JPH0228385A - 磁気検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気検出手段として基板上に薄膜の強磁性磁気
抵抗素子（以下、ｒＭＲ素子」という。）を形成した磁
気検出装置に関する。

〔従来の技術〕

磁気を検出する手段として、強磁性体を主成分としたＭ
Ｒ素子の薄膜を基板上に形成した磁気検出装置が提案さ
れている。

そのような磁気検出装置はＭＲ素子が磁気（磁界）を受
ける事によりその抵抗値が変化する事を利用して、その
磁気の変化を例えば電圧変化として出力するように構成
されている。

そして、上記のような磁気検出装置はその出力信号が非
常に小さい為に、第２図に示すように増幅回路や波形整
形回路等のＩＣ１００によりＭＲ素子Ｌｏｔからの信号
を増幅処理した状態で出力している。尚、第２図中１０
２はリード、１０３はモールドケースである。そして最
近ではＭＲ素子とそれらのＩＣとを集積化する要求が高
まっている。

第３図はそのようなＭＲ素子とＩＣとを一体的に形成し
た磁気検出装置の従来考えられる構造を表わす断面図で
ある。この磁気検出装置の製造工程を第５図を用いて説
明する。まずＰ型のＳｉウェハー１を用いて（ステップ
２００）、その表面を熱酸化して（ステップ２０１）所
定領域を開口する。その開口した領域よりＳｂ（アンチ
モン）またはＡｓ（ヒ素）を拡散することによりＮ°型
埋込層２を形成する（ステップ２０２）。ステップ２０
１により形成された熱酸化膜を除去した後エピタキシャ
ル成長を行い低不純物濃度のＮ−型エピタキシャルＮ３
を形成する（ステップ２０３）エピタキシャル層３の表
面を熱酸化した後（ステップ２０４）、アイソレーショ
ン領域となる部分を開口し、Ｂ（ボロン）を拡散したア
イソレーション領域４を形成する（ステップ２０５）。

そして、選択的にＳｉｎｇからなる絶縁膜を形成した後
Ｂを拡散してベース領域となるＰ゛型型数散層６形成し
くステップ２０７）、同様にＰを拡散してエミッタ領域
、およびコレクタ（エピタキシャル層３）とのコンタク
ト領域となるＮ′−拡散層７を形成する（ステップ２０
８）。絶縁膜を選択的に開口しコンタクト部を形成する
（ステップ２０９）。尚、絶縁ｒｆ！ｉ５はこの状態に
おけるものを示している。その後、Ａｌを蒸着し配線９
を形成しくステップ２１０）、熱処理を施しくステップ
２１１）コンタクトを取る。そうした上でＦｅ、Ｃ。

を含みＮｉを主成分とした強磁性体、即ちＮｉ／Ｃｏ膜
、あるいはＮ　ｉ　／　Ｆ　ｅ膜の薄膜がら成るＭＲ素
子１０を真空蒸着法にて２００〜２０００人程度蒸着し
、ホトエツチングを行い所定パターンを形成する（ステ
ップ２Ｉ２）。さらに、上述のようにして形成されるバ
イポーラＩＣ，ＭＲ素子を保護するための保護膜１１を
形成した（ステップ２１３）後、電極端子部分の保護膜
１１を除去し、開口部１２を形成して電極端子を形成す
る。

最後にＭＲ素子ＩＯ２保護膜１１形成により変動したト
ランジスタ特性の回復、ＭＲ素子１ｏの膜質改善等を行
うために熱処理を行う（ステップ２１５）。

上記の製造工程において、バイポーラＩＣのＮ＋拡散Ｎ
７を形成する工程（ステップ２０８）は、通常Ｐ　ＯＣ
ｌ　３ガスを用いた気相拡散にて行われるが、この時、
拡散源のＰが絶縁膜５内にも拡散してしまい、その表面
にはＰＳＧ膜８が形成されている。このＰＳＧ膜８はゲ
ッタリング等の作用があるので、通常のＩＣではそのま
ま残されるものであるが、上述のような磁気検出装置に
おいて、このＰＳＧ膜８上にＭＲ素子１０を形成した場
合、ガラス基板上やＳｉウェハーに何らバイポーラＩＣ
を形成することなく単にその表面を熱酸化して形成した
５ｉＯｚ膜上に堆積したＭＲ素子と比較して、その電気
磁気特性等の膜質が著しく劣ってしまう事がわかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本願発明者達は上記事実に鑑みて、さらに実験的考察を
重ねた結果、ＩＣの絶縁膜５に近い部分のＭＲ素子１０
はどその膜質が劣化していることが分かった。そしてこ
の劣化は、ＩＣの絶縁膜５表面のＰＳＧ膜８に含まれて
いる不純物としてのＰが熱処理（ステ・ンプ２Ｉ５）に
よりＭＲ素子１・０と反応したことに起因していること
がわかった。

本発明はこの点に基づき成されたものであり、ＭＲ素子
形成後の熱処理工程を経てもその膜質が劣化しないＭＲ
素子を基板上に形成した磁気検出装置を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明の磁気検出装置は
基板と、 前記基板の主表面上に形成され、不純物を含んだ膜であ
り、少なくともその一部に前記不純物が所定濃度以下の
領域を有する二酸化シリコン膜と、前記二酸化シリコン
膜の前記不純物が所定濃度以下の領域上に形成され、Ｎ
ｉを主成分として含んだ薄膜の強磁性磁気抵抗素子と、 を備える事を特徴としている。

又、前記不純物をＰとし、前記所定濃度を５Ｐｒｏｓモ
ル％としても良い。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明する。

第１図は本実施例の構成を表わす断面図であり、ＭＲ素
子１０からの信号を処理するパイポー９１Ｃ部Ａ、ＭＲ
素子部Ｂおよび電極端子部Ｃを示している。この磁気検
出装置の製造工程は基本的には第３図を用いて説明した
本願発明者達が本発明前に試作、実験を行った磁気検出
装置の製造工程と同様であり、二酸化シリコン（ＳｉＯ
□）より成る絶縁膜５の上層部には、バイポーラＩＣ０
Ｎ１拡散層７形成時における拡散源Ｐが拡散しており、
不純物としてのＰを高濃度に含むＰＳＧ膜８が形成され
ている。

本実施例によると第５図に示す製造フローにおいて、ス
テップ２０８のＮ＋拡散層７の形成工程後に、ステップ
３００に示すＰＳＧ膜８の除去工程を実施する。

このステップ３００ではＭＲ素子部ＢのＭＲ素子１０形
成予定領域のＰＳＧ膜８を部分的に除去することにより
開口部１３を形成し、その下層であるＰを低濃度に含む
か、はとんど含まない絶縁膜５を露出している。具体的
にはエツチング液としてフッ化アンモニウム、フッ酸お
よび水の混合液を用いＰを比較的高濃度に含む部分と、
そうでない部分とのエツチング速度の違いを利用してＰ
を高濃度に含むＰＳＧ膜８を選択的に除去する。

この場合、エツチング液におけるフッ酸の比を小さくす
ることにより全体のエツチング速度が低下し、制御性が
良くなる。

そして、ステップ２０９〜２１１を経た後、この開口部
１３にＭＲ素子１ｏのパターンを形成している。

第４図はＭＲ素子１ｏとしてＮｉ／Ｃｏ膜を用いた場合
のＰＳＧｌ１８のリン濃度とＭＲ素子１０の抵抗変化率
との関係を表している。一般的に、バイポーラＩＣのエ
ミッタ領域であるＮ・拡散層７形成時には、リン濃度１
０〜２０　ＰｔｏＳモル％のＰＳＧ膜８が形成されるた
め、ＭＲ素子１゜の抵抗変化率が不純物を含まない二酸
化シリコン膜（即ちリン濃度０ＰｚＯｓモル％）上にＮ
ｉ／Ｃｏ膜を作成した場合に比べ２０％〜５０％も減少
してしまうが、本実施例においてはリン濃度の高いＰＳ
Ｇ膜８を除去しＭＲ素子１ｏ形成予定領域の絶縁膜５の
リン濃度を５ＰｚＯｓモル％以下にしているのでＭＲ素
子１０とＰとの反応が抑制され、ステップ２１５の熱処
理工程後においてもＭＲ素子１０の抵抗変化率の減少を
ほぼ１０％以下にすることができ、実用上問題のない電
気磁気特性を有する膜質の優れたＭＲ素子とすることが
できる。又、他のＩＣ部分上のＰＳ（、膜８はそのまま
残っているので、ゲッタリング等の作用を期待できＩＣ
特性の劣化を防ぐことができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。本実施例は上記
実施例におけるバイポーラＩＣ０Ｎ９拡散層形成工程に
おける拡散源としてＡｄ（ヒ素）を使用した例である０
本実施例における磁気検出装置の製造工程も基本的に第
３図を用いて説明した製造工程と同様であり、同一工程
で良い工程はその説明を省略する。本実施例においては
ガス状態にて危険物質とされるＡ、を用いているので、
ステラ７’２０８のＮ゛拡散Ｎ７の形成工程はイオン注
入法にて行う、このステップ２０８を経ると、絶縁膜５
の表面部分にはＡ、が貯った状態になっており、次のス
テップ３００にてＭＲ素子形成予定領域の絶縁膜５をフ
ッ酸系のエッチャントを用いて約１０００人程度エツチ
ングし、Ａ、をほとんど含まない絶縁ｙ５を露出する。

第６図はＭＲ素子１０としてＮ　ｉ　／　Ｃｏ膜を用い
た場合の絶縁［１５の表面部分のＡ、（ヒ素）４度とＭ
Ｒ素子１ｏの抵抗変化率との関係を表している。一般的
にバイポーラＩＣのエミッタ領域であるＮ°拡ｒＰ１層
７形成時には絶縁Ｍ５の表面部分にｌ　Ｘ　１０”　（
１／ｃ＋１）のＡ、が貯るためにＭＲ素子ＩＯの抵抗変
化率が不純物を含まない二酸化シリコン膜上にＮ　ｔ　
／　Ｃｏ膜を作成した場合に比べ４０％も減少してしま
うが、この図がらゎがるようにステップ３ｏｏにてエツ
チングした結果露出された絶縁膜５の表面濃度がｌＸｌ
０”（１／ｃｊ）以下になるように制御すれば抵抗変化
率の減少をほぼ１０％以下にすることができ、実用上間
・題のない電気磁気特性を有する膜質の優れたＭＲ素子
とすることができる。

尚、二酸化シリコンにＡｓをイオン注入する場合には、
Ａ３は二酸化シリコン中に深く導入されることがなく、
通常、イオン注入時における加速エネルギーを１３０Ｋ
ｅＶにした時には５００人程エア深さに注入され、又、
現在の技術レベルの限界では加速エネルギーを１６０Ｋ
ｅＶにしたとしても注入深さはせいぜい７００人程エア
ある。

従って、上述のように絶縁膜５を１０００人程度エアチ
ングすればほとんどのＡ、が除去でき、抵抗変化率はほ
とんど減少しなくなる。

以上、本発明を上記実施例を用いて説明したが、本発明
はそれらに限定されることなくその主旨を逸脱しない限
り、例えば以下に示す如く種々変形可能である。

■二酸化シリコン膜に含む不純物としてはＰ９Ａ、の他
にＢ等であっても良く、従ってＭＲ素子は所定濃度以下
の不純物（Ｂ、Ｐ）を有するＢＰＳＧ膜、あるいはＢＳ
Ｇ膜上に形成したものであっても良い。又、ＭＲ素子と
して用いる膜は、Ｎｉ　／　Ｆ　ｅ膜であっても良く、
上述のＮ　ｉ／　Ｃｏ膜と比較すると抵抗変化率の値は
小さくなるが、磁区構造が同じである事から特性は同じ
傾向になる。

このように、二酸化シリコン膜に含む不純物、ＭＲ素子
は任意の物質を選択することができ、要はステップ２１
５における熱処理においてその不純物がＭＲ素子中に拡
散していくようなものであれば何でも良い。これはその
拡散に起因して抵抗変化率が減少するという考えるから
である。

■基板内に形成されるＩＣはバイポーラＩＣの他に例え
ばＭＯ３ＩＣ等であっても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の請求項１によると、二酸化シ
リコン膜の不純物が所定濃度以下の領域上にＭＲ素子を
形成しているので、ＭＲ素子の膜質の劣化を抑制できる
という効果がある。

又、請求項２によると、ＭＲ素子の抵抗変化率の減少を
１０％以下にすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の磁気検出装置を示す断面図
、第２図は従来の磁気検出装置の構成図、第３図は本願
発明者達が本発明の前に試作、実験を行った磁気検出装
置の断面図、第４図はＰＳＧ膜のリン濃度とＭＲ素子の
抵抗変化率との関係を表わすグラフ、第５図は磁気検出
装置の製造工程を表わすフロー、第６図はヒ素濃度とＭ
Ｒ素子の抵抗変化率との関係を表すグラフである。 １・・・Ｓｉウェハ、５・・・絶縁膜、７・・・Ｎ゛拡
散層。 ８・・・ＰＳＧ膜、１０・・・ＭＲ素子、１３・・・開
口部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、 前記基板の主表面上に形成され、不純物を含んだ膜であ
   り、少なくともその一部に前記不純物が所定濃度以下の
   領域を有する二酸化シリコン膜と、前記二酸化シリコン
   膜の前記不純物が所定濃度以下の領域上に形成され、Ｎ
   ｉを主成分として含んだ薄膜の強磁性磁気抵抗素子と、 を備える事を特徴とする磁気検出装置。
2. （２）前記不純物はＰ（リン）であり、前記所定濃度は
   ５Ｐ＿２Ｏ＿５モル％のリン濃度である請求項１の磁気
   検出装置。