JPH0210882A - 半導体薄膜磁気抵抗素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体薄膜磁気抵抗素子およびその製造方法Info
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- JPH0210882A JPH0210882A JP63161718A JP16171888A JPH0210882A JP H0210882 A JPH0210882 A JP H0210882A JP 63161718 A JP63161718 A JP 63161718A JP 16171888 A JP16171888 A JP 16171888A JP H0210882 A JPH0210882 A JP H0210882A
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- insb
- semiconductor
- material layer
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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。
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、回転センサ等に用いられる半導体薄膜磁電抵
抗素子の半導体薄膜の製造方法に関する。
抗素子の半導体薄膜の製造方法に関する。
従来の技術
一般に、回転センサとしては、光方式、磁気方式を初め
、種々の方式がある。この中で、特に汚れ、塵埃等、雰
囲気の影響を受ける用途においては、そうした影響を受
けにくい磁気方式が最も有利である。一方、この磁気方
式においても、電磁ピックアップ、ホール素子、磁気抵
抗素子等、種種の方式がある。
、種々の方式がある。この中で、特に汚れ、塵埃等、雰
囲気の影響を受ける用途においては、そうした影響を受
けにくい磁気方式が最も有利である。一方、この磁気方
式においても、電磁ピックアップ、ホール素子、磁気抵
抗素子等、種種の方式がある。
近年、自動車の電子化に伴ない、この為に各種センサ素
子が装着される中で、回転センサ、特にギヤセンサとし
ては、これまで、簡易で温度特性が良い点から、電磁ピ
ックアップ（インダクタンス型）が用いられてきた。し
かしながら、最近自動車用回転センサに要求される性質
として、非常に低速（Ｏｋｍ／ｈ〜）から検出可能であ
ることが挙げられる。この点から、前述した電磁ピック
アップは、元来、低速度（０〜５０ＲＰＭ）の検出が不
可能であること及び、小型化が困難な点から、実用化さ
れているものの、必ずしも、現在の要求と合致してはい
ない。
子が装着される中で、回転センサ、特にギヤセンサとし
ては、これまで、簡易で温度特性が良い点から、電磁ピ
ックアップ（インダクタンス型）が用いられてきた。し
かしながら、最近自動車用回転センサに要求される性質
として、非常に低速（Ｏｋｍ／ｈ〜）から検出可能であ
ることが挙げられる。この点から、前述した電磁ピック
アップは、元来、低速度（０〜５０ＲＰＭ）の検出が不
可能であること及び、小型化が困難な点から、実用化さ
れているものの、必ずしも、現在の要求と合致してはい
ない。
一方、ホール素子（ホールＩＣ）、強磁性薄膜磁気抵抗
素子、半導体磁気抵抗素子は、いずれも、前述した低速
からの検出が可能である。これらの素子には、各々、一
長一短があるが、自動車用回転センサとして捕える際、
決め手となるのは、（１）できるだけ、自動車に元々設
けである部品（歯付きロータ等）から直接検出可能であ
ること。
素子、半導体磁気抵抗素子は、いずれも、前述した低速
からの検出が可能である。これらの素子には、各々、一
長一短があるが、自動車用回転センサとして捕える際、
決め手となるのは、（１）できるだけ、自動車に元々設
けである部品（歯付きロータ等）から直接検出可能であ
ること。
（２）素子の動作温度範囲が一５０〜＋１６０°Ｃを満
足すること。
足すること。
０２点が考えられる。
（１）に対して、具体的に要求されるのは、例えば、歯
付きロータと素子の間の距離（以降、ギャップと呼ぶ）
の許容度が大きいことで、この為には、ギャップを拡げ
ることに伴う出力の落ちが小さいことが望まれる。この
点で考えれば、ホール素子。
付きロータと素子の間の距離（以降、ギャップと呼ぶ）
の許容度が大きいことで、この為には、ギャップを拡げ
ることに伴う出力の落ちが小さいことが望まれる。この
点で考えれば、ホール素子。
ホールＩＣ，強磁性薄膜磁気抵抗素子は、出力が小さく
、ギャップが小さい為に、ギヤセンサとしては使いにく
く、一方、半導体磁気抵抗素子は、元々、出力が大きく
、ギャップの許容度も大きく、また、現状の電磁ピック
アップと同じ様な検出方法を用いる為、代替も容易であ
る為、ギヤセンサに適しているものと考えられる。
、ギャップが小さい為に、ギヤセンサとしては使いにく
く、一方、半導体磁気抵抗素子は、元々、出力が大きく
、ギャップの許容度も大きく、また、現状の電磁ピック
アップと同じ様な検出方法を用いる為、代替も容易であ
る為、ギヤセンサに適しているものと考えられる。
反面（２）の温度特性に関して、現状で、これを満足す
るものは、わずかに、Ｇａ１ｇホールＩＣのみである。
るものは、わずかに、Ｇａ１ｇホールＩＣのみである。
しかし、このＧａＡｓホールＩＣは、前述した通り、ギ
ャップが小さくなければならず、自動車用ギヤセンサと
しては、必ずしも適当でない。
ャップが小さくなければならず、自動車用ギヤセンサと
しては、必ずしも適当でない。
これ等の点を総合すると、結局、自動車用ギヤセンサと
しては、耐温度性を改良することを前提とすれば、半導
体磁気抵抗素子が、最も適当な素子と言える。この半導
体磁気抵抗素子の特性は、衆知の通り、素材の移動度で
決まる。即ち、低磁界での出力は、移動度の自乗に比例
し、高磁界での出力は、移動度に比例する。
しては、耐温度性を改良することを前提とすれば、半導
体磁気抵抗素子が、最も適当な素子と言える。この半導
体磁気抵抗素子の特性は、衆知の通り、素材の移動度で
決まる。即ち、低磁界での出力は、移動度の自乗に比例
し、高磁界での出力は、移動度に比例する。
従って、半導体磁気抵抗素子の材料としては、半導体中
、移動度が最大であるＩｎＳｂが多用されている。一方
、衆知の通り、ＩｎＳｂの禁制帯幅は、０．１７ ｅＶ
と狭く、室温でも、真性伝導を示し、素材の抵抗温度係
数は、−２％／ｄｅｇ、 と大きい。
、移動度が最大であるＩｎＳｂが多用されている。一方
、衆知の通り、ＩｎＳｂの禁制帯幅は、０．１７ ｅＶ
と狭く、室温でも、真性伝導を示し、素材の抵抗温度係
数は、−２％／ｄｅｇ、 と大きい。
この為、通常、磁気抵抗素子を直列に２個接続し、差動
的に用いることが、一般的で、この際の出力の温度係数
は、−〇、２％／ｄｏｇ、 で、この値は、ＧａＡｓ
ホールＩ Ｃ＋７）出力の温度係数−ｏ、１％／ｄｏｇ
。
的に用いることが、一般的で、この際の出力の温度係数
は、−〇、２％／ｄｏｇ、 で、この値は、ＧａＡｓ
ホールＩ Ｃ＋７）出力の温度係数−ｏ、１％／ｄｏｇ
。
と比して、大きな遜色はない。
つまり、ＩｎＳｂ磁気抵抗素子を、差動的に用いれば、
室温〜＋１５０°Ｃ間の出力の落ちは、高々、２０〜３
０％の落ちに過ぎず、デジタル的に用いるのであれば、
問題とならない。
室温〜＋１５０°Ｃ間の出力の落ちは、高々、２０〜３
０％の落ちに過ぎず、デジタル的に用いるのであれば、
問題とならない。
ところで、現在、市販されているＩｎＳｂ磁気抵抗素子
は、大半が、バルク型を用いており、薄膜型を用いてい
る所は、極めて少ない。この最も大きな理由は、前述し
た様に、半導体磁気抵抗素子の出力は、移動度が大きい
程、大きいという点（通常、半導体磁気抵抗素子として
必要な移動度は、２００ｏＯｖ／Ｃｄ以上）である。即
ち、バルク単結晶、多結晶は、薄膜型非エピタキシャル
なものより、常に移動度が大きい為である。しかし、前
述した、−６０〜＋１５０’Ｃの温度範囲を考えた場合
、少し様相が異なる。
は、大半が、バルク型を用いており、薄膜型を用いてい
る所は、極めて少ない。この最も大きな理由は、前述し
た様に、半導体磁気抵抗素子の出力は、移動度が大きい
程、大きいという点（通常、半導体磁気抵抗素子として
必要な移動度は、２００ｏＯｖ／Ｃｄ以上）である。即
ち、バルク単結晶、多結晶は、薄膜型非エピタキシャル
なものより、常に移動度が大きい為である。しかし、前
述した、−６０〜＋１５０’Ｃの温度範囲を考えた場合
、少し様相が異なる。
通常、ＩｎＳｂ磁気抵抗素子の動作温度範囲は、−２０
〜＋８０°Ｃ程度で、これは、アナログ的な出力を得る
為の動作限界である点および、高温になるのに伴ない、
抵抗が下がり、従って、動作電力が大きくなることに伴
なう自己発熱の増加に依る素子破断を含む劣化に起因す
る。
〜＋８０°Ｃ程度で、これは、アナログ的な出力を得る
為の動作限界である点および、高温になるのに伴ない、
抵抗が下がり、従って、動作電力が大きくなることに伴
なう自己発熱の増加に依る素子破断を含む劣化に起因す
る。
通常ＩｎＳｂでは、その移動度は、低温域で、不純物散
乱高温域で、有極性光学散乱に依って支配され、それら
各々の依存する領域の境界に、移動度のピーク値を取る
。ピーク値から高温側では、はぼ移動度は、温度の−１
，７乗に沿って変化する。
乱高温域で、有極性光学散乱に依って支配され、それら
各々の依存する領域の境界に、移動度のピーク値を取る
。ピーク値から高温側では、はぼ移動度は、温度の−１
，７乗に沿って変化する。
バルク単結晶等では、移動度は、極低温側（７０に付近
）で、急峻なピークを持つのに対し、薄膜型での移動度
のピークは、高温側にシフトし、室温付近で幾分ブロー
ドなピークを持つ。従って、高温用途に対しては、薄膜
型の方が好ましく、加えて、薄膜型の方が、高抵抗化が
容易で、この為、素子の低消費電力化、小型化が可能な
為、有利である。これら薄膜型の利点があるにも関わら
ず、それ程、これが普及していない点および、高温用途
で用いられていない原因としては、以下の事柄が考えら
れる。
）で、急峻なピークを持つのに対し、薄膜型での移動度
のピークは、高温側にシフトし、室温付近で幾分ブロー
ドなピークを持つ。従って、高温用途に対しては、薄膜
型の方が好ましく、加えて、薄膜型の方が、高抵抗化が
容易で、この為、素子の低消費電力化、小型化が可能な
為、有利である。これら薄膜型の利点があるにも関わら
ず、それ程、これが普及していない点および、高温用途
で用いられていない原因としては、以下の事柄が考えら
れる。
まず、第１点として、薄膜型非エピタキシャルなもので
、移動度を向上することにおける本質的な難しさ。（エ
ビタキンヤルでは、ＣｄＴｅ、 ＰｂＴｅ基板等を用い
れば、可能と考えられるが、基板コストが、極めて高い
） しかし、これに対しては、東洋通信機技報、應４０（１
９８７）で、線中等が述べている通り、へき開マイカ基
板を用いた場合、単結８並みの移動度が得られることが
、明らかになっている。反面、この方法では、高温用途
で用いることは困難である。それは、ＩｎＳｂとマイカ
基板の密着性が悪い為、このＩｎＳｂを別の支持基板上
に、エポキシ等の接着層を介して転写するプロセスを用
いている点である。こうしたプロセスを用いる為、どう
しても、でき上った素子においては、高温時に、接着層
とＩｎＳｂ薄膜間の熱膨張係数の相異が大きく、Ｉ ｎ
ｓｂ薄膜に亀裂が生じる等、特に、前述した一５ｏ〜＋
１６０°Ｃの温度範囲において、実用に耐え得る信頼性
を有していなかった。
、移動度を向上することにおける本質的な難しさ。（エ
ビタキンヤルでは、ＣｄＴｅ、 ＰｂＴｅ基板等を用い
れば、可能と考えられるが、基板コストが、極めて高い
） しかし、これに対しては、東洋通信機技報、應４０（１
９８７）で、線中等が述べている通り、へき開マイカ基
板を用いた場合、単結８並みの移動度が得られることが
、明らかになっている。反面、この方法では、高温用途
で用いることは困難である。それは、ＩｎＳｂとマイカ
基板の密着性が悪い為、このＩｎＳｂを別の支持基板上
に、エポキシ等の接着層を介して転写するプロセスを用
いている点である。こうしたプロセスを用いる為、どう
しても、でき上った素子においては、高温時に、接着層
とＩｎＳｂ薄膜間の熱膨張係数の相異が大きく、Ｉ ｎ
ｓｂ薄膜に亀裂が生じる等、特に、前述した一５ｏ〜＋
１６０°Ｃの温度範囲において、実用に耐え得る信頼性
を有していなかった。
発明が解決しようとする課題
上述した様に、ギヤセンサとしては、ＩｎＳｂ磁気抵抗
素子が、最も適切であり、且つ、自動車用等、高温用途
においては、バルク型よりも薄膜型の方が好ましいが、
一方で、薄膜型において、移動度を向上させる目的で用
いられるマイカ基板とＩｎＳｂの密着性が悪いことに依
る転写プロセスの適用は、高温時、或いは、低温〜高温
の温度サイクル時に、ＩｎＳｂ薄膜と、接着層（エポキ
シ等）の間の熱膨張係数の違いに伴なうＩｎＳｂへの亀
裂の発生を招き、自動車用等の高温用途に供する為の十
分な信頼性を有していなかった。かかる点から本発明は
、自動車用ギヤセンサ等、特に、高温用途においても、
十分な信頼性を有する半導体薄膜磁気抵抗素子の製造方
法を提供することを主たる目的とするものである。
素子が、最も適切であり、且つ、自動車用等、高温用途
においては、バルク型よりも薄膜型の方が好ましいが、
一方で、薄膜型において、移動度を向上させる目的で用
いられるマイカ基板とＩｎＳｂの密着性が悪いことに依
る転写プロセスの適用は、高温時、或いは、低温〜高温
の温度サイクル時に、ＩｎＳｂ薄膜と、接着層（エポキ
シ等）の間の熱膨張係数の違いに伴なうＩｎＳｂへの亀
裂の発生を招き、自動車用等の高温用途に供する為の十
分な信頼性を有していなかった。かかる点から本発明は
、自動車用ギヤセンサ等、特に、高温用途においても、
十分な信頼性を有する半導体薄膜磁気抵抗素子の製造方
法を提供することを主たる目的とするものである。
課題を解決するための手段
本発明は、上記課題を解決する為に、絶縁物もしくは半
導体よりなる基板、或いは、表面絶縁化基板を用い、こ
の上に、アルカリ土類弗化物、特に、ＣａＦ２． Ｓｒ
Ｆ２． ＢＩＬＦ２（７）中より選ばれたもの（混晶を
含む）よりなる材料層を形成した後、高移動度半導体材
料薄膜、特に、ＩｎＳｂよりなる薄膜を形成するもので
ある。
導体よりなる基板、或いは、表面絶縁化基板を用い、こ
の上に、アルカリ土類弗化物、特に、ＣａＦ２． Ｓｒ
Ｆ２． ＢＩＬＦ２（７）中より選ばれたもの（混晶を
含む）よりなる材料層を形成した後、高移動度半導体材
料薄膜、特に、ＩｎＳｂよりなる薄膜を形成するもので
ある。
作用
上述した構成において、アルカリ土類金属弗化物よりな
る材料層、特にＢａＦ、、はＩｎＳｂと格子定数が近く
、下地基板材料との格子定数等の適合性に応じ、ＣａＦ
、ＳｒＦ２等も適宜混合した混晶等も用いることに依り
、これらＢａＦ２． ＣａＦ２． ＳｒＦ、、等は、下
地基板上に特定方位をもって配向し、ＩｎＳｂ薄膜の良
好な核形成材となり、かつ密着性も良好である。
る材料層、特にＢａＦ、、はＩｎＳｂと格子定数が近く
、下地基板材料との格子定数等の適合性に応じ、ＣａＦ
、ＳｒＦ２等も適宜混合した混晶等も用いることに依り
、これらＢａＦ２． ＣａＦ２． ＳｒＦ、、等は、下
地基板上に特定方位をもって配向し、ＩｎＳｂ薄膜の良
好な核形成材となり、かつ密着性も良好である。
以上の点から、上述した構成に依り、高温における安定
性と、高移動度を有する半導体薄膜磁気抵抗素子を構成
できる。
性と、高移動度を有する半導体薄膜磁気抵抗素子を構成
できる。
実施例
（実施例１）
第１図に、本発明の半導体薄膜磁気抵抗素子の製造方法
の基本構成を示す。本実施例では、基板１としてＣＧＷ
＃７０５９ （−ｙ−ニング社製）を用いた。（ＣＧＷ
ｇｙｏ６９の線膨張係数は、４．６Ｘ１０ （Ｋ
）） この基板１を洗浄後、直ちに真空蒸着装置内に
導入し、真空度をｌＸ１０’Ｔｏｒｒ以下にした後、８
００〜９００℃で基板１の表面を１０分間加熱もしくは
、Ａｒ、Ｈ２等のガスプラズマもしくは、イオンビーム
に依り、基板１の表面をスパッタリング効果でたたき、
いずれにしても、基板表面の清浄化を行った後、基板温
度６００〜７ｏｏ℃、真空度１０ ’ｏｒｄｅｒ（Ｔｏ
ｒｒ）以下において、第１図（ｂｌに示す様に、アルカ
リ土類金属弗化物よりなる材料層２、本実施例では、Ｂ
ａＦ２よりなる材料層２を抵抗加熱方式でＢａＦ２イン
ゴットを蒸発させることにより、基板１上に形成する。
の基本構成を示す。本実施例では、基板１としてＣＧＷ
＃７０５９ （−ｙ−ニング社製）を用いた。（ＣＧＷ
ｇｙｏ６９の線膨張係数は、４．６Ｘ１０ （Ｋ
）） この基板１を洗浄後、直ちに真空蒸着装置内に
導入し、真空度をｌＸ１０’Ｔｏｒｒ以下にした後、８
００〜９００℃で基板１の表面を１０分間加熱もしくは
、Ａｒ、Ｈ２等のガスプラズマもしくは、イオンビーム
に依り、基板１の表面をスパッタリング効果でたたき、
いずれにしても、基板表面の清浄化を行った後、基板温
度６００〜７ｏｏ℃、真空度１０ ’ｏｒｄｅｒ（Ｔｏ
ｒｒ）以下において、第１図（ｂｌに示す様に、アルカ
リ土類金属弗化物よりなる材料層２、本実施例では、Ｂ
ａＦ２よりなる材料層２を抵抗加熱方式でＢａＦ２イン
ゴットを蒸発させることにより、基板１上に形成する。
これら一連の工程において、ＢａＦ２でなる材料層２の
基板温度は、６００〜７００°Ｃの範囲では、高い程、
その結晶性は、改善され、また、圧力が低い程、結晶性
は、良好となる。また、本実施例で、ＢａＦ ２よりな
る材料層２をＢａＦ２インゴットの抵抗加熱に依り、形
成した理由として、他に、電子ビーム等で形成した場合
、ＢａＦ ２の一部が構成元素に分解し、ＢａＦ２でな
る材料層２でストイキオメトリ−からのずれが生じるの
に対し、抵抗加熱では、良好なストイキオメトリ−性を
保てることにある。
基板温度は、６００〜７００°Ｃの範囲では、高い程、
その結晶性は、改善され、また、圧力が低い程、結晶性
は、良好となる。また、本実施例で、ＢａＦ ２よりな
る材料層２をＢａＦ２インゴットの抵抗加熱に依り、形
成した理由として、他に、電子ビーム等で形成した場合
、ＢａＦ ２の一部が構成元素に分解し、ＢａＦ２でな
る材料層２でストイキオメトリ−からのずれが生じるの
に対し、抵抗加熱では、良好なストイキオメトリ−性を
保てることにある。
以上の工程を経て、得られるＢａＦ ２よりなる材料層
２は、鋭く（１１１）方向に配向する。
２は、鋭く（１１１）方向に配向する。
この後、第１図（Ｃ）に示す様に、ＩｎＳｂ薄膜３を形
成する。このＩｎＳｂ薄膜３は、基板温度４００〜５０
００Ｃ１真空度１０ ’０ｒｄｅｒ（ＴＯｒｒ） で
、Ｉｎ、 Ｓｂを各々、個別ソースとしてソース温度を
個別に制御して成膜を行う三温度法に依って行った。こ
れに依って得られたＩｎＳｂ薄膜３の結晶性は、基板温
度４００〜５００″Ｃにおいては、温度が高い程、また
、初期核生成に影響を与える初期成膜速度が遅い程、そ
して、その後の成膜速度を速くする程、向−ヒした。こ
の成膜速度の高速化は、通常の結晶成長における様に、
成膜速度を遅くする場合と異なる。それは、通常の薄膜
の結晶成長では、１ ｏ−８Ｔｏｒｒ以下の高真空を用
いる為、成長面へのガス吸着を考えなくても良いのに対
して、本実施例の成膜時真空度１ｏ ’ｏｒｄｅｒ（Ｔ
ｏｒｒ）では、例えば、酸素ガスの吸着は、はんの数秒
で生じる為、膜の純度を上げることの為に必要とされる
。
成する。このＩｎＳｂ薄膜３は、基板温度４００〜５０
００Ｃ１真空度１０ ’０ｒｄｅｒ（ＴＯｒｒ） で
、Ｉｎ、 Ｓｂを各々、個別ソースとしてソース温度を
個別に制御して成膜を行う三温度法に依って行った。こ
れに依って得られたＩｎＳｂ薄膜３の結晶性は、基板温
度４００〜５００″Ｃにおいては、温度が高い程、また
、初期核生成に影響を与える初期成膜速度が遅い程、そ
して、その後の成膜速度を速くする程、向−ヒした。こ
の成膜速度の高速化は、通常の結晶成長における様に、
成膜速度を遅くする場合と異なる。それは、通常の薄膜
の結晶成長では、１ ｏ−８Ｔｏｒｒ以下の高真空を用
いる為、成長面へのガス吸着を考えなくても良いのに対
して、本実施例の成膜時真空度１ｏ ’ｏｒｄｅｒ（Ｔ
ｏｒｒ）では、例えば、酸素ガスの吸着は、はんの数秒
で生じる為、膜の純度を上げることの為に必要とされる
。
この様にして成膜を行うことに依り、ＩｎＳｂ薄膜３の
厚さ１μｍ程度で、十分膜面方向（横方向）にグレイン
サイズが大きく、室温での移動度が、ａｏｏｏｏＶ／ｄ
程度のものが得られた。
厚さ１μｍ程度で、十分膜面方向（横方向）にグレイン
サイズが大きく、室温での移動度が、ａｏｏｏｏＶ／ｄ
程度のものが得られた。
これに対して、第１図（ｋｌ）に示すＢａＦ２よりなる
材料層２を形成せず、基板１上にＩｎＳｂ薄膜３を前述
したと同様の条件にて成膜したものでは、グレインサイ
ズは、高々膜厚程度のオーダーに過ぎず、ＩｎＳｂ薄膜
３の厚さ１μｍ程度で、室温における移動度は、高々、
１００ｏＯｖ／ｃ−程度に過ぎなかった。
材料層２を形成せず、基板１上にＩｎＳｂ薄膜３を前述
したと同様の条件にて成膜したものでは、グレインサイ
ズは、高々膜厚程度のオーダーに過ぎず、ＩｎＳｂ薄膜
３の厚さ１μｍ程度で、室温における移動度は、高々、
１００ｏＯｖ／ｃ−程度に過ぎなかった。
これら、ＢａＦ２よりなる材料層２の有無に依る移動度
の相異は、結局、ＩｎＳｂ薄膜３の格子定数（ｏ、ｅ＋
ｓｎｍ ）と、ＢａＦ ２層２の格子定数（０，６２
ｎｍ）は、比較的接近しており、また、ＩｎＳｂは立方
晶ＺｎＳ 形、ＢａＦ２は蛍石形で、結晶構造が似通
っている点、加えて、Ｂａ７２層２の配向面に沿って、
ＩｎＳｂ薄膜３が成長し、即ち、Ｂａ７２層２がＩｎＳ
ｂ薄膜３の核形成材としての役割りを果しているのに対
し、ＢＩＬ７２層２がない場合は、均質核生成が行われ
にくく、ＩｎＳｂ薄膜３を構成する粒子の成長方向がラ
ンダムになり、従って、グレインサイズが高々膜厚方向
オーダーの多結晶膜となり、移動度は、グレインバウン
ダリーでの散乱を受け、これに依る規制を受ける。また
、本実施例に示す様にＣＧＷ＃７０５９ガラス（線膨張
係数４．６Ｘ１０ （Ｋ ））基板１は、ＩｎＳｂ
薄膜３の線膨張係数（５，０４Ｘ１０ ’（Ｋ ’））
より小さく、ＩｎＳｂ薄膜３へ、引張り応力が入る。
の相異は、結局、ＩｎＳｂ薄膜３の格子定数（ｏ、ｅ＋
ｓｎｍ ）と、ＢａＦ ２層２の格子定数（０，６２
ｎｍ）は、比較的接近しており、また、ＩｎＳｂは立方
晶ＺｎＳ 形、ＢａＦ２は蛍石形で、結晶構造が似通
っている点、加えて、Ｂａ７２層２の配向面に沿って、
ＩｎＳｂ薄膜３が成長し、即ち、Ｂａ７２層２がＩｎＳ
ｂ薄膜３の核形成材としての役割りを果しているのに対
し、ＢＩＬ７２層２がない場合は、均質核生成が行われ
にくく、ＩｎＳｂ薄膜３を構成する粒子の成長方向がラ
ンダムになり、従って、グレインサイズが高々膜厚方向
オーダーの多結晶膜となり、移動度は、グレインバウン
ダリーでの散乱を受け、これに依る規制を受ける。また
、本実施例に示す様にＣＧＷ＃７０５９ガラス（線膨張
係数４．６Ｘ１０ （Ｋ ））基板１は、ＩｎＳｂ
薄膜３の線膨張係数（５，０４Ｘ１０ ’（Ｋ ’））
より小さく、ＩｎＳｂ薄膜３へ、引張り応力が入る。
衆知の通り、移動度は、引張り応力時の方が、良好な結
果が得られる。こうした点で、基板１として、他に、石
英基板（５，４Ｘ１０ （Ｋ ））。
果が得られる。こうした点で、基板１として、他に、石
英基板（５，４Ｘ１０ （Ｋ ））。
ＣＧＷ＃７７４０（３，２５Ｘ１０ （Ｋ ）
）。
）。
ＣＧＷ＄７９ｏｏ（ａ×１ｏ （Ｋ ））等を用い
ても、移動度の大きいＩｎＳｂ薄膜３を得ることができ
る。まだ、本実施例における基板１ＢａＦ２層２、Ｉｎ
５ｂ薄膜３の各々の眉間における密着性は、いずれも良
好であり、−６０〜＋１６０°Ｃ間の温度サイクルを繰
り返しても、剥離は生じなかった。
ても、移動度の大きいＩｎＳｂ薄膜３を得ることができ
る。まだ、本実施例における基板１ＢａＦ２層２、Ｉｎ
５ｂ薄膜３の各々の眉間における密着性は、いずれも良
好であり、−６０〜＋１６０°Ｃ間の温度サイクルを繰
り返しても、剥離は生じなかった。
（実施例２）
本実施例では、基板として、（１１１）Ｓｉウェハーを
用いるものとする。第２図（ａ）に示す様に、（１１１
）Ｓｉウェハー４を洗浄し、その上に、同図（ｂ）に示
す様に酸化膜５ｉｎ２ｔｓを、熱酸化法に依り形成し、
この後、真空蒸着装置内に導入し、実施例１と同様の作
成条件に依り、アルカリ土類金属弗化物、特にＢａＦ２
でなる材料層６、ＩｎＳｂ薄膜７を順次積層形成しても
、実施例１と同様、移動度が大きく、層間の密着性が良
好ガものを得ることができる。一方、（１１１）Ｓ１ウ
エハー４上に、酸化膜５ｉｎ２５を形成せずに、直接ア
ルカリ土類金属弗化物６を、直接、（１１１）Ｓｉウェ
ハー４上に形成し、その上に、ＩｎＳｂ薄膜７を形成す
ることも可能である。この場合に留意を要するのは、ア
ルカリ土類金属弗化物６を形成する際の真空度（Ｉ Ｘ
１ｏ８Ｔｏｒｒ 以下）と、形成前（１１１）Ｓｉ基
板の清浄化処理および、アルカリ土類金属弗化物６の選
択である。（１１１）Ｓｉウェハー４上に直接、アルカ
リ土類金属弗化物６を形成する際は、格子定数として、
ＣａＦ ２が、０．５４８ ｎｍ 、 ＳｒＦ２が、０
．５８０ ｎｍ 、 ＢａＦ２が０．６２０ ｎｍ 、
Ｓｉが０．５４３ ｎｍ 、 ＩｎＳｂが、０．６４
８ ｎｍの関係よ抄、アルカリ土類金属弗化物６の形成
初期には、（１１１）Ｓｉウェハー４に格子定数の近い
ＣａＦ２を形成し、次いで、徐々に（ｌｊａＦ２にＳｒ
Ｆ ２を混ぜた混晶組成をＳｒＦ２！Ｊッチにし、次い
で徐々にＳｒＦ２にＢａＦ ２を混ぜた混晶組成を、Ｂ
ＩＬＦ２！Ｊッチにし、最終的にＩｎ８ｂ薄膜７と接す
る界面は、ＢａＦ ２にすることで、（１１１）面に配
向した、ＩｎＳｂエピタキシャル成長膜を得ることも可
能である。この場合も、各層間の密着性は、良好である
。
用いるものとする。第２図（ａ）に示す様に、（１１１
）Ｓｉウェハー４を洗浄し、その上に、同図（ｂ）に示
す様に酸化膜５ｉｎ２ｔｓを、熱酸化法に依り形成し、
この後、真空蒸着装置内に導入し、実施例１と同様の作
成条件に依り、アルカリ土類金属弗化物、特にＢａＦ２
でなる材料層６、ＩｎＳｂ薄膜７を順次積層形成しても
、実施例１と同様、移動度が大きく、層間の密着性が良
好ガものを得ることができる。一方、（１１１）Ｓ１ウ
エハー４上に、酸化膜５ｉｎ２５を形成せずに、直接ア
ルカリ土類金属弗化物６を、直接、（１１１）Ｓｉウェ
ハー４上に形成し、その上に、ＩｎＳｂ薄膜７を形成す
ることも可能である。この場合に留意を要するのは、ア
ルカリ土類金属弗化物６を形成する際の真空度（Ｉ Ｘ
１ｏ８Ｔｏｒｒ 以下）と、形成前（１１１）Ｓｉ基
板の清浄化処理および、アルカリ土類金属弗化物６の選
択である。（１１１）Ｓｉウェハー４上に直接、アルカ
リ土類金属弗化物６を形成する際は、格子定数として、
ＣａＦ ２が、０．５４８ ｎｍ 、 ＳｒＦ２が、０
．５８０ ｎｍ 、 ＢａＦ２が０．６２０ ｎｍ 、
Ｓｉが０．５４３ ｎｍ 、 ＩｎＳｂが、０．６４
８ ｎｍの関係よ抄、アルカリ土類金属弗化物６の形成
初期には、（１１１）Ｓｉウェハー４に格子定数の近い
ＣａＦ２を形成し、次いで、徐々に（ｌｊａＦ２にＳｒ
Ｆ ２を混ぜた混晶組成をＳｒＦ２！Ｊッチにし、次い
で徐々にＳｒＦ２にＢａＦ ２を混ぜた混晶組成を、Ｂ
ＩＬＦ２！Ｊッチにし、最終的にＩｎ８ｂ薄膜７と接す
る界面は、ＢａＦ ２にすることで、（１１１）面に配
向した、ＩｎＳｂエピタキシャル成長膜を得ることも可
能である。この場合も、各層間の密着性は、良好である
。
以上述べた実施例１．２では、高移動度半導体材料薄膜
として、ＩｎＳｂを用いたが、この他に、ＩｎＡｓ （
格子定数ｏ、ｓｏａｎｍ）、 ＩｎＧａＳｂ （格子
定数ＩｎＳｂ ： ｏ、ｅ ４８ ｎｍ 〜Ｇａｒｂ
： ｏ、６１ｏｎｍ）もＣａＦ２． ＳｒＦ２． Ｂａ
Ｆ２ でなる適当な混晶を用い、格子定数を合わせて
、成膜すれば、良好な結晶性が得られ、従って移動度が
大きく、また、層間密着性も良好なものが得られる。
として、ＩｎＳｂを用いたが、この他に、ＩｎＡｓ （
格子定数ｏ、ｓｏａｎｍ）、 ＩｎＧａＳｂ （格子
定数ＩｎＳｂ ： ｏ、ｅ ４８ ｎｍ 〜Ｇａｒｂ
： ｏ、６１ｏｎｍ）もＣａＦ２． ＳｒＦ２． Ｂａ
Ｆ２ でなる適当な混晶を用い、格子定数を合わせて
、成膜すれば、良好な結晶性が得られ、従って移動度が
大きく、また、層間密着性も良好なものが得られる。
また、第３図に示す様に実施例１．２のいずれの方法に
依って形成されたＩｎＳｂ薄膜Ｂ上に、Ｃｕ／Ｔｌ二層
、Ｃｕ−層、Ａｇ−層１人ｌ−層等、電極９を形成し、
短絡電極１０のパターン形成を行った後、素子間を分離
する為のフォトレジストパターン１１を形成し、ウェッ
ト方式では、ＨＦ。
依って形成されたＩｎＳｂ薄膜Ｂ上に、Ｃｕ／Ｔｌ二層
、Ｃｕ−層、Ａｇ−層１人ｌ−層等、電極９を形成し、
短絡電極１０のパターン形成を行った後、素子間を分離
する為のフォトレジストパターン１１を形成し、ウェッ
ト方式では、ＨＦ。
ＨＮＯ３の混合液等、ドライ方式では、ＣＦ４と０２の
混合ガス等で、ＩｎＳｂ薄膜８をエツチング除去する。
混合ガス等で、ＩｎＳｂ薄膜８をエツチング除去する。
この際、アルカリ土類金属弗化物１２は、これらｅｔｃ
ｈａｎｔには侵食されず、良好なエツチング防止材とな
る。この後、吸湿防止等の観点から５ｉＯＮ膜等のパッ
シベーション膜を施し、素子が完成する。こうして完成
した素子において、６０〜＋１５０°Ｃの温度サイクル
、耐湿試験等を繰り返したが、従来生じた様な素子劣化
は生じず、極めて高い信頼性を有することが、確認され
た。
ｈａｎｔには侵食されず、良好なエツチング防止材とな
る。この後、吸湿防止等の観点から５ｉＯＮ膜等のパッ
シベーション膜を施し、素子が完成する。こうして完成
した素子において、６０〜＋１５０°Ｃの温度サイクル
、耐湿試験等を繰り返したが、従来生じた様な素子劣化
は生じず、極めて高い信頼性を有することが、確認され
た。
発明の効果
以上述べてきた様に、本発明は、絶縁物もしくは、半導
体よりなる基板或いは、表面絶縁化基板上に、アルカリ
土類金属弗化物よりなる材料層を形成するし、この材料
層−ヒに、高移動度半導体材料薄膜を形成するものであ
るので、アルカリ土類金属弗化物の配向性を利用し、こ
れを核形成材として、高移動度半導体材料薄膜の結晶性
を改善し、移動度が向上すると共に、層間の密着性も良
好で、これに依り、従来生じていた様な、膜亀裂等に依
る特性劣化は生じず、−６０〜＋１６０°Ｃの温度範囲
で十分な信頼性を有する半導体薄膜磁気抵抗素子となる
。
体よりなる基板或いは、表面絶縁化基板上に、アルカリ
土類金属弗化物よりなる材料層を形成するし、この材料
層−ヒに、高移動度半導体材料薄膜を形成するものであ
るので、アルカリ土類金属弗化物の配向性を利用し、こ
れを核形成材として、高移動度半導体材料薄膜の結晶性
を改善し、移動度が向上すると共に、層間の密着性も良
好で、これに依り、従来生じていた様な、膜亀裂等に依
る特性劣化は生じず、−６０〜＋１６０°Ｃの温度範囲
で十分な信頼性を有する半導体薄膜磁気抵抗素子となる
。
第１図（＆）〜（０）は、本発明の半導体薄膜磁気抵抗
素子の製造方法の基本例を示す断面図、第２図（ａ３〜
（（１３は、本発明の一実施例の断面図、第３図（＆）
〜（（ｉｌは本発明の他の実施例の斜視図である。 １．４．１３・・・・・・基＆、２，６．１２・・・・
・・アルカリ土類金属弗化物よりなる材料層、３，７．
８・・・・・高移動度半導体材料薄膜（ＩｎＳｂ）。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第 図
素子の製造方法の基本例を示す断面図、第２図（ａ３〜
（（１３は、本発明の一実施例の断面図、第３図（＆）
〜（（ｉｌは本発明の他の実施例の斜視図である。 １．４．１３・・・・・・基＆、２，６．１２・・・・
・・アルカリ土類金属弗化物よりなる材料層、３，７．
８・・・・・高移動度半導体材料薄膜（ＩｎＳｂ）。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第 図
Claims (6)
- （１）絶縁物もしくは、半導体よりなる基板、或いは、
表面絶縁化基板上に、アルカリ土類金属弗化物よりなる
材料層を形成し、この材料層上に、高移動度半導体材料
薄膜を形成した半導体薄膜磁気抵抗素子。 - （２）アルカリ土類金属弗化物よりなる材料層が、Ｂａ
Ｆ＿２、ＳｒＦ＿２、ＣａＦ＿２の中より選ばれたもの
（混晶を含む）よりなる材料層で、高移動度半導体材料
薄膜が、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＳｂのいずれか
よりなる薄膜である特許請求の範囲第１項に記載の半導
体薄膜磁気抵抗素子。 - （３）アルカリ土類金属弗化物よりなる材料層が、Ｂａ
Ｆ＿２、ＳｒＦ＿２、ＣａＦ＿２の中より選ばれたもの
（混晶を含む）よりなる材料層で、高移動度半導体材料
薄膜が、ＩｎＳｂよりなる薄膜である特許請求の範囲第
１項に記載の半導体薄膜磁気抵抗素子。 - （４）絶縁物もしくは、半導体よりなる基板、或いは、
表面絶縁化基板上に、アルカリ土類金属弗化物よりなる
材料層を形成する工程と、この材料層上に、高移動度半
導体材料薄膜を形成する工程を有する半導体薄膜磁気抵
抗素子の製造方法。 - （５）アルカリ土類金属弗化物よりなる材料層が、Ｂａ
Ｆ＿２、ＳｒＦ＿２、ＣａＦ＿２の中より選ばれたもの
（混晶を含む）よりなる材料層で、高移動度半導体材料
薄膜が、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＳｂのいずれか
よりなる薄膜である特許請求の範囲第４項に記載の半導
体薄膜磁気抵抗素子の製造方法。 - （６）アルカリ土類金属弗化物よりなる材料層が、Ｂａ
Ｆ＿２、ＳｒＦ＿２、ＣａＦ＿２の中より選ばれたもの
（混晶を含む）よりなる材料層で、該高移動度半導体材
料薄膜が、ＩｎＳｂよりなる薄膜である特許請求の範囲
第４項に記載の半導体薄膜磁気抵抗素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63161718A JPH0210882A (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 半導体薄膜磁気抵抗素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63161718A JPH0210882A (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 半導体薄膜磁気抵抗素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0210882A true JPH0210882A (ja) | 1990-01-16 |
Family
ID=15740561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63161718A Pending JPH0210882A (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 半導体薄膜磁気抵抗素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0210882A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57196546A (en) * | 1981-05-27 | 1982-12-02 | Hiroshi Ishihara | Material for electronic element having multilayer structure of semiconductor and insulator |
| JPS58166781A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-01 | Pioneer Electronic Corp | 磁電変換素子 |
| JPS595620A (ja) * | 1982-07-02 | 1984-01-12 | Asahi Chem Ind Co Ltd | インジウム−ガリウム−アンチモン系化合物薄膜の製造方法 |
| JPS6299456A (ja) * | 1985-10-25 | 1987-05-08 | Hitachi Ltd | 金属フツ化物薄膜の形成方法 |
-
1988
- 1988-06-29 JP JP63161718A patent/JPH0210882A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57196546A (en) * | 1981-05-27 | 1982-12-02 | Hiroshi Ishihara | Material for electronic element having multilayer structure of semiconductor and insulator |
| JPS58166781A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-01 | Pioneer Electronic Corp | 磁電変換素子 |
| JPS595620A (ja) * | 1982-07-02 | 1984-01-12 | Asahi Chem Ind Co Ltd | インジウム−ガリウム−アンチモン系化合物薄膜の製造方法 |
| JPS6299456A (ja) * | 1985-10-25 | 1987-05-08 | Hitachi Ltd | 金属フツ化物薄膜の形成方法 |
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