭＲ素
子の磁化容易軸方向は、素子長手方向と平行とする。

第２図の（す）は第２図の（チ）で形成したＭＲ素子マ
スク形状を用いて、不要なＭＲ薄膜をエツチング除去す
る工程である。

その後、フォトレジスト３ｃの除去を行うことによって
、第１図に示したＭＲ素子が完成することになる。

以上に述べたような積層方法によって、ＭＲ素子の信号
磁束検出部分をプラズマやエツチング液に曝すことなく
トラック幅加工をすることができ、加工精度も大きく向
上させることが可能になった。

また更に、ＭＲ素子形成後に熱処理工程が加わった場合
でも、ＭＲ薄膜と導体薄膜との接触界面にＮｂ薄膜ある
いはＴａ薄膜が存在しているので、相互拡散等による反
応が防止できる。このことによって磁気特性の劣化や、
接触抵抗による抵抗値増大などのばらつきを低減するこ
とができた。

〔実施例−２〕 本発明の他の実施例によるＭＲ素子の製造方法を述べる
。ここでは、実施例−１で示した第２図の（ハ）の工程
における導体薄膜のエツチング方法について、他の方法
を述べる。本実施例では導体薄膜にＡＱを用いている。

これをＣＣＱ４ガスを用いた、プラズマによるドライエ
ツチングによってパターニングする。このエツチング時
に、ＡＱ側壁に保護膜を形成させ、サイドエツチングを
抑制して異方性効果を高めるという技術を用いることに
よって、高精度な加工をすることができる。ここで、Ａ
Ｑ側壁の保護膜は、エツチング中にレジストから放出さ
れたＣなどの物質とプラズマとの反応による生成物が側
面に付着することによって形成される。

〔実施例−３〕 本発明の他の実施例によるＭＲ素子の製造方法を述べる
。ここでは、実施例−１で示した第２図の（ニ）〜（へ
）の平坦化工程における他の方法について述にる。

本実施例では第３図（イ）に示すように、まず最初に導
体層２のギャップ部分を充填するための材料６に相当す
るＳｉＯ２膜、ＡＱ、０３膜、あるいはＴｉＯ２膜を１
５０〜２００ｎｍ形成する。

第３図の（ロ）は素子の信号磁束検出部分に相当する形
状のレジストマスク３ａを形成する工程である。

第３図の（ハ）は第３図の（ロ）のレジストマスク形状
で不要な部分をドライエツチング法によって除去する工
程である。ここで用いられるエツチング方法としては、
高エネルギーイオンの衝撃によるイオンビームエツチン
グや１反応性イオンエツチング等の高い異方性を持った
方法が好ましい。

第３図の（ニ）は第３図の（ハ）で形成した５ｉ０２膜
、　ＡＱ２０．膜、あるいはＴｉＯ２膜の矩型形状の上
に、バイアススパッタ法によって、導体層２であるＡＱ
膜を形成する工程である。この工程での重要なポイント
は、Ｓ　ｉ　Ｏ２膜。

ＡＱ２０．膜、あるいはＴｉＯ２膜の矩型形状の段差が
なくなる様にＡＱ膜で被覆し、平坦化することである。

第３図の（ホ）は第３図の（ニ）で形成した積層工程の
後、イオンビームエツチング法を用いて、５ｉｎ２．Ａ
Ｑ２０．、あるいはＴｉ０２層が露出してくるまで、所
定の膜厚をエツチング除去する。

これによって、素子の平坦化を達成できる。

第３図の（へ）は第３図の（ホ）で平坦化処理を行った
面状にフォトレジスト３ｂで、導体層とそのギャップの
部分を合わせたマスク形状を形成する工程である。

第３図の（ト）は第３図の（へ）のレジストマスク形状
で不要な部分をエツチングによって除去する工程である
。

これ以降の工程については第２図の（ト）〜（す）に示
したものと同様である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上記ＭＲ薄膜を基板上に形成した導体
薄膜の上面に一部電気的な接続をもち、かつ基板に平行
に形成することによって、電極導体層を形成する際に高
い異方性を持ったドライエツチング方法を用いることが
可能になる。このために、ＭＲ素子の信号磁束検出部分
の加工を高い加工精度で行うことができるようになった
。更に、従来の方法に比べて、ＭＲ素子の信号磁束検出
部分が直接エツチング液に接触したり、ＣＦ４ガスのプ
ラズマやイオンビームに曝されることもなくなるので、
ＭＲ薄膜の磁気特性の劣化や腐食等の心配がない。これ
によって、ＭＲ素子の磁区構造が安定し、バルクハウゼ
ンノイズによる悪影響がなくなった。

また、ＭＲ薄膜と導体薄膜との接触界面にＮｂ薄膜ある
いはＴａ薄膜を挿入することによって抵抗値のばらつき
を軽減することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例によって作製したＭＲ素子
を示す斜視図、第２図と第３図は本発明の実施例のＭＲ
素子を製造するための工程順序を示す斜視図、第４図は
従来のＭＲ素子の構造を示す斜視図、第５図は板来のＭ
Ｒ素子を製造するための工程順序を示す斜視図である。 １・・・ＭＲ薄膜、２・・・導体薄膜、３・・・フォト
レジスト、４・・・ＭＯ保護薄膜、５・・・Ｎｂあるい
はＴａ保爛 図 力 ３ 巳 拓 回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気抵抗効果を有する薄膜と、該薄膜の両端に設け
   られた信号検出用電流を流すための電極導体層とから構
   成された磁気抵抗効果素子において、基板上に形成され
   た信号検出用の２本の電極導体層の上面に磁気抵抗効果
   を有する薄膜の１部が電気的な接触をもつて積層され、
   かつ該磁気抵抗効果を有する薄膜が基板に対して平行で
   あることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の磁気抵抗効果素子に
   ついて、信号検出用電気伝導体薄膜を表面酸化から保護
   するための保護膜層が、磁気抵抗効果を有する薄膜と電
   気伝導体薄膜と間に存在することを特徴とする磁気抵抗
   効果素子。 ３、特許請求の範囲第２項に記載の磁気抵抗効果素子に
   ついて、信号検出用電気伝導体薄膜の保護膜層に、磁気
   抵抗効果を有する薄膜と電気伝導体薄膜との間で熱的な
   相互拡散や、反応を防止するＮｂ膜、あるいはＴａ膜を
   用いることを特徴とする磁気抵抗効果素子。