JPH08130338A - 薄膜磁気センサ - Google Patents

薄膜磁気センサ

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JPH08130338A
JPH08130338A JP6266907A JP26690794A JPH08130338A JP H08130338 A JPH08130338 A JP H08130338A JP 6266907 A JP6266907 A JP 6266907A JP 26690794 A JP26690794 A JP 26690794A JP H08130338 A JPH08130338 A JP H08130338A
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JP
Japan
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thin film
magnetic field
magnetic sensor
field detection
ferromagnetic thin
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JP6266907A
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English (en)
Inventor
Tomihiko Tatsumi
富彦 辰巳
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワンチップ当たりの磁界検出層の面積を小さ
く抑えながら、所要の抵抗値を実現することができ、か
つ出力のオフセット電圧を抑制すること。 【構成】 磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜を折り返し
形状に形成した2個の強磁性薄膜パターンを備えた磁界
検出層3,5を絶縁層4を挟んで基板上1に積層すると
ともに、該両磁界検出層の間に電気的接続を行なうこと
によって該4個の強磁性薄膜パターンを合せた抵抗ブリ
ッジ回路を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強磁性磁気抵抗効果(以
下、MR効果と略す)を有する強磁性薄膜を利用して磁
界を検出する薄膜磁気センサに関するものである。
【0002】MR効果を利用して磁界を検出する薄膜磁
気センサは、ホール素子と比較して高感度であり、しか
も特性の温度変化が少ない利点を有しているため、スピ
ードメータ,流量計,回転位置検出器,位置検出器等の
ように、幅広い分野に応用されている。薄膜磁気センサ
は、磁界検出層からの出力のオフセット電圧をできるだ
け小さく抑えることができるとともに、ウエハ当たりの
センサ収量を増大できるものであることが望ましい。
【0003】
【従来の技術】薄膜磁気センサの主要部分である磁界検
出層は、パーマロイ等の大きな磁気抵抗効果を有する強
磁性薄膜のパターンからなっていて、外部からの信号磁
界に応じて磁界検出層の電気抵抗値が変化することによ
り、出力電圧を発生する。
【0004】磁界検出層内の強磁性薄膜パターンは、定
電圧駆動時における消費電力の低減を目的として、電気
抵抗値を大きくするため、通常、必要回数だけつづら折
りに折り返した細線パターンを一つの抵抗体として、4
個の抵抗体からなるブリッジ回路を1つの基板上に形成
している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような構成を有す
る薄膜磁気センサにおいては、電気抵抗をある設定値ま
で増大させるために、必要回数だけ折り返したつづら折
り状の細線パターンを用いているため、ワンチップ当た
りの磁界検出層の面積は、ある一定値以下に小さくする
ことはできない。
【0006】しかしながら、パターニング工程を考慮す
ると、磁界検出層の面積はできるだけ小さい方が望まし
い。つづら折り状の細線パターンを形成するには、レジ
ストを用いたフォトリソグラフィ技術を用いるが、その
際、局所的なパターン変換誤差が生じることは避けられ
ない。
【0007】パターン変換誤差は、レジスト塗布厚分布
や、チップ面とマスク面との密着の程度に大きく依存す
るため、磁界検出層の面積をある一定値以下に小さくで
きないことは、パターン変換誤差の抑制に限界を生じる
原因になる。特に、つづら折り状の細線パターンの場合
は、この変換誤差が累積して、4個の細線パターン抵抗
体における、それぞれの抵抗値が容易にばらつく。
【0008】この抵抗値のばらつきは、ブリッジのバラ
ンスを大きく崩し、磁界検出層の出力のオフセット電圧
を増大させる。そのため、ICアンプの性能から要請さ
れる、許容オフセット電圧範囲から外れた、不良チップ
数を低減することが困難であった。
【0009】さらに、1枚のウエハからのチップ収量を
考慮すると、チップあたりの面積はできるだけ小さいこ
とが望ましい。しかしながら、上述したように磁界検出
層の面積を一定値以下に小さくすることができないた
め、ウエハあたりの収量を上げてコストダウンを図るこ
とができなかった。
【0010】磁界検出部分の面積を小さくしようという
試みは、特開昭61−222013号公報に記載され
た、磁気抵抗効果ヘッドに見られる。同公報に記載され
た磁気抵抗効果ヘッドにおいては、強磁性磁気抵抗効果
薄膜パターンと絶縁層を交互に積層して、磁界検出部分
を微小領域に集中させることによって、微小磁界に対す
る検出能力の向上を図っている。
【0011】しかしながら、積層された強磁性磁気抵抗
効果薄膜パターンが形成する電気回路は、単純な抵抗の
直列回路であり、さらに各薄膜パターンも通常の矩形で
あることから、同公報に記載された構成では、薄膜磁気
センサに要求されるような、所要の抵抗値を有する抵抗
ブリッジ回路を実現することは困難である。
【0012】また、特開昭62−266479号公報に
記載された薄膜磁気センサにおいても、同様に、4個の
薄膜磁気抵抗効果素子を、基板上の2つの位置に積層し
て形成して、ブリッジ回路を構成することが記載されて
いる。
【0013】しかしながら、この場合も、各薄膜磁気抵
抗効果素子は、直線状の薄膜パターンからなるものであ
って、所要の抵抗値を有する抵抗ブリッジ回路を形成す
ることは困難である。
【0014】
【発明の目的】本発明は、このような従来技術の課題を
解決しようとするものであって、薄膜磁気センサにおけ
る素子構成を改善することによって、ワンチップ当たり
の磁界検出層の面積を小さく抑えながら、所要の抵抗値
を実現することができ、かつ出力のオフセット電圧を抑
制することが可能な、薄膜磁気センサを提供することを
目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
(1) 磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜を折り返し形状に
形成した強磁性薄膜パターンを有する磁界検出層を絶縁
層を挟んで基板上に積層するとともに、該両磁界検出層
の間に電気的接続を行なうことによって強磁性薄膜パタ
ーンを合せた抵抗ブリッジ回路を形成した。
【0016】(2) 磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜を折
り返し形状に形成した2個の強磁性薄膜パターンを備え
た磁界検出層を絶縁層を挟んで基板上に積層するととも
に、該両磁界検出層の間に電気的接続を行なうことによ
って該4個の強磁性薄膜パターンを合せた抵抗ブリッジ
回路を形成した。
【0017】(3) (1)又は(2)において、折り返し形状
が、複数の直線状パターンを平行につづら折り状に折り
返して構成する。
【0018】(4) (1),(2)又は(3)において、基板上に該
ブリッジ回路の出力信号を増幅するICアンプ回路部を
形成した。
【0019】本発明は、このような構成をとることによ
って、前述した目的を達成しようとするものである。
【0020】
【作用】本発明の薄膜磁気センサにおいては、図1に示
すように、基板1上に薄膜磁気センサの出力を増幅する
ICアンプ回路部2と、絶縁層4をはさんで積層された
磁界検出層3および5が形成されている。磁界検出層
3,5が基板1上に占める面積は、積層されているため
に、両層分のパターンを同一面上に形成した従来の場合
に比べて約1/2となる。
【0021】磁界検出層3,5内の強磁性薄膜パターン
は、図2に示すような形状になっている。図示のパター
ン中、斜線部分は、金(Au)等の導電性膜が形成され
ている領域である。一方、白ぬきの部分は強磁性膜のみ
の領域となっている。
【0022】ここで、各端子P1とT1,端子P2とT
2,端子P3とT3,端子P4とT4は、重なる形で接
触して電気的に導通がとられているため、両パターンを
合わせて図3に示すような抵抗ブリッジ回路を形成して
いる。この際、端子T1,T5,T6,T3がそれぞれ
図3中のA、B、C、D点に対応することになる。
【0023】従って、従来技術の場合とまったく同等の
磁界検出回路を有しながら、従来技術の場合と比較し
て、約1/2の面積で済むため、レジスト処理によるパ
ターニング工程時に生ずる、パターン変換誤差に基づ
く、ブリッジバランスのばらつきを低減することが可能
となり、さらに1枚のウエハから作成可能なチップ数を
増加させ、コストダウンを図ることができるようにな
る。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1乃至図5に基づ
いて説明する。
【0025】図1は、本発明の薄膜磁気センサの一実施
例を示す断面図である。図中、ICアンプ回路部2は、
薄膜磁気センサの出力を増幅するものであって、シリコ
ン基板1上に、通常の半導体集積回路作製技術を用いて
形成されている。ICアンプ回路部2と、次に述べる磁
界検出層3,5とを、同一基板上に形成することによっ
て、チップの小型化を図ることができるが、必ずしも同
一基板上である必要はない。
【0026】磁界検出層3,5は、ニッケル鉄(NiF
e),ニッケルコバルト(NiCo),またはニッケル
鉄コバルト(NiFeCo)合金膜等のような、大きな
磁気抵抗効果を有する強磁性膜と、金(Au)等の導電
性膜とを連続して成膜した後、レジストを用いたフォト
リソグラフィ技術によってつづら折り細線パターンに加
工したものである。
【0027】図2は、本発明の薄膜磁気センサにおける
磁界検出層のパターン形状の一列を示したものである。
磁界検出層3,5は、それぞれ、複数の等長の直線状パ
ターンを平行につづら折りに折り返して形成された、つ
づら折り状の折り返しパターンからなっている。なお、
各直線状パターンは等長でなくてもよい。
【0028】また本発明の薄膜磁気センサは、図2に示
された形状に限るものではなく、これに準じた形状であ
って、複数の強磁性薄膜パターンを折り返し等の方法に
よって順次接続して、小面積内において、全体の長さが
長くなるように形成して、抵抗値を増大させるようにし
たものであればよい。
【0029】各薄膜の成膜には、真空蒸着法またはスパ
ッタ法を用いている。強磁性磁気抵抗効果薄膜の厚さ
は、15nmから65nmの間である。細線のパターン
幅には、4μmから20μmまでの値が採られている。
【0030】絶縁層4は、酸化シリコン膜等の絶縁体膜
からなっており、磁界検出層3,5を電気的に分離して
いる。しかしながら、磁界検出層3と磁界検出層5の間
には、電気的導通がとられている。
【0031】図2に示す、端子P1とT1、端子P2と
T2、端子P3とT3、端子P4とT4は、それぞれ重
なる形で接触している。実際の製作の際には、絶縁層4
の成膜後、所定の位置に化学エッチングによって、穴パ
ターンが開けられることによって、その後成膜される磁
界検出層5の導電性膜パターンが、磁界検出層3の導電
性膜パターンと接触し電気的に接続される。
【0032】以上の工程を経た後、素子全体に酸化シリ
コン膜等からなる保護層(不図示)を形成している。保
護層形成後、必要箇所にフォトリソグラフィ技術を用い
て穴パターンを開けて、ICアンプ回路部2と磁界検出
層5との間に、導電ワイヤ6をボンディングし、素子全
体の電気回路を完成させている。
【0033】図3に薄膜磁気センサの斜視図を示した。
【0034】図4は、薄膜磁気センサ内の磁界検出層
3,5によって形成される抵抗ブリッジ回路を示したも
のであって、A,B,C,Dは、抵抗ブリッジ回路にお
ける隣接する辺を接続する端子である。ICアンプ回路
部2は、磁界検出時における、このブリッジ回路の出力
を増幅する作用を行なう。
【0035】以上のようにして作製された薄膜磁気セン
サは、素子面積が従来技術の場合の約2/3の大きさで
あり、小型化が実現されている。従って、従来の場合と
同じ大きさのシリコン(Si)ウエハを用いて試作を行
った結果、1枚のウエハから作成できる薄膜磁気センサ
の数が約1.5倍となり、量産時のコストダウンに大き
く貢献することが明らかとなった。
【0036】この薄膜磁気センサに、信号磁界として標
準的な大きさである、30エルステッドの回転磁界を印
加し、磁界検出層からの出力電圧を調査した。用いられ
たサンプルは、強磁性磁気抵抗効果膜としてNi85Fe
15(重量%)蒸着膜を用い、同膜の厚さを32nm、パ
ターン幅を10μmとしたものである。測定されたチッ
プ数は50個である。また測定の際、抵抗ブリッジに印
加された入力電圧は12Vである。出力電圧は横軸を時
間軸として、いずれも正弦波形であった。
【0037】図5は、その際に測定された、磁界検出層
出力のオフセット電圧の平均値を示したものである。本
実施例の薄膜磁気センサでは、オフセット電圧の平均値
が従来技術の薄膜磁気センサよりも小さい値となること
が示されている。
【0038】本発明の薄膜磁気センサにおいて、オフセ
ット電圧の平均値が従来技術の薄膜磁気センサより小さ
くなる原因としては、本発明の薄膜磁気センサにおいて
は、磁界検出層の面積が小さいことから、磁界検出層内
の抵抗ブリッジを形成する各抵抗体の抵抗値のばらつき
が抑えられており、従って、抵抗ブリッジのバランスが
従来技術のセンサよりも良好となって、小さいオフセッ
ト電圧が実現されていると考えられる。
【0039】薄膜磁気センサの量産時においては、オフ
セット電圧が小さく抑えられていることによって、ウエ
ハごとの、ICアンプ回路の性能から要請される、許容
オフセット電圧値内のチップ数が増加し、歩留りが向上
することになる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
膜磁気センサにおいて、新しい構成を採用することによ
って、磁界検出層からの出力のオフセット電圧を小さく
抑えることができる。さらに素子面積を小さくできるた
め、1枚のウエハから作成可能なチップ数を増加させる
ことができ、大幅なコストダウンを図ることが可能にな
るという、従来にない、優れた薄膜磁気センサを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜磁気センサの一実施例を示す断面
図である。
【図2】本発明の薄膜磁気センサにおける磁界検出層の
パターン形状の一列を示す図である。
【図3】図1に示した薄膜磁気センサの構成を示す斜視
図である。
【図4】薄膜磁気センサ内の磁界検出層によって形成さ
れる抵抗ブリッジ回路を示す図である。
【図5】磁界検出層出力のオフセット電圧の平均値を示
す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 ICアンプ回路部 3 磁界検出層 4 絶縁層 5 磁界検出層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜を折り
    返し形状に形成した強磁性薄膜パターンを有する磁界検
    出層を絶縁層を挟んで基板上に積層するとともに、該両
    磁界検出層の間に電気的接続を行なうことによって強磁
    性薄膜パターンを合せた抵抗ブリッジ回路を形成したこ
    とを特徴とする薄膜磁気センサ。
  2. 【請求項2】 磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜を折り
    返し形状に形成した2個の強磁性薄膜パターンを備えた
    磁界検出層を絶縁層を挟んで基板上に積層するととも
    に、該両磁界検出層の間に電気的接続を行なうことによ
    って該4個の強磁性薄膜パターンを合せた抵抗ブリッジ
    回路を形成したことを特徴とする薄膜磁気センサ。
  3. 【請求項3】 前記折り返し形状が、複数の直線状パタ
    ーンを平行につづら折り状に折り返して形成されたこと
    を特徴とする請求項1又は2記載の薄膜磁気センサ。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3記載の薄膜磁気セ
    ンサにおいて、前記基板上に該ブリッジ回路の出力信号
    を増幅するICアンプ回路部を形成したことを特徴とす
    る薄膜磁気センサ。
JP6266907A 1994-10-31 1994-10-31 薄膜磁気センサ Pending JPH08130338A (ja)

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