JPH05198864A - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板１上に形成された磁気抵抗膜３の電極部
分３ａの表面上に中間金属膜が形成され、該中間金属膜
の表面上に電極膜が形成され、前記磁気抵抗膜３の前記
電極部分３ａ及び前記中間金属膜の面積が前記電極膜の
面積以上からなる磁気抵抗素子において、前記中間金属
膜として状態図の（ Ｎｉ₃₀ Ｃｒ₇₀）₉₉Ｓｉ₁ ，（Ｎ
ｉ₃₀Ｃｒ₇₀)₉₄ Ｓｉ₆ ，（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)₉₀ Ｓｉ ₁₀，
（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)₉₉ Ｓｉ₁ （添字はそれぞれ at ％）の
４点で囲まれる組成域のNi-Cr-Si薄膜４を用い、前記電
極膜としてＦｅ膜５及びＳｎ膜８を用いたことを特徴と
する磁気抵抗素子。 【効果】 磁気抵抗膜の電極部分とNi-Cr-Si膜の界面及
びNi-Cr-Si膜−Ｆｅ膜界面及びＦｅ膜−ハンダ界面の間
でハンダが相互に拡散しない。また、Ni-Cr-Si膜は化学
的に安定しているため、酸化による剥離が生じない。さ
らに、Ni-Cr-Si膜により、磁気抵抗素子の抵抗値が温度
には全く影響しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強磁性金属の磁気抵抗
効果を利用した磁気抵抗素子に関するもので、トランス
ミッション取付のスピードメータ用車速センサ等に利用
されている。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗素子は基板上に磁気抵抗膜を設
けてなるもので、磁界の強さ及び方向によつて抵抗の大
きさが変化することを利用して磁気を電気に変換するの
に利用されるものであり、特開平１−２００６８３号公
報に示されるものが知られている。

【０００３】図８に示すように、シリコン半導体基板１
１の表面に全面的にシリコン酸化膜１２を形成し、さら
にシリコン酸化膜１２の表面に全面的にナイトライド膜
１３が形成されている。ナイトライド膜１３表面上には
選択的にニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ）などの磁
気抵抗膜１４が形成され、磁気抵抗膜１４内の電極部分
１４ａの表面上には中間金属膜としてチタン（Ｔｉ）膜
１５が電極部分１４ａよりも小面積になるように形成さ
れている。中間金属膜としてはチタン（Ｔｉ）膜１５以
外にもモリブデン（Ｍｏ）膜，クロム（Ｃｒ）膜，タン
グステン（Ｗ）膜が用いられる。さらに、チタン膜１５
表面上にはこれより小面積にアルミニウム（Ａｌ）から
なる電極膜１６が形成されている。電極膜１６としては
他に金（Ａｕ）膜，銅（Ｃｕ）膜が用いられる。また、
磁気抵抗素子表面を全面的に覆って保護するナイトライ
ド膜１７次いでエッチングによりナイトライド膜１７に
窓部１８が形成され、窓部１８内にてリード１９の一端
が電極膜１６にボンディングにより接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の磁気
抵抗素子では中間金属膜となるＴｉ膜，Ｍｏ膜，Ｃｒ
膜，Ｗ膜中に大きな引張力が発生するため、磁気抵抗膜
が剥がれやすい。また、電極膜として使用されるＡｌは
ハンダがつかないため、ボンディング等の接続方法に限
定される。さらにＡｕは原料が高価であり、Ｃｕはハン
ダ付けの際にハンダが拡散して下地に侵入してしまうた
め、磁気抵抗膜が剥離する原因となる。

【０００５】故に、本発明は、上記の問題点を解決する
ことをその技術的課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るための手段は、基板上に形成された磁気抵抗膜の電極
部分の表面上に中間金属膜が形成され、該中間金属膜の
表面上に電極膜が形成され、前記磁気抵抗膜の電極部分
及び前記中間金属膜の面積が前記電極膜の面積以上から
なる磁気抵抗素子において、前記中間金属膜として状態
図の（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀）₉₉Ｓｉ₁ ，（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀)₉₄ Ｓ
ｉ₆ ，（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)₉₀ Ｓｉ ₁₀，（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)
₉₉ Ｓｉ₁ （添字はそれぞれ at ％）の４点で囲まれる
組成域のNi-Cr-Si薄膜を用い、前記電極膜としてＦｅ膜
を用いたことを特徴とする磁気抵抗素子である。

【０００７】

【実施例】以下、本発明における実施例を図面を用いて
説明する。

【０００８】図１は、実施例１による磁気抵抗素子のハ
ンダ付け前の平面図を示し、図２は、ハンダ付け後の図
１のＸ−Ｘ線断面図を示し、図３は、Ni-Cr-Si膜におけ
るＮｉ，Ｃｒ，Ｓｉの組成範囲を示し、図４は、実施例
２による磁気抵抗素子のハンダ付け後の断面図を示し、
図５は、実施例３による磁気抵抗素子のハンダ付け前の
平面図を示し、図６は、ハンダ付け後の図５のＹ−Ｙ線
断面図を示し、図７は、実施例３による磁気抵抗素子の
製造方法の工程順序を示し、図８は、従来例による磁気
抵抗素子の断面図を示している。

【０００９】本発明は、ハンダ付けをした際に磁気抵抗
膜３及びＦｅ膜５が拡散してしまい、さらに全体にハン
ダが拡散して磁気抵抗素子の機能を果たさなくなること
を防ぐために、中間金属膜として化学的に安定なNi-Cr-
Si膜４を用いた。ところで、Ni-Cr-Si の組成は、図３
に示すように、Ａ：（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀)₉₉ Ｓｉ₁ ，Ｂ：
（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀)₉₄ Ｓｉ₆ ，Ｃ：（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)₉₀ Ｓ
ｉ₁₀ ，Ｄ：（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)₉₉ Ｓｉ₁ （添字はそれぞ
れ at ％）の４点で囲まれる領域のものでなければなら
ない。線分ＡＢよりＣｒが多い場合及び線分ＡＤよりＳ
ｉが少ない場合は、 Ni-Cr-Si 膜４の抵抗値の温度によ
る変化が大きいため、センサの出力による温度変化の原
因となり、中間金属膜には不適合である。線分ＢＣより
Ｓｉが多い場合は、 Ni-Cr-Si 膜４を成膜するための母
合金の製作が困難である。さらに、線分ＣＤよりＮｉが
多い場合は、高温で磁気抵抗膜３への拡散がおきやすく
なる。これらの理由から Ni-Cr-Si は図３における台形
ＡＢＣＤ内の領域における組成に限定できる。

【００１０】また、ハンダ付けする薄膜表面からハンダ
６が拡散するのを防止するために、電極膜としてハンダ
６をバリアする機能を有する純度が９９．９％以上の母
合金からなるＦｅ膜５を用いたが、この膜においては、
ハンダ６がＦｅ膜５−ハンダ６界面から５０ｎｍ以上拡
散しなかつた。

【００１１】つまり、本発明は、中間金属膜としてNi-C
r-Si膜４，電極膜としてＦｅ膜５を用いたことによつ
て、磁気抵抗膜３の電極部分３ａとNi-Cr-Si膜４の界面
及びNi-Cr-Si膜４−Ｆｅ膜５界面及びＦｅ膜５−ハンダ
６界面の間でハンダ６が相互に拡散するのを防ぎ、安定
した電極構造をもつ磁気抵抗素子の製造を可能にした。

【００１２】〔実施例１〕図２に示すように、シリコン
Ｓｉウエハ基板１の表面を熱酸化し、全面的に酸化膜２
を形成した。酸化膜２の表面にスパッタリング等により
Ni-Co合金にからなる１００ｎｍの磁気抵抗膜を付着し
た。感光性のレジスト（樹脂材料の溶剤）を塗布し、乾
燥した。フォトマスクを用いて露光した後、現像するこ
とにより、レジストで被覆されていない不要部分を溶解
除去した。以上の工程（フォトエッチング）によつて磁
気抵抗膜を図１に示すような形状に加工し、磁気抵抗パ
ターン３及び電極部分３ａを形成した。電極部分３ａを
除いた磁気抵抗パターン３の表面上に金属のマスクをつ
け、電極部分３ａの表面にスパッタリング等により２０
０ｎｍのNi-Cr-Si膜４を付着し、さらにNi-Cr-Si膜４か
らはみだすのを防ぐためにマスキングしながら、Ni-Cr-
Si膜４表面上にこれよりも小面積になるようにスパッタ
リング，蒸着，イオンプレーティング等（以上の方法を
まとめてＰＶＤと呼ぶ）により２００ｎｍのＦｅ膜５を
形成した。そしてＦｅ膜５の表面上にハンダ６を盛り、
リード線９の一端を接合した。

【００１３】〔実施例２〕図４に示すように、実施例１
と同様な方法でＦｅ膜５まで形成した後、Ｆｅ膜５の表
面上に全面的にスパッタリング，蒸着等によりＳｎ膜８
を形成した。最後に、Ｓｎ膜８の表面上にハンダ６を盛
り、リード線９の一端を接合した。

【００１４】実施例２においては、Ｓｎ膜を形成したこ
とによつて、Ｆｅ膜５表面が空気中の酸素によつて酸化
されるのを防ぎ、ハンダを付き易くしている。つまり、
ここでは、電極膜としてＦｅ膜５及びＳｎ膜８を用いて
いる。

【００１５】〔実施例３〕シリコンＳｉウエハ基板１の
表面を熱酸化し、全面的に酸化膜２を形成した。

【００１６】以下の工程順序を図７を用いて説明する。

【００１７】（ａ）酸化膜２の表面にスパッタリング等
により２００ｎｍのNi-Cr-Si膜４を付着し、感光性のレ
ジストを用いて、レジストで被覆されていない不要部分
を溶液を使用せずに除去すること（フォトエッチング）
によつて、Ni-Cr-Si膜４を必要な形状に加工し、Ni-Cr-
Siパターン４を形成した。（図７(a) ） （ｂ）次に、酸化膜２及びNi-Cr-Siパターン４の一部表
面上に全面的にスパッタリング等により Ni-Co合金にか
らなる１００ｎｍの磁気抵抗膜３を付着し、感光性のレ
ジストを用いて、レジストで被覆されていない不要部分
を溶解除去すること（フォトエッチング）によつて、磁
気抵抗膜を図５に示すような形状に加工し、磁気抵抗パ
ターン３及び電極部分３ａを形成した。ここでは、ウエ
ットエッチングが利用されており、エッチング液として
酸化鉄水溶液や希硝酸を用いたが、これらのエッチング
液はNi-Cr-Siパターン４を溶解しないすなわちNi-Cr-Si
パターン４はこれらのエッチング液に対して耐エッチン
グ性に優れているので、Ni-Cr-Siパターン４が欠如する
恐れがない。（図７(b) ） （ｃ）次に、全表面上にスパッタリング，蒸着，イオン
プレーティング等のＰＶＤ（物理的気相成長法）または
ＣＶＤ（化学的気相成長法）により、Ｓｉ_X Ｎ_Y ，Ｓｉ
_X Ｏ_Y 等の絶縁体からなる保護膜９を付着した。その
後、ウエットエッチングを用いたフォトエッチングによ
り、Ni-Cr-Siパターン４上部に存在する保護膜９の表面
上に窓部１０を形成した。ここで、エッチング液として
は、Ｓｉ_X Ｎ_Y に対しては熱リン酸、Ｓｉ_X Ｏ_Y に対し
てはバッファードフッ酸を利用した。

【００１８】（図７(c) ） （ｄ）次に、窓部１０下部に存在するNi-Cr-Siパターン
４の表面上にスパッタリング等により純度９９．９％以
上の母合金からなるＦｅ膜５及びＳｎ膜８を連続して成
膜した。その後、ウエットエッチングを用いたフォトエ
ッチングにより、Ｆｅ膜５及びＳｎ膜８を図６に示すよ
うな形状に加工した。ここで、エッチング液として、希
塩酸を利用したが、磁気抵抗パターン３及び電極部分３
ａは、保護膜９のためエッチング液と接触することがな
いので、欠如する恐れがない。（図７(d) ） （ｅ）最後に、Ｓｎ膜８の表面上にハンダ６を盛り、リ
ード線９の一端を接合した。（図７(e) ） 尚、実施例１，２において、電極部分３ａ以外の表面を
金属でマスクしながら、中間金属膜及び電極膜が形成さ
れるのに対し、実施例３においては、フォトエッチング
により中間金属膜及び電極膜を形成することによつて、
電極の微細化や高精度化を可能にしている。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、中間金属膜として状態図の
（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀）₉₉Ｓｉ₁ ，（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀)₉₄ Ｓ
ｉ₆ ，（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)₉₀ Ｓｉ ₁₀，（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)
₉₉ Ｓｉ₁ （添字はそれぞれ at ％）の４点で囲まれる
組成域のNi-Cr-Si薄膜、前記電極膜としてＦｅ膜及びＳ
ｎ膜を用いたことにより、以下の如く効果を有する。

【００２０】磁気抵抗膜の電極部分とNi-Cr-Si膜の界面
及びNi-Cr-Si膜−Ｆｅ膜界面及びＦｅ膜−ハンダ界面の
間でハンダが相互に拡散しない。また、Ni-Cr-Si膜は化
学的に安定しているため、酸化による剥離が生じない。
さらに、Ni-Cr-Si膜の抵抗値の温度変化が少ないため、
磁気抵抗素子の電極部は、センサの出力による温度変化
に影響しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１による磁気抵抗素子のハンダ付け前の
平面図である。

【図２】ハンダ付け後の図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】Ni-Cr-Si膜におけるＮｉ，Ｃｒ，Ｓｉの組成範
囲を示した説明図である。

【図４】実施例２による磁気抵抗素子のハンダ付け後の
断面図である。

【図５】実施例３による磁気抵抗素子のハンダ付け前の
平面図である。

【図６】ハンダ付け後の図５のＹ−Ｙ線断面図である。

【図７】実施例３による磁気抵抗素子の製造方法の工程
順序を示した説明図で、図５のＺ部分の平面図を用いて
いる。

【図８】従来例による磁気抵抗素子の断面図である。

【符号の説明】

１，１１ 基板 ２，１２ 酸化膜 ３，１４ 磁気抵抗膜（磁気抵抗パターン） ３ａ，１４ａ 電極部分 ４ Ni-Cr-Si膜（Ni-Cr-Siパターン） ５ Ｆｅ膜 ６ ハンダ ８ Ｓｎ膜 ９，１７ 保護膜 １０，１８ 窓部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された磁気抵抗膜の電極部
   分の表面上に中間金属膜が形成され、該中間金属膜の表
   面上に電極膜が形成され、前記磁気抵抗膜の前記電極部
   分及び前記中間金属膜の面積が前記電極膜の面積以上か
   らなる磁気抵抗素子において、前記中間金属膜として状
   態図の（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀）₉₉Ｓｉ₁ ，（Ｎｉ₃₀Ｃｒ₇₀)₉₄
   Ｓｉ₆ ，（Ｎｉ₉₀Ｃｒ₁₀)₉₀ Ｓｉ₁₀ ，（Ｎｉ₉₀Ｃ
   ｒ₁₀)₉₉ Ｓｉ₁ （添字はそれぞれ at ％）の４点で囲ま
   れる組成域のNi-Cr-Si薄膜を用い、前記電極膜としてＦ
   ｅ膜を用いたことを特徴とする磁気抵抗素子。