JPH0535584B2

JPH0535584B2 -

Info

Publication number: JPH0535584B2
Application number: JP60271317A
Authority: JP
Inventors: Yoshasu Sugimoto; Ichiro Shibazaki
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1985-12-04
Publication date: 1993-05-26
Also published as: JP2610083B2; JPH05308162A; JPS62131589A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は強磁性体磁気抵抗素子の製法に関す
る。［従来の技術］従来、磁気抵抗素子の製法として、絶縁性基板
の上に真空蒸着、スパツタリングなどの方法で磁
気抵抗効果を有する強磁性体薄膜を形成した後、
強磁性体薄膜の所定の位置にめつきによつて端子
電極を形成し、次にエツチング加工して磁気抵抗
素子を作成することが試みられていた。従来のこ
のような方法で作られた磁気抵抗素子を、感磁部
がブリツジを構成している素子を例として第７図
Ａ、第７図Ｂに示す。第７図Ａは上面図、第７図
Ｂは第７図のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。図に
おいて１１は基板、１３は強磁性体薄膜で、中央
部の幅の狭い領域１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３
Ｄがブリツジを構成する感磁部エレメントパター
ンで、周縁の幅の広い領域ば引きまわし配線部と
なる。１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは外部接
続用の端子電極、１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７
Ｄはそれぞれ端子電極１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，
１４Ｄにはんだ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ
によつて接続されたリード線である。なお第７図
Ａ、第７図Ｂにおいては、保護膜、モールド樹脂
等の図示を省略してある。磁気抵抗素子の感磁部は極めて薄い金属膜を使
用するため、強磁性体薄膜のシート抵抗は極めて
高く、電解めつきの電極として機能し難いので、
直接強磁性体薄膜上にめつきで外部接続用の端子
電極の形成を行うことは極めて困難であつた。ま
た、強磁性体薄膜の膜厚が極めて薄いため、めつ
き液によつて強磁性体膜が腐触されるという問題
があつた。さらにブリツジを構成する感磁部エレ
メントパターン１３Ａないし１３Ｄの抵抗が異な
ると、ブリツジは非平衡となりオフセツト電圧を
生ずるので、１３Ａないし１３Ｄの寸法を精度よ
く一致させなければならないが、感磁部エレメン
トパターンの幅は極めて細いので、寸法の制御に
は限界があつた。また強磁性薄膜の引まわし配線
部が薄いので抵抗地が大きく、そのために感度低
下を招いていた。しかも引きまわし配線部上全体
にAuなどをめつきして抵抗値を下げ、感度を上
げようとすると、素子として必要な保護膜との密
着性が悪く、また、工程上も上述したように配線
部と感磁部との境界をめつきする際にエツチング
されるなど信頼性を損なうという問題があつた。
このように従来の方法では抵抗値の低い引きまわ
し配線の作製及び外部接続用の端子電極を形成す
ることが難しく、また信頼性と歩溜りの上から強
磁性体磁気抵抗素子の工業的生産は困難であつ
た。［発明が解決しようとする問題点］本発明は従来のこのような欠点を解消し、オフ
セツト電圧が小さく、感度が高く、信頼性にすぐ
れ、さらに量産性に富んだ強磁性体磁気抵抗素子
の製造法を提供することを目的とする。［問題点を解決するための手段］かかる目的を達成するために、本発明の強磁性
体磁気抵抗素子の製造法は、少なくとも、絶縁性
の基板上に強磁性体薄膜からなる配線材料を被着
する工程、周囲が配線材料で囲まれた感磁部形成
領域を形成するように、被着された配線材料の一
部領域をエツチング除去する工程、感磁部形成領
域を含む基板全面に配線材料と同一組成の強磁性
体薄膜を被着する工程、感磁部形成領域に被着さ
れた強磁性体薄膜をエツチング加工して感磁部エ
レメントパターンを形成する工程を含んでいる。［作用］配線薄膜の上に同一組成の強磁性体薄膜が形成
されるので、外部接続用の端子電極の形成工程に
おいて、従来みられたような感磁部のエツチング
等による信頼性の低下がなく、製造工程の再現性
と信頼性が高い。また保護層との密着性が良いの
で素子の信頼性が高い。また引きまわし配線は感
磁部に比べて厚付けした薄膜が用いられており、
そのため引きまわし配線部の抵抗値を低くするこ
とができ、オフセツト電圧を小さく抑えることが
できる。配線材料と感磁部を形成する材料が同一
組成なので、製造工程が簡素化され、また異種材
料を用いる場合のように、加熱による材料間の拡
散、マイグレーシヨン等の心配がないので後に感
磁部を形成する強磁性薄膜披着時に基板を高温に
加熱できるので一層感度を高くすることができ
る。さらに、外部接続用の端子電極を形成してい
るので量産性に富んだワイヤボンデイング等も可
能である。［実施例］以下に図面を参照して本発明を説明する。第１図Ａは本発明によつて製造された強磁性体
磁気抵抗素子の一例の上面図、第１図Ｂは第１図
ＡのＡ−Ａ線に沿つた断面図である。この例は第
７図に示した従来例と同じブリツジ型の素子の例
を示してある。第１図Ａ，Ｂにおいて１は絶縁性基板、２は基
板１上に形成された強磁性体からなる配線薄膜で
ある。配線薄膜２と同一組成の強磁性体薄膜が、
基板１上に一部が配線薄膜２上に重なる状態で設
けられており、第１図Ａ上３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３
Ｄで示された感磁部エレメントパターンが形成さ
れている。幅の広い部分１０は引きまわし配線部
である。配線薄膜２と感磁部３Ａ〜３Ｄを形成す
る強磁性材料３は同一組成なので、２段階の膜形
成の結果、強磁性材料は感磁部と配線部で段差を
もつ一層の膜を形成する。４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４
Ｄは外部接続のための端子電極部であり、各端子
電極部にリード線７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄがはん
だ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して接続されてい
る例を示してある。感磁部および配線部は保護被
膜６で覆われ、リード線接続部近傍は樹脂８で覆
われた構造となつている。ただし第１図Ａにおい
ては保護膜６、モールド樹脂８の図示を省略して
ある。通常、強磁性体磁気抵抗素子は、高感度、高出
力および低消費電力のため高抵抗を要求される。
このため感磁部の膜厚は薄く形成することが好ま
しい。従つて基板１には、表面が凹凸の極めて少
ない鏡面のものが用いられ、好ましくは100Å以
下の表面粗さのものが良い。また、基板は絶縁性
または少なくとも表面が絶縁性である必要があ
る。また、少なくとも400℃までは安定な材質の
ものがよい。従つて、基板１は、一般に半導体素
子の基板等に使われている絶縁性の基板でよい
が、特にガラス基板、セラミツク基板、石英ガラ
ス基板、サフアイヤ基板、酸化膜付シリコン基板
等が好ましい材料である。本発明によつて製造された素子における配線薄
膜は、引きまわし配線を構成した際低抵抗である
ことが好ましい。従つて膜厚はできるだけ厚く形
成することが好ましい。また、強磁性体磁気抵抗
素子は、オフセツト電圧を少なくする必要がある
ため、感磁部エレメントパターンの形状精度を要
求される。本発明による素子では、感磁部エレメ
ントパターンを形成する時点で、感磁部エレメン
トパターンが形成される部分と他の部分とでは、
配線薄膜の膜厚分だけの段差が形成された構造と
なつている。この段差は、素子のオフセツト電圧
と深くかかわるため、後に引きまわし配線を構成
する配線部膜厚には本質的な上限値が生ずる。即
ちこの段差が大きすぎると、感磁部エレメントパ
ターンの形状精度が悪くなり、オフセツト電圧が
大きくなる。従つて配線薄膜２の膜厚は一定の厚
み以下とする必要があり、配線薄膜の形状、抵抗
率と許容されるオフセツト電圧の両者を考慮する
と限界段差は5.0μｍ以下であり、好ましくは3.0μ
ｍ以下、さらに好ましくは1.0μｍ以下である。強磁性体薄膜３の材質としては、保磁力の小さ
い一般の強磁性体材料でよく、Fe、Co、Niまた
はそれらの合金等は好ましいものであり、実用的
には磁気抵抗効果の大きなNi−Fe合金、Ni−Co
合金がより好ましい。また、強磁性体薄膜３の厚
みは好ましくは5000Å以下である。これ以上で
は、素子が低抵抗となりパターン形状との関係
で、実用的な出力の素子の作製は不可能である。
従つてより好ましくは感磁部の強磁性体薄膜の厚
さは2000Å以下であり、さらに好ましくは200〜
1000Åである。保護膜６は、感磁部および配線部の汚染や腐触
を防ぐ役割りを果たしている。この保護膜６の材
質は、一般に半導体素子で用いられている無機質
の絶縁膜でよく、Al₂O₃、Si₃N₄、Sio₂、りんガ
ラスおよびそれらの多層膜等が好ましく用いられ
る。本実施例では絶縁膜が１〜15μｍ程度の範囲
で形成される。以上では、本発明による素子を外
部接続する１例として、端子電極４とリード線が
はんだによりボンデイングされている例を示した
が、他のボンデイング方法、例えばワイヤボンデ
イングやリードボンデイング等も等しく用いられ
る。本発明によつて製造される素子は、必要に応じ
て樹脂モールドされる場合もある。モールド樹脂
８の材質は、一般にエポキシ樹脂等の耐熱性およ
び耐湿性に富んだものが好ましい。また、素子全
体がモールドされることもあり、一部のみがリー
ド線の補強等でモールドされることもある。次に本発明の強磁性体磁気抵抗素子の製造法に
ついて、第２図、第３図、第４図を参照して述べ
る。第２図は工程図の一例、第３図は各工程にお
ける素子の上面図、第４図は第３図におけるＢ−
Ｂ線に沿つた断面図である。第２図における配線薄膜を形成する工程は、絶
縁性の基板１を所要の温度に加熱保持し、真空蒸
着、スパツター、めつき等の方法により強磁性体
からなる配線薄膜２を被着形成する工程である。
この工程後の素子の状況を第３図Ａ、第４図Ａに
示す。次は、配線薄膜２の所要の部位をエツチングす
る工程である。これは、後に感磁部が形成される
部分の配線薄膜をエツチング除去し、基板表面を
露出させる感磁部を形成する部分の配線薄膜をエ
ツチング除去する工程である。この工程により、
素子は第３図Ｂ、第４図Ｂに示す状態となる。強磁性体薄膜形成工程は、感磁部となる強磁性
体薄膜を付着形成する工程であつて、基板１を所
要の温度好ましくは250℃以上で加熱保持し、基
板１上に磁気抵抗効果を有し配線材料と同一組成
の強磁性体薄膜３を、真空蒸着、MBE、スパツ
ター等の方法で全面に付着形成する工程である。
この工程によつて、素子は第３図Ｃ、第４図Ｃに
示す状態となる。感磁部エレメントパターン形成工程は、前の工
程で形成した強磁性体薄膜３を所要の部位のみ残
し、エツチング除去する工程であつて、設計によ
り定められた感磁部エレメントパターンが第３図
Ｄ、第４図Ｄに示すように実質的に形成される工
程である。次いで、通常の素子製作で行われている引きま
わし部のエツチングや、外部接続のための端子電
極パツド部の形成等の工程が続く。さらに感磁部
や配線の引きまわし部等の表面を絶縁性の保護膜
６で覆うため、保護膜の形成工程が続き、通常の
半導体の電子部品等で行われているダイシングに
よるカツト工程，ボンデイング，モールド等の工
程が続いて行われ、強磁性体磁気抵抗素子の製造
は完了する。本発明の製造工程によれば、強磁性体薄膜の感
磁部を損傷することなく素子製作が可能であり、
かつ通常の半導体にはみられない10μｍ以上の
SiO₂等の保護膜の形成も充分可能となり、感磁
面を摩擦等の機械的外力に対しても保護でき、か
つ耐湿性等の長期信頼性も大幅に向上した素子製
作が可能である。さらに、本発明によれば、強磁性体からなる配
線薄膜の形成後に薄い同一組成の感磁部薄膜を形
成することができる。このため電極パターンが再
現性よく、高い信頼性で形成できる。また配線薄
膜の厚さを制御することによつて、同一組成の強
磁性材料の薄膜からなる感磁部のパターンを精度
よくエツチングすることができる。さらに引まわ
し配線部には抵抗値が十分小さくなる厚さの薄膜
を用い、高感度で低オフセツトの素子製作が可能
である。またSiO₂などの保護層との密着性のよ
い強磁性体薄膜を上層に設けるので、良好な保護
膜の形成が可能である。この保護膜は、素子の感
磁面の機械的摩擦からの保護も可能である。従つ
て素子の極めて高い信頼性が確保できると共に量
産が容易である。さらに感磁部と同一組成の配線
材料の使用により磁気抵抗効果を生ずる感磁部の
強磁性体薄膜を高温で形成できるので、強磁性体
薄膜の結晶性と磁気異方性を改善でき、高感度、
高出力の磁気抵抗素子の製作が可能である。以下に素子の具体的な製造例について述べる。表面が鏡面研磨された２インチ角のガラス基板
を300℃に加熱保持し、厚さ0.2μｍの54％Ni−46
％Co合金薄膜をスパツターにより形成した。次
に過硫酸アンモニウム系の腐触液を用い、第３図
Ｂに示したように54％Ni−46％Co合金薄膜の一
部、すなわち以降の工程にて感磁部が形成される
領域をエツチング除去した。次いで基板を300℃
に加熱保持し、基板上全面に、600Åの同一組成
の合金薄膜をスパツターにより形成した。次に過
硫酸アンモニウム系の腐触液を用い第３図Ｄに示
した如くエツチングにより感磁部エレメントパタ
ーンを形成した。次いで、フオトレジスト（東京
応化工業(株)製OFPR 800）を用い、所要の部位の
みめつきするパターンめつき法により、0.2μｍの
Au層を、硫酸Ni浴を用いて3μｍのNi層を第１図
の４Ａないし４Ｄにあたる部分に形成し、外部接
続用端子電極とした。次にフオトレジストをエツ
チングマスクとし、引きまわし配線部のエツチン
グを行い、磁気抵抗素子の４つの端子電極部分を
形成した。次にメタルマスクで第１図の４Ａない
し４Ｄにあたる部分を覆い、1.5μｍのSiO₂膜６を
形成した。その後、60％Sn−40％Pb組成の溶融
はんだ槽につけ、はんだ部５Ａないし５Ｄを形成
した。このような工程で、２インチ角のガラス基
板上に、強磁性体磁気抵抗素子を約70個同時に形
成した。この基板をダイジングソーにより、4.3mm×7.2
mmの素子チツプに切断した。その各素子チツプに
４本のリード線をはんだボンテイングした後、エ
ポシキ樹脂を第１図の８で示したように塗布硬化
し、第１図Ａ，Ｂに示したような、同一組成で段
差を有する感磁部と配線部をもつ、強磁性体磁気
抵抗素子を製作した。その素子特性は、第１表に示した如くである。
比較のため従来例の値を同時に示したが、本発明
の製造法によつて作製された素子は明らかに従来
のものと比較してオフセツトが１桁以上小さくま
た、感度は約1.7倍も高い。また、長期信頼性評
価の結果を第２表に示してある。1000時間の長期
耐湿加温テストで全く特性変化がみられず、極め
て良好な信頼性を有することも明らかである。さ
らに、引きまわし配線部と感磁部境界のエツチン
グ等による劣化も全くなく、外部接続用端子電極
の形成の信頼度も高く、充分な再現性も確認でき
た。

【表】

【表】また、これまでのブリツジ型の素子について説
明してきたが、本発明の製造法を第５図に示すよ
うな感磁部エレメントパターン９Ａ，９Ｂが互い
に直交する型の強磁性体磁気抵抗素子や第７図に
示すような感磁部エレメントパターン９Ｃをも
ち、３端子のブリツジを形成しない強磁性体磁気
抵抗素子の作製にも適用できることは言うまでも
ない。なお、第５図、第６図において４Ｅ，４
Ｆ，４Ｇは外部接続用端子電極である。［発明の効果］以上説明したように、本発明においては強磁性
体からなる配線薄膜の上に同一組成の強磁性体薄
膜が形成されるので、製造工程が簡素化され、配
線形成工程における再現性と信頼性が高く、保護
層との密着性が良いので素子の信頼性が高い。ま
た引きまわし配線部には感磁部より厚く抵抗値の
小さい薄膜を用いるので、オフセツト電圧が小さ
く、感度が高い。さらに配線部と感磁部に同一組
成の強磁性体を用いているので強磁性薄膜形成時
に基板を高温に加熱できるので一層感度を高くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明によつて製造された強磁性体
磁気抵抗素子の一例の上面図、第１図Ｂは第１図
ＡのＡ−Ａ線に沿つた断面図、第２図は本発明の
強磁性体磁気抵抗素子の製造法の実施例を示す工
程図、第３図Ａないし第３図Ｄは各工程における
強磁性体磁気抵抗素子の上面図、第４図Ａないし
第４図Ｄはそれぞれ第３図Ａないし第３図ＤのＢ
−Ｂ線に沿つた断面図、第５図および第６図はそ
れぞれ本発明によつて製造された強磁性体磁気抵
抗素子のさらに他の例の感磁部エレメントパター
ンを示す上面図、第７図Ａは従来の強磁性体磁気
抵抗素子の上面図、第７図Ｂは第７図ＡのＸ−Ｘ
線に沿つた断面図である。１，１１……絶縁性基板、２……配線薄膜、
３，１３……強磁性体薄膜、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，
３Ｄ……感磁部エレメントパターン、４Ａ，４
Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，１４Ａ，１
４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ……外部接続端子電極、５
Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，１５Ａ，１５Ｂ，１５
Ｃ，１５Ｄ……はんだ、６……保護膜、７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７
Ｄ……リード線、８……モールド樹脂、９Ａ，９
Ｂ，９Ｃ……感磁部エレメントパターン、１０…
…引きまわし配線。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも下記の工程、絶縁性の基板上に強磁性体薄膜からなる配線
材料を被着する工程、周囲が配線材料で囲まれた感磁部形成領域を
形成するように、前記被着された配線材料の一
部領域をエツチング除去する工程。前記感磁部形成領域を含む基板全面に前記配
線材料と同一組成の強磁性体薄膜を被着する工
程、前記感磁部形成領域に被着された強磁性体薄
膜をエツチング加工して感磁部エレメントパタ
ーンを形成する工程、を含むことを特徴とする強磁性体磁気抵抗素子の
製造法。