KR100674824B1 - 자기저항소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기저항소자 및 제조방법에 관한 것으로서, 폴리머수지계 기판 상면의 일영역이 노출되도록 마스크를 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 저온 성막공정으로 반금속성 자성박막을 형성하는 단계와, 상기 기판 상면의 일영역에 원하는 패턴의 자성박막이 잔류하도록 상기 마스크를 제거하는 단계와, 상기 자성박막에 접속되도록 상기 기판 상에 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 자기저항소자 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기한 방법으로부터 제조될 수 있는 자기저항소자를 제공한다.

자기저항소자(magneto-resistive device), 인쇄회로기판(printed circuit board), 페라이트 도금법(ferrite plating)

Description

자기저항소자 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF MAGNETO-RESISTIVE DEVICE}

도1a 및 1b은 각각 종래 기술에 따른 자기저항소자와 그 자기저항소자가 실장된 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이다.

도2는 본 발명에 따른 자기저항소자를 나타내는 단면도이다.

도3a 내지 도3e는 본 발명에 따른 자기저항소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.

도4는 본 발명의 제조방법에 바람직하게 채용될 수 있는 스핀 스프레이 페라이트 도금공정을 설명하기 위한 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

21,31: 인쇄회로기판 32: 마스크

24,34: 자성체막 26,36: 제1 및 제2 전극

28,38: 절연성 보호층

본 발명은 자기저항소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게 인쇄회로기판와 같은 폴리머계 기판 상에 직접 구현된 구조를 갖는 자기저항소자와 그 제조방법에 관 한 것이다.

일반적으로, 자기저항소자(magneto-resistive device: MR소자)는 자계의 변화에 따라 저항값이 가변되는 소자로서, 자기기록장치의 재생헤드, 회전속도검출용 자기센서, 자기랜덤액세스메모리(MRAM) 등에 널리 사용되고 있다.

종래의 자기저항소자는 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 자성박막 재료를 스퍼터링하는 방식으로 제조되었다.

도1a는 종래의 자기저항소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.

도1a에 도시된 바와 같이, MR소자(10)는 Si와 같은 기판(11) 상에 자성박막(14)이 형성된 구조를 가지며, 자성박막(14)에 접속되도록 기판(11) 상에 형성된 제1 및 제2 전극(16)을 포함한다. 일반적으로, 상기 자성박막(14)은 CoFe, NiFe와 같은 자성체를 스퍼터링으로 증착하는 방법으로 형성된다. 또한, 도시되지 않았으나, 자성박막(14)을 보호하기 위해서 SiO₂와 같은 보호층이 추가로 형성될 수 있다.

도1a에 도시된 MR소자(10)는 웨이퍼 상에 다수개 형성되어 다이싱공정을 통해 개별 칩단위로 분리시킴으로써 얻어질 수 있다. 이러한 개별 MR소자(10)는 도1b에 도시된 바와 같이 소정의 회로가 구현된 인쇄회로기판(21)의 표면에 실장되어 원하는 회로패턴에 와이어(17)로 연결된다. 이와 같이, 종래의 MR소자(10)는 웨이 퍼를 이용하여 칩형태로 제조되어 별도의 공정을 통해 실장되는 방식으로 사용되었다. 즉, MR소자를 인쇄회로기판에 직접 구현하는 방식은 여러 문제로 인해 실시되지 못하는 실정이다.

이러한 이유는, 자성체 박막을 증착하는 공정이 인쇄회로기판이 견디지 못하는 고온에서 주로 실행되기 때문이다. 보다 구체적으로, 대표적인 인쇄회로기판인 글래스/에폭시 기판은 300℃이상의 고온에서 변형되므로, 스퍼터링공정을 통한 자성박막이 형성할 수 없다.

또한, 일반적으로 실리콘 웨이퍼의 표면거칠기에 비해 거친 표면을 갖기 때문에 자성박막의 형성자체가 어렵다는 문제도 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 폴리머수지계 기판 상에 구현될 수 있는 자기저항소자를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 자기저항소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,

폴리머수지계 기판과, 상기 폴리머수지계 기판 상면의 일영역 상에 형성된 반금속성 자성박막과, 상기 자성박막 패턴에 접속되도록 상기 기판 상에 형성된 제1 및 제2 전극을 포함하는 자기저항소자를 제공한다.

바람직하게, 상기 폴리머수지계 기판은 동박적층판으로 이루어진 통상의 인쇄회로기판일 수 있다. 또한, 상기 폴리머수지계 기판은 세라믹, 금속 또는 글래스성분을 더 함유한 기판일 수 있다.

상기 반금속성 자성박막으로는 Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속의 산화물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 Fe₃O₄이 사용될 수 있다. 상기 반금속성 자성박막 상에 형성되며, 절연물질로 이루어진 보호층을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 자기저항소자의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 폴리머수지계 기판 상면의 일영역이 노출되도록 마스크를 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 저온 성막공정으로 반금속성 자성박막을 형성하는 단계와, 상기 기판 상면의 일영역에 원하는 패턴의 자성박막이 잔류하도록 상기 마스크를 제거하는 단계와, 상기 자성박막에 접속되도록 상기 기판 상에 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 마스크를 형성하는 단계는, 포토리스그래피공정을 이용하여 실행될 수 있으며, 상기 자성박막을 형성하는 단계는, 300℃이하에서 실행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 자성박막을 형성하는 단계에서, 스핀 스프레이공정을 이용함으로써 저온에서 양질의 자성체박막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계는, 포토리소그래피공정을 이용하여 전극형성영역을 정의하는 패턴을 형성하는 과정과, 무전해도금법에 실시하여 상기 전극형성영역에 전극을 형성하는 과정으로 실행될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 자기저항소자를 나타내는 단면도이다.

도2를 참조하면, MR소자(20)는 폴리머수지계 기판(21)과, 그 상면에 형성된 자성박막(24)과, 상기 자성박막(24)에 접속되도록 상기 기판(21) 상에 형성된 제1 및 제2 전극(26)을 포함한다. 또한, 상기 MR소자(20)는 도시된 바와 같이, 자성박막(24)을 보호하기 위한 보호층(28)이 추가로 형성될 수 있다.

상기 폴리머수지계 기판(21)은 통상의 인쇄회로기판일 수 있으며, 세라믹, 금속 및 글래스성분 중 적어도 하나를 더 함유한 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(21)은 에폭시/글래스를 주재료하는 인쇄회로기판일 수 있다.

본 발명에 채용되는 기판(21)은 열적 안정성이 낮으므로, 상기 자성박막(24)은 스퍼터링과 같은 고온증착공정을 사용하지 않으며, 저온에서 구현가능한 다이렉트 디포지션(direct deposition)공정을 이용한다. 따라서, 상기 자성박막(24)은 저온의 디포지션공정으로 성막될 수 있는 반금속성 자성체로 이루어진다.

상기 자성박막(24)을 구성하는 반금속성 자성체로는 Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속의 산화물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 Fe₃O₄이 사용될 수 있다.

또한, 상기 자성박막(24)은 저온에서 실시가능한 다이렉트 디포지션방법으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 약 100℃온도에서 실시가능한 스핀 스프레이 페라이트 도금공정(spin spray ferrite plating)을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 자성박막형성공정에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 자성박막(24)에 연결된 2개의 전극(26)은 각각 기판(21) 상에 형성되며, 상기 기판(21)이 인쇄회로기판인 경우에는, 그 상면에 형성된 회로 또는 내층회로(미도시)에 연결되어 원하는 회로를 구성할 수 있다.

또한, 상기 보호막(28)은 반도체 증착공정을 이용하지 않고, 에폭시수지 또는 폴리이미드와 같은 통상의 절연성 수지를 코팅하는 방식으로 용이하게 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 자기저항소자(20)를 직접 인쇄회로기판과 같은 폴리머수지계 기판(21) 상에 형성하므로, 실리콘과 같은 칩기판을 생략할 수 있다. 따라서, 그 제조비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 칩기판없이 소정의 회로가 구현된 인쇄회로기판에 직접 형성되므로 소형화가 가능하고 칩제조를 위한 다이싱공정 및 실장공정 등을 생략할 수 있으며, 그 결과, 전체 제조 공정을 크게 간소화시킬 수 있다.

도3a 내지 도3e는 본 발명에 따른 자기저항소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.

본 발명의 제조방법은 도3a와 같이, 폴리머수지계 기판(31) 상면의 일영역(A)이 노출되도록 마스크(32)를 형성하는 공정으로 시작된다. 상기 폴리머수지계 기판(31)은 동박적층판으로 구성된 통상의 인쇄회로기판일 수 있으며, 금속, 세라믹, 글래스 등을 더 포함할 수 있다. 본 공정은 포토리소그래피공정을 이용하여 실시될 수 있으며, 상기 마스크(31)는 포토레지스트패턴일 수 있다. 상기 기판(31)이 동박적층판인 경우에는, 상기 마스크(32)를 형성한 후에, 노출된 영역의 동박(미도시)을 선택적으로 제거하는 공정을 더 포함할 수 있다.

이어, 도3b와 같이, 상기 기판(31) 상에 저온 성막공정으로 반금속성 자성박막(34)을 형성한다. 여기서, 상기 저온 성막공정은 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 약 300℃이하에서 실현될 수 있는 다이렉트 디포지션공정을 말하며, 대표적으로 스핀 스프레이 페라이트 도금공정이 있을 수 있다. 상기 반금속성 자성박막(34)은 앞서 설명한 바와 같이, Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속의 산화물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 Fe₃O₄이 사용될 수 있다.

다음으로, 도3b에서 상기 마스크(32)를 리프트오프시켜 원하지 않는 부분의 자성박막을 제거함으로써, 도3c와 같이 상기 기판(31) 상면의 일영역에 원하는 패턴의 자성박막(34a)을 얻는다. 상기 자성박막(34a)은 자기저항소자가 형성될 영역을 정의하며, 다양한 패턴으로 제조될 수 있다. 이와 같은 공정을 이용하여 인쇄회로기판 상의 원하는 위치에 2개 이상의 자성박막패턴을 용이하게 형성할 수 있다.

이어, 도3d와 같이, 상기 자성박막(34a)에 접속되도록 상기 기판(31) 상에 제1 및 제2 전극(36)을 형성한다. 본 공정은 포토리소그래피공정을 이용하여 전극형성영역을 정의한 후에, 무전해도금법을 이용하여 전극(36)을 형성하는 과정을 실시될 수 있다. 여기서, 상기 전극(36)은 Ni/Au로 이루어질 수 있다. 상기 기판(31)으로서 동박적층판으로 이루어진 인쇄회로기판을 사용하는 형태에서는, 인쇄회로기판 상의 회로패턴과 적절히 연결될 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 와이어와 같은 추가적인 접속수단없이도 직접 인쇄회로기판의 회로와 그 기판 상면에 형성된 MR소자를 서로 연결할 수 있다는 장점이 있다.

최종적으로, 도3e와 같이, 상기 자성박막(34a) 상에 절연물질로 보호층(38)을 형성한다. 본 발명에서는 고온의 증착공정이 허용되지 않으므로, 300℃이하의 저온에서 실행될 수 있는 코팅공정을 사용한다. 예를 들어, 상기 보호층(38)은 절연성이 있는 수지를 사용하여 스크린인쇄방법 등으로 용이하게 형성될 수 있다.

본 발명은 저온에서 성막공정이 실행될 수 있는 세라믹계열의 페라이트물질을 사용함으로써 통상의 인쇄회로기판과 같은 폴리머수지계 기판 상에 직접 자기저항소자를 형성할 수 있다. 바람직하게, 이러한 자성박막 형성공정으로서 앞서 언급한 바와 같이 스핀 스프레이 페라이트 도금방법이 사용될 수 있다. 도4를 참조하여 본 발명에서 바람직하게 채용될 수 있는 스핀 스프레이 페라이트 도금방법을 설명한다.

도4는 본 발명의 제조방법에 바람직하게 채용될 수 있는 스핀 스프레이 페라이트 도금시스템를 설명하기 위한 개략도이다. 여기서, 상기 도금시스템(40)은 Fe₃O₄ 자성박막을 형성하는 시스템으로서 예시되어 있다.

도4를 참조하면, 상기 도금시스템(40)은 반응실(41)과 상기 반응실(41) 하부에 회전가능하도록 장착된 스피닝 테이블(45)을 포함하며, 또한 상기 스피닝 테이블(45)은 발열코일과 같은 가열수단(43)을 구비한다. 상기 반응실(41)은 그 상부에는 2개의 분무기(47)를 가지며, 일측의 분무기는 NaNO₂와 같은 산화액을 공급하고 타측의 분무기는 FeCl₂ 및 MgCl₂와 같은 반응액을 공급한다. 또한, 인쇄회로기판과 같은 폴리머수지계 기판(31)이 상기 스피닝 테이블(45)의 상면에 배치된다.

이러한 구조를 통해, 상기 기판(31)은 적정 온도(예, 약 100℃)로 가열된 조건에서 균일한 두께의 박막형성을 위해서 회전할 수 있으며, 상기 분무기(47)를 통해 공급되는 반응액과 산화액에 의해 상기 기판 상에 원하는 Fe₃O₄ 자성박막이 형성 될 수 있다.

(실시예)

본 실시예는 본 발명에 따라 제조된 자기저항소자의 특성(MR비)을 확인하기 위해서 실시되었다.

우선, 글래스/에폭시계 인쇄회로기판을 마련한 후에, 포토리소그래피공정을 이용하여 자기저항소자형성영역을 노출시킨 레지스트패턴을 형성한 후에, 도4에 설명된 스핀 스프레이 공정을 이용하여 약 0.7㎛의 자성박막을 형성하였다.

이어, 레지스트패턴을 리프트오프시켜 원하는 패턴의 자성박막을 마련하고, 다시 포토리소그래피공정을 적용하여 전극형성영역을 정의한 후에, 무전해도금을 이용하여 Ni/Au 전극을 자성박막의 대향하는 양측에 각각 형성하였다. 이 때에 각 전극의 두께는 약 60㎛ 두께이었다. 상기 자성박막 상에 스크린 인쇄법으로 폴리이미드로 이루어진 보호층을 형성하였다. 이 때에 보호층의 두께는 약 30㎛로 하였다.

이렇게 얻어진 자기저항소자에 대해 ±140 Gauss의 자계를 인가하여 MR비를 측정하였다. 그 결과, 본 실시예에 따른 자기저항소자는 약 1.0%로서 만족할 만한 수준의 특성을 갖는 것으로 확인되었다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자기저항소자를 직접 인쇄회로기판과 같은 폴리머수지계 기판에 형성할 수 있으므로, 실리콘과 같은 칩기판을 생략하여제조비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 칩기판없이 소정의 회로가 구현된 인쇄회로기판에 직접 형성되므로, 소형화가 가능하고 칩제조를 위한 다이싱공정 및 실장공정 등을 생략할 수 있다. 따라서, 보다 간소화된 공정과 저렴한 비용으로 원하는 형태의 자기저항소자를 제공할 수 있다.

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 폴리머수지계 기판 상면의 일영역이 노출되도록 마스크를 형성하는 단계;

   상기 기판 상에 저온 성막공정으로 반금속성 자성박막을 형성하는 단계;

   상기 기판 상면의 일영역에 원하는 패턴의 자성박막이 잔류하도록 상기 마스크를 제거하는 단계; 및,

   상기 자성박막에 접속되도록 상기 기판 상에 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 반금속성 자성박막을 형성하는 단계는, 상기 폴리머수지계 기판 상에 자성물질을 함유한 반응액과 상기 반응액을 산화시켜 자성막을 제공하는 산화액을 분무하여 서로 반응시킴으로써 반금속성 자성박막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기저항소자 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 폴리머수지계 기판은 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 자기저항소자 제조방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 폴리머수지계 기판은 세라믹, 금속 및 글래스로부터 선택된 하나 또는 2이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항소자 제조방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 마스크를 형성하는 단계는, 포토리스그래피공정을 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 자기저항소자 제조방법.
11. 제7항에 있어서,

    상기 자성박막을 형성하는 단계는, 300℃이하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 자기저항소자 제조방법.
12. 삭제
13. 제7항에 있어서,

    상기 반금속성 자성박막은 Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속의 산화물인 것을 특징으로 하는 자기저항소자.
14. 제7항에 있어서,

    상기 반금속성 자성박막은 Fe₃O₄를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항소자 제조방법.
15. 제7항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계는,

    포토리소그래피공정을 이용하여 전극형성영역을 정의하는 패턴을 형성하는 단계와, 무전해도금법을 이용하여 상기 전극형성영역에 전극을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기저항소자 제조방법.
16. 제7항에 있어서,

    상기 전극 형성단계 후에, 상기 자성박막 상에 절연물질로 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 소자 제조방법.

Images