JPH0377385A - 磁気抵抗素子の製造方法 - Google Patents

磁気抵抗素子の製造方法

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JPH0377385A
JPH0377385A JP1213888A JP21388889A JPH0377385A JP H0377385 A JPH0377385 A JP H0377385A JP 1213888 A JP1213888 A JP 1213888A JP 21388889 A JP21388889 A JP 21388889A JP H0377385 A JPH0377385 A JP H0377385A
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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] 本発明は磁気抵抗素子の製造方法に係り、詳しくは基板
上に強磁性金属薄膜で抵抗パターンを形成した磁気抵抗
素子の製造方法に関するものである。。
[従来の技術] 磁気抵抗素子の感磁原理は、強磁性金属を磁化した場合
、磁化の方向と金属を流れる電流の方向のなす角度によ
り、金属の抵抗値が変化する性質、すなわち磁気抵抗効
果を利用している。磁気抵抗効果は次式(V oigt
 −T homsonの式)で示される。
ρ(θ)=ρv−3IN’θ+ρh−CO82θθ:磁
化方向と電流方向とがなす角度 ρV:磁化方向と電流方向とがなす角度が直角の時の金
属の抵抗値 ρh:磁化方向とt流方向とが互いに平行の時の金属の
抵抗値 そして、前記磁気抵抗素子は通常ガラス基板上に形成さ
れた約1000オングストローム(A)の膜厚のニッケ
ル合金薄膜に、写真蝕刻技術(フォトリソグラフィ)で
抵抗パターンを形成するこヒにより製造され、大きさは
数(至)四方である。又、100ガウスの低磁場でも出
力が取り出せる。
従来、磁気抵抗素子の製造に際して基板上に薄膜を形成
する方法として、目的とする物質の薄膜を真空中の蒸着
によって基板表面に付着させる真空蒸着法の中から、電
子ビーム蒸発源を使用した真空蒸着法(以下、EB蒸着
法と言う、)と、スパッタ法とが採用されている。
[発明が解決しようとする課!!] ところが、EB蒸着法は電子を加速するための直流高電
圧大電流電源を必要とし、しかも真空チャンバー内に高
電圧を導入する必要があり、蒸発物からの放出ガスや蒸
気流密度が高くなるヒ真空放電が起こる危険がある。
一方、スパッタ法の場合にはターゲット材料の表面原子
を叩き出すために真空チャンバー内に導入される不活性
ガスのガス圧が高いため、基板に付着した薄膜中に不活
性ガスが含有されるという問題がある。又、磁気抵抗素
子のように基板が絶縁物の場合には印加電界ヒして直流
が使用できず、装置が高価になるという問題もある。
さらに、EB蒸着法及びスパッタ法に上り形成されたニ
ラゲル合金運屋について調べたεころ、薄膜内部に酸素
の混入が確認された。薄膜内部に酸素が混入すると、磁
気抵抗素子の磁気特性が悪くなるばかりか信頼性が低く
なるという問題がある。
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、
その目的は磁気特性に優れしかも信頼性の高い磁気抵抗
素子の製造方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 前記の目的を遠戚するため本発明においては、クラスタ
イオンビーム蒸着により基板上に強磁性金属の薄膜を形
成し、該強磁性金属の薄膜にフォトリソグラフィにより
抵抗パターン及びパッドを形成するようにした。
[作用] るつぼ内で溶融された強磁性金属から生じた金属蒸気が
るつぼの小孔から高真空中に飛び出す際、蒸気同士で衝
突を練り返すとともに断熱膨脹にもとずく過冷却現象に
より、100〜2000個の原子が緩(結合した塊状原
子集団(クラスタ)となる、そして、このクラスタがイ
オン化されるとともに加速電極で加速された後、基板に
衝突して薄膜となる。クラスタが基板表面に衝突すると
、クラスタがもつエネルギーは基板表面をスパッタクリ
ーニングにより清浄化する作用をなし、基板表面に形成
される薄膜に酸素が混入するのが防止される0表面に所
定の厚さで薄膜が形成された基板は、フォトリソグラフ
ィにより薄膜が抵抗パターン及びパッドに加工されて磁
気抵抗素子となる。
[実施S] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面に従って説明
する。
■、クラスタイオンビーム蒸着 クラスタイオンビーム蒸着装置は公知の構成であり、第
1図に示すように、真空チャンバー1内の下部に蒸着材
料を収容するるつぼ2が配設されている。るつぼ2はそ
の周囲に加熱用フdラメント3が配設されるとともに、
るつぼ用IE源4により高電圧が印加されるようになっ
ている。真空チャンバー1内の上部、るつぼ2ヒ対向す
る位置には基板ホルダー5が配設され、るつぼ2の上方
にはるつぼ2の小孔2aから飛び出したクラスタをイオ
ン化する電子線シャワー用のイオン化フィラメント6及
びグリッドt[t7が配設されている。
グリッド電41i7の上方には加速電極8が配設されて
いる。
そして、るつぼ2内の蒸気圧を10−2〜′t!LTo
rrの状態に、るつぼ2外の蒸気圧を10″′’Tor
r以下の高真空の状態に保持して蒸着を行うと、蒸気の
平均目出行程がるつぼ2の小孔2aの直径より短くなり
、小孔2aから飛び出す蒸気が蒸気同士で衝突を繰り返
すとともに断熱膨脹にもとすく過冷却現象により、10
0〜2000個の原子が緩(結合した塊状原子集団(ク
ラスタ)Cとなって基板ホルダー5に保持された基板P
に向かって移動する1、クラスタCはイオン化フィラメ
ント6及びグリッド電極7と対応する位置を通過する際
に電子線シャワーによりイオン化され、加速IKN!8
の作用により加速された後、前記基板Pに衝突して薄膜
となる。クラスタCの原子同士はファンデアワールス力
で結合しており、その結合エネルギーが小さいため、基
板Pに衝突したクラスタCは分解して基板Pに付着する
が、クラスタイオンは大きな運動エネルギーを持った状
態で基板Pに衝突するため、蒸着膜の基板Pへの付着力
が強くなり1.シかも付着粒子が基板表面で移動拡散(
マイグレーシゴン)し易くなるので均質な膜が得られる
前記のクラスタイオンビーム蒸着装置を使用し、基板と
して厚さ0.7噛のガラス基板、蒸着材料の強磁性金属
ヒしてニッケル合金(83Ni −17Fe wt%、
8ONi −20Co wt%)を使用して、次の条件
でクラスタイオンビーム蒸着に上り厚さがほぼ100O
Aの薄膜を基板上に形成した。
排気到達真空度: 8.6 x 10−’Torrtj
、lII真空度: 2 、 OX 10−’To「r基
板加熱温度=300℃ 成膜速度: 45 A/nin イオン化電圧:400V イオン化@流:500ynA 加速電圧:3kV なお、比較のためEB蒸着装置及びスパッタ装置を使用
し、次の条件で厚さがほぼ100OAの薄膜を基板上に
形成した。
(EB蒸着) 排気到達真空度:8゜6 x 10−’Tor「成膜真
空度: 2 、 OX 10−’TOrr基板加熱温度
8300℃ 成膜速度: 100 A/1in (スパッタ) 排気到達真空度: 8.6 x 10−”Torr成膜
真空度: 5 、 Ox 10−”Torr基板加熱温
度8300℃ 成膜速度: 13.3A/win Arガス量:42m1/win ■、 E S CA (E Iectron 5pec
troseopy forChemical Anal
ysis )による薄膜の分析ESCAを使用して10
0OAの薄膜の膜圧方向の組成を測定した。
結果を第3図(a)〜(c)に示す。
第3図(a)から明らかなように、クラスタイオンビー
ム蒸着により形成された薄膜では表面からほぼxooX
の深さまでは酸素(0)が存在するが、100A〜xo
ooAの部分では酸素はほとんど無く、薄膜の岨或は蒸
着材料のNi −Fe合金の成分比率に近い優を示した
。なお、表面部分に酸素が存在するのは成膜後、基板が
真空チャンバー外に出されたときに、薄膜の表面が酸化
されるためである。又、100OAより厚い部分の酸素
はガラス基板の成分としてのものである。
これに対して、第3図、(b)から明らかなように、E
B蒸着膜の場合は表面近傍(深さ100A付近)では薄
膜の組成は蒸着材料のNi−Fe合金の成分比率に近い
鎧であるが、深さ200A以上の薄層内部ではほぼ12
%程度の酸素の混入がみられる。又、スパッタ膜の場合
も第3図(e)から明らかなように、薄膜の成分に酸素
の混入(12%程度)がみられる。
クラスタイオンビーム蒸着により形成された薄膜に酸素
が混入されない理由としては、クラスタイオンが基板表
面に衝突する際に持っているエネルギーが、EB蒸着や
スパッタの際に基板に衝突する粒子がもつエネルギーよ
り大きく、クラスタが分解して基板に付着した眉に酸素
が混入した場合でも、次のクラスタがその層に衝突した
ときに原子量がニッケルや鉄に比較して小さい酸素がク
ラスタのスパッタクリーニング作用により薄膜層から叩
き出されるためと考えられる。
■フォトリソグラフィによる薄膜の加工前記のように基
板上に形成された厚さ1000Aの薄膜に、公知のフォ
トリソグラフィにより抵抗パターンを形成して磁気抵抗
素子を製作した。
磁気抵抗素子9にはfl!16μmの細い線を何度も折
り曲げて形成された2個の抵抗パターン10がその折り
曲げ方向が互いに直交するように配置されるとともに、
電気信号を外部に出力するための3個のバッド11が抵
抗パターン10に接続されている。なお、3個のバッド
11も抵抗パターン10と同時に形成される。又、抵抗
パターン10は表面保護のためポリイミド樹脂製の保護
膜12で環われている。
■磁気抵抗素子の磁気特性の評価 クラスタイオンビーム蒸着法による薄膜から形成した磁
気抵抗素子について、磁気抵抗変化量を測定した結果、
市販品のほぼ1.8倍となった。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、磁気抵抗素子の抵
抗パターンを形成する強磁性金属の薄膜層に酸素の混入
が無いため、磁気特性に優れしかも信頼性の高い磁気抵
抗素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はクラスタイオンビーム蒸着装置の概略図、第2
図は磁気抵抗素子の平面図、第3図(a)°はクラスタ
イオンビーム蒸着膜のESCAによる測定データを示す
線図、第3図(b)はEB蒸着膜のESCAによる測定
データを示す線図5第3図(C)はスパッタ膜のESC
Aによる測定データを示す線図である。 磁気抵抗素子9、抵抗パターン10、バッド11、基板
P。 特許出顆人 シーゲーディ株式会社 代 理 人 弁理土  恩田博宣(ほか1名)簿n!&
面h・もの距離(大) 薄n1&面な・らの遊漬畝大トーーーーー。 薄膜表面幻・もの距離(大)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.クラスタイオンビーム蒸着により基板(P)上に強
    磁性金属の薄膜を形成し、該強磁性金属の薄膜にフォト
    リソグラフィにより抵抗パターン(10)及びパッド(
    11)を形成することを特徴とする磁気抵抗素子の製造
    方法。
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