JPH0321087A - 積層型磁気抵抗素子の製造方法 - 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】 〔崖業上の利用分野〕 本発明は外部磁気の変化に応じて電気抵抗が変化するい
わゆる磁気抵抗効果を利用して外部磁場を検出する磁気
抵抗素子に関し、特に積層型磁気抵抗素子の製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

第３図は積層型磁気抵抗素子の動作原理を説明する為の
模式図である。積層型磁気抵抗素子はその基本的構成要
素として、長尺形状にパタニングされた磁気抵抗体薄膜
１をｎ゛する。磁気抵抗体薄膜１はその薄膜平面に平ｊ
ｊに口つ薄膜の長手方向に対して横切る様に印加される
外部磁場Ｈの強度に応して、その電気抵抗が変化する。

この電気］氏抗の変化は、磁気抵抗体薄膜１の長手方向
に沿って電流Ｉを流す事により、両端の電位差として検
出される。

第４図は、第３図に示す磁気抵抗体薄膜１を用いた積層
型磁気抵抗素子の層構遣を示し、磁気抵抗体薄膜の長平
方向に垂直な平面で切断した断面図である。絶縁性の基
板２の表面に、所定のパタンを有する磁気抵抗体薄膜１
か形成されている。

磁気抵抗体薄膜１の表面は絶縁膜３によって被覆され、
絶縁膜３の一部には開口又は窓が形成され磁気抵抗体薄
膜１の一部分が露出している。絶縁膜３の表面には開口
を埋める様に導電膜４が形成されている。導電膜４は所
定の形状にパタニングされ且つ磁気抵抗体薄膜１に電気
的に接続している。この導電膜４は磁気抵抗体薄膜１の
長手方向に沿って電流■を流す為に用いられる。

第５図は積層型磁気抵抗素子を磁気式ロータリーエンコ
ーダに組込んた応用例を示す斜視園−Ｑある。エンコー
ダの出力パルス数に応した数のＮ極及びＳ極を回転ドラ
ム６の外周に交互に着磁し、積層型磁気抵抗素子５を回
転ドラム６の外側に隣接して配置する。エンコーダ輔７
が矢印で示す様に回転する事により、積層型磁気抵抗素
子５を通過するＮ極及びＳＴｈの磁界を検出し電気信号
に変換する。磁気式ロータリーエンコーダは回転牛山の
速度制御や回転角位相制御に用いられる。

第６園は、第ε図に示す積層型磁気抵抗素子５の人出力
特性すなわち磁電変換特性を示す線図てある。横輔は外
部磁界Ｈの強度変化を示し、縦軸は磁気抵抗体薄膜の電
気抵抗変化を示す。第５図に示す様に、四転ドラム６の
回転により外部交流磁界Ｈが磁気抵抗素子５に印加され
その交流磁界変化に応答して交流電流信号Ｉを出力する
。交流電流信号■の周波数はエンコーダ軸の同転速度に
対応しその位相はエンコーダ軸の回転角度位置に対応し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来かかる積層型磁気抵抗素子はフォトリソグラフィー
を用いてパタニングされたレジスト膜及び況式の化学エ
ッチングにより製遺されていた。

しかしながら化学エッチングはエッチング戚の同り込み
等により薄膜層端面のサイドエッチが生じ微細な加工に
は不適当てある。従来の製進方法では、市場の要求する
微細ｌつ精密な積層型磁気抵抗素子を量産するのに不適
当てあるという問題点があった。又従来磁気抵抗体薄膜
をエッチングした後、レジスト膜を除去する為に、酸素
イオンを用いたプラズマ照射による灰化処理が行なわれ
ていたが、酸素イオンがパーマロイからなる磁気抵抗体
薄膜に直接当たり、その磁気特性が女化してしまうとい
う問題点があった。

〔問題点を解決する為の手段〕

上述した従来の製造方法の問題点に鑑み、本発明は微細
且つ精密な積層型磁気抵抗素子の量産に適した製造方法
を提供する事を目的とする。この目的を達成する為に、
本発明によれば各積塙は低温スパッタリング技術及び種
々の薄膜形成技術により順次形成及びエッチングされる
。特に磁気抵抗体薄膜層のスパッタエッチングに用いる
レジスト層を灰化する際下層の磁気抵抗薄膜の特性が劣
化する事を防止する為の工程を含む事を特徴とする・ 掬１図Ａ乃至Ｄは本発明にかかる積層型磁気抵抗素子の
製造工程を示す工程図である。

第１図Ａに示す工程において、基阪２の全面に磁気抵抗
体層１を形成する。次いて磁気抵抗体層１の表面にプラ
ズマを遮断する為の遮断脳８を形成する。そして遮断層
８の表面に感光性有機レジスト層９を塗布する。

第１図Ｂに示す工程において、最上層のレジスト層９は
フォトリソグラフィーを用いた露光及び現像処理により
所定の長尺状微細パタンに形成される。

第１図Ｃに示す工程において、スパッタエッチングによ
り該レジスト層９のパタン外に存在する遮断層８及び磁
気抵抗体層１の二重層を選択的に除去する。このスパッ
タエッチング工程により磁気抵抗体層１は所定のパタン
に従って精密に或？される。

第１図Ｄに示す工程において、反応性のブラスマをレジ
スト層９に照射し灰化して除去する。この際磁気抵抗体
層１の表面は残された遮断層８によって覆われている為
反応性のプラスマは下層の磁気抵抗体層１に到達せず完
全に巡断される。

好ましくは処断層８は二酸化硅素の真空蒸着膜により形
戊される。又、かかる二酸化硅素の真空蒸着膜は反応性
プラズマの粒子の侵入を完全に処断ずる為に膜厚１００
０人以上に蒸着する事か好ましい。史にレジスト層９は
ポジ型の有機感光月料から形成され、反応性のプラズマ
は有機感光＋Ａ料と反応しこれを灰化する酸素イオンを
含んでいる。

〔作　　用〕

本発明によれば、磁気抵抗体層〕の選択的スパッタエッ
チングに用いるレジスト層９を反応性プラズマイオン照
射により灰化し除去する際、」一層のレジスト層と下雇
の磁気抵抗体ｊ■■■の間にプラズマ遮断層が介７Ｉ：
シている為、反応性プラスマは下層の磁気抵抗体層に侵
入する事かない。従って磁気抵抗体層１は反応性プラズ
マによってその磁気抵抗特性か変化する事かない。

本発明の作用をより明確にする為に、遮断層を介在させ
る事なしに磁気抵抗体層の表面に直接レジスト層を形成
し且つ灰化処理を行った場合の磁気抵抗特性女化を調べ
た。狛２図Ａは灰化処理を行う前の磁気抵抗特性を示す
線図である。横軸は外部磁界を示し縦軸は磁気抵抗体層
の抵抗変化率を示す。外部磁Ｗを正負双方向に掃引した
場合、磁気抵抗体層のヒステリシスにより抵抗変化率は
外部磁界の掃引方向に応じて２つの互いに接近したピー
ク値を有する。

第２図Ｂは反応性イオンプラズマによりレジスト層の灰
化処理を行った後の磁気抵抗特性を示す線図である。図
から明らかな様に、２つのピーク値は変動しており反応
性プラズマの影響により磁気抵抗体層の特性が劣化して
いる事が分かる。これに対し、本発明によれば反応性プ
ラズマの照射は介在する連１折層によって完全に越１折
されるので下層の磁気抵抗体層は影響を受けず製造上程
中において初期設定通りの磁気抵抗特性を維持する４１
が可能である。

〔実　施　例〕

次に添イ・ｊ図面を参照して本発明にかかる債層型磁気
抵抗素子の製遣方法を詳細に説明する。第７図Ａ乃至第
７図Ｊは本発明にかかる製造方法の実施例を示す工程図
である。

第７１ｄＡに示す工程において、越板２として半導体製
造に一般的に用いられるシリコンウェハを使う。ウェハ
の表面はあらかじめ二酸化シリコンの熱酸化層１０によ
って覆われている。熱酸化層１０の膜厚はおよそ１μで
ある。この裁板２の全面に亘って電子ビーム真空蒸着技
術を用いて積層を順次形戊する。始めに下地層１１を蒸
着する。下地層｛ｌは例えば二酸化硅素からなり蒸着膜
厚は例えば２０００人である。次に磁気抵抗体層１を蒸
着する。

磁気抵抗体層は例えばニッケルと鉄の強磁性合金である
パーマロイをｆＩＪいる。特にニッケル８３：鉄１７の
組成を有するパーマロイは磁気１氏抗効果にヒステリシ
スか少く奸ましい。パーマロイ蒸着〆ｌ目挽は３００人
乃至５００人の膜Ｊ￥゜を；ｈ゛ずる。磁気抵抗体層１
の表面に遮断層８を蒸着する。遮断層８は二酸化硅素の
蒸着膜により構威されており、その膜厚はおよそ１００
０人である。この二酸化硅素薄膜は真空蒸着により形戊
されている為ピンホールが多くプラズマ粒子を脊効に遮
断する為には少くともＩ０００人の膜厚が必要である。

しかしながらこの膜厚を必要以上に大きくすると、後の
スパッタエッチング工程に多大の時間を要し生産的では
ない。

遮断層８の上には表面層ｌ２がやはり電子ビーム真空蒸
着により形成されている。表面層ｌ２はレジスト層との
密着性を保つ為介在されたものであり例えばアルミナ蒸
着膜からなる。以上に説明した積層構造は全て電子ビー
ム真空蒸着により連続的にバッチ処理で形成する事がで
きる。

第７図Ｂに示す工程において、表面層ｌ２の全曲に奥っ
てレジスト層９を塗布ずる。レジスト層９は感光性有機
月料からなり特にポジ型のレジスＩ・膜が好ましい。ポ
ジ型はネガ型に比べてパタニング粘度が優れておリスパ
ッタリング技術を用いたｑ ］　０ 精密且つ微細な磁気抵抗素子の製遣に適している。

第７図Ｃに示す工程において、レジスト層９は所定のパ
タンを有するマスクを用いて露光現像され長尺形状に形
成される。

第７図Ｄに示す工程において、スパッタエッチング技術
を用いパタニングされたレジスト層９に覆われていない
部分の積層を選択的に除夫ずる。

スパッタエッチングは異方性に優れたスバッタ粒子を用
いてその衝撃力により積層の除大を行う２．）に極めて
エッチング精度が良く化学式の場合の様にサイドエッチ
ングの問題が生じない。

第８図に本発明にかかる製逍工程に用いるスパッタ装置
又はドライエッチング装置を示す。この装置は真空チャ
ンハ２１を備えておりガスを内部に導入する為の吸入口
２２及びガスを排出する為の排気口２３を有する。真空
チャンバ２１の天井壁はアノード電極２４を横成し、そ
の内部にはアノード電極２４に対向してカソード電極２
５か（ｌｉｉｉえられている。

カソード電極２５はその内部か中空になっており冷却管
２６を介して冷却水が導入される。又、カソ１１ ド電極２５にはマッチングホックス２７を介して高周波
電源２８か接続されている。加えてカソード電極２５の
」一而には処即すべき基板２が多数個載置されている。

第７図Ｄに示すスパッタエッチングを行うには、吸入口
２２を介して真空チャンバ２１に不活性のアルゴンガス
を導入する。アノード電極２４とカソード電極２５の間
に高周波電圧を印加しアルゴンガスをプラズマ化して基
板２に加速照射する。

このプラズマ粒子の衝撃により真空蒸着積層は選択的に
除去される。このスパッタエッチング処理は低温で行う
事ができ温度に対して敏感なパーマロイ磁気抵抗薄膜に
悪影響を及ほす事かない。

第７図Ｅに示す工程において、最上層に残されたレジス
ト層を灰化し除去する。灰化処理は第８図に示すスパッ
タ装置を用いて行う。槌って真空蒸着積層のスパッタエ
ッチング及びレジスト層９の灰化処理はバッチ処理によ
り連続的に行う事ができる。勿論エッチングと灰化処理
は別々の装置で行う事も可能である。灰化処理を行うに
は、吸入口２２を介して反応性のガス例えば酸素を真空
］　２ チャンバ２１内に導入する。アノード電極２４及びカソ
ード電極２５の間に高周波電圧を印加し導入された酸素
ガスをプラズマ化する。イオン化された酸素は加速され
レジスト層９の表面に衝突する。レジスト層９は有機制
料により構成されている為酸素ガスと反応し分鯉されて
灰化除去される。いわゆる反応性イオンエッチング処理
である。この時、酸素イオン粒子は二酸化硅素蒸着脱よ
りなる返断Ｉｍ８によって実質的に完全に遮断され下ｊ
ψの磁気抵抗体層１に到達する事がない。徒って磁気抵
抗体層１は反応性プラズマ粒子によって何ら変化を受け
ずヒステリシスの少いバーマロイの優れた磁気抵抗特性
は保存される。

次いで第７図Ｆに示す工程において、マグネ１・ロンス
パッタ技術により、前工程で所定のパタンに形成された
真空蒸着積層及び凰板２の表面全体に亘って二酸化硅素
薄膜よりなる第一の絶縁層１３を被覆する。この第一の
絶縁層ｌ３は膜厚が約３μであり真空蒸着積層の表面は
もとよりその端部も完全に被覆する事ができる。

昂７図Ｇに示す工程において、第一の絶縁層１３は四フ
ッ化メタンガスを用いた反応性プラズマイオンエッチン
グによって選択的に処理され所定の位置に電気接続用又
はコンタクト用の開口が形戊される。この開門のエッチ
ングは表面層１２及び遮断層８にまで及び下層の磁気批
抗体層１の表面を一部露出するまで行う。

第７図Ｈに示す工程において、基板２はスバツタ装置か
ら取出され真空蒸着装置に移される。電子ビーム真空蒸
着法を使用して第一の絶縁層１３の表面及び開口部の内
部を塞ぐ様に導電層１４を形成する。導電層１４は例え
ば金属アルミニウムより４７４成される。

次いで第７図Ｉに示す様に、導電層１４はフォトリソグ
ラフィーにより形成されたレジスト層（図示せず）を用
いて燐酸系のエッチング液により選択的に化学エッチン
グされ不必要な部分が除去される。最終的に残された導
電層ｌ４は磁気抵抗層１を外部の駆動回路に電気的に接
続する為の配線パタンを形成する。

１３ １４ ？後に第７図Ｊに示す様に、マグネトロンスパッタ法に
より妹二の絶縁層ｌ５を導電層１４を完全に被覆する様
に形成する。第二の絶縁層１５も’２−の絶縁層１４と
同様に二酸化硅素ガラス膜からなり膜厚はおよそ５μで
ある。火に弗酸系のエッチング波を用いて第二の絶縁層
１５を選択的にエッチングし、所定の位置に窓部１６を
形成し導電層１４の一部を露出させる。露出された導電
ｊ■■■１４の部分はボンディングパッドを構成し外部
回路と金の細線を用いて電気的に接続される。

〔発明の効果〕

上記に説明した碌に、本発明によれば、積層′）−（リ
磁気抵抗素子は基本的にスパッタエッチング技術を用い
て製逍される為磁気抵抗体薄膜を微細目つ精密に加工す
る事ができ小型で高性能の磁気センザーを提供できると
いう効果がある。更に磁気抵抗体薄膜をスパッタエッチ
ングする時に用いられる感光性有機レジスト脱の灰化処
理を行うに際して、上層のレジスト膜と下層の磁気１戊
抗体薄膜の間に遮断層が介在している為、酸素イオンか
らなる反応性プラズマ粒子は磁気抵抗体薄膜に到達する
事かなくその磁気特性に変化を生ぜしめす製逍工程にお
いて磁気抵抗体薄膜の固Ｈの特性を安定的に保存する事
かできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ乃至第１図Ｄは本発明にかかる積層型磁気抵抗
素子の製造工程を示す模式的な工程図、第２図Ａは従来
の積層型磁気抵抗素子についてレジスト層の灰化処理前
における磁気批抗特性を示す図、第２図Ｂは同じく灰化
処理後における磁気抵抗特性を示す線図、第３図は磁気
抵抗素子の動作原理を説明する為の概念的斜視図、第４
図は従来の積層型磁気抵抗素子の層構造を示す断面図、
第５図は積層型磁気批抗素子を磁気式ロータリエンコー
ダに応用した例を示す斜視図、第６図はｆｉ！ｉｌＷ型
磁気批抗素子をロータリエンコーダに応川した場合にお
ける入出力特性を示す線図、第７図Ａ乃至第７図Ｊは本
発明にかかる積層型磁気抵抗素子の製逍方法の好適な実
施例を示す工程図、及び第８図は本発明にかかる製逍方
法に用いられる１５ １　６ スパッタ装置の構成を示す模式断曲図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と基板上に形成された所定のパタンを有する磁
   気抵抗体層からなる積層型磁気抵抗素子を製造する方法
   において、 基板面に磁気抵抗体層を形成する工程と、 該磁気抵抗体層上にプラズマを遮断する為の遮断層を形
   成する工程と、 該遮断層上に所定のパタンを有するレジスト層を形成す
   る工程と、 スパッタエッチングにより該レジスト層のパタン外に存
   する遮断層及び磁気抵抗体層の積層を選択的に除去する
   工程と、 残された遮断層により反応性のプラズマを下層の磁気抵
   抗体層から遮断しながらその照射によりレジスト層を灰
   化し除去する工程とを有する事を特徴とする積層型磁気
   抵抗素子の製造方法。 ２、該遮断層は二酸化硅素の真空蒸着膜により形成され
   る請求項１に記載の製造方法。 ３、該二酸化硅素の真空蒸着膜は膜厚１０００Å以上に
   蒸着される請求項２に記載の製造方法。 ４、該レジスト層は有機感光材料から形成され、該反応
   性のプラズマは該有機感光材料と反応し灰化する酸素イ
   オンを含んでいる請求項１に記載の製造方法。