JP3967733B2 - Magnetic detection element - Google Patents
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Description
この発明は、磁界の変化を検出する磁気検出素子に関するものである。 The present invention relates to a magnetic detection element that detects a change in a magnetic field.
一般に、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子という）は、強磁性体（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等）薄膜の磁化方向と電流方向のなす角度によって抵抗値が変化する素子である。
このようなＭＲ素子は、電流方向と磁化方向が直角に交わるときに抵抗値が最小になり、電流方向と磁化方向のなす角が０度、すなわち同一あるいは全く逆の方向になるときにその抵抗値が最大になる。このような抵抗値の変化をＭＲ変化率と呼び、一般にＮｉ−Ｆｅで２〜３％、Ｎｉ−Ｃｏで５〜６％である。
In general, a magnetoresistive element (hereinafter referred to as an MR (Magnetoresistivity) element) is an element whose resistance value changes depending on an angle formed between a magnetization direction of a ferromagnetic (eg, Ni—Fe, Ni—Co, etc.) thin film and a current direction. is there.
Such an MR element has a minimum resistance value when the current direction and the magnetization direction intersect at right angles, and the resistance value when the angle between the current direction and the magnetization direction is 0 degrees, that is, the same or completely opposite direction. The value is maximized. Such a change in resistance value is called an MR change rate, which is generally 2 to 3% for Ni-Fe and 5 to 6% for Ni-Co.
図９及び図１０は従来の磁気検出装置の構成を示す側面図及び斜視図である。
図９に示すように、従来の磁気検出装置は、回転軸４１と、少なくとも１つ以上の凹凸を外周側に有し、回転軸４１の回転に同期して回転する円板状の磁性回転体４２と、この磁性回転体４２の外周側と所定の間隙をもって配置されたＭＲ素子４３と、このＭＲ素子４３の背部に固着され、このＭＲ素子４３に磁界を与える磁石４４と、ＭＲ素子４３の出力を処理する集積回路４５とからなり、ＭＲ素子４３は、磁気抵抗パターン４６と、薄膜面（感磁面）４７とを備える。
このような磁気検出装置において、磁性回転体４２が回転することでＭＲ素子４３の感磁面である薄膜面４７を貫く磁界が変化し、磁気抵抗パターン４６の抵抗値が変化する。
しかし、このような磁気検出装置で用いられている磁気検出素子のＭＲ素子４３は出力レベルが小さいため、精度の高い検出ができず、これを解決するために、出力レベルの大きな巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子という。）を用いた磁気検出素子が、近時提案されている。
9 and 10 are a side view and a perspective view showing the configuration of a conventional magnetic detection device.
As shown in FIG. 9, the conventional magnetic detection device has a rotating
In such a magnetic detection device, when the
However, since the
図１１は、従来のＧＭＲ素子の特性を示す図である。
図１１の特性を示すＧＭＲ素子は、日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５１９９１，第８１３〜８２１頁の「人工格子の磁気抵抗効果」と題する論文に記載されている数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させたいわゆる人工格子膜としての積層体（Ｆｅ／Ｃｒ、パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ、Ｃｏ／Ｃｕ、ＦｅＣｏ／Ｃｕ）である。この積層体は、上述のＭＲ素子と比較して格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有するとともに、外部磁界の向きが電流に対してどのような角度であっても同じ抵抗値の変化が得られる素子である。
磁界の変化を検出するためにＧＭＲ素子で実質的に感磁面を形成し、その感磁面の各端に電極を形成してブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路の対向する２つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、ＧＭＲ素子の抵抗値変化を電圧変化に変換して、このＧＭＲ素子に作用している磁界変化を検出することが考えられる。
FIG. 11 is a diagram showing the characteristics of a conventional GMR element.
The GMR element having the characteristics shown in FIG. 15, no. 51991, what is called an artificial lattice in which magnetic layers and nonmagnetic layers having a thickness of several angstroms to several tens of angstroms are alternately stacked as described in a paper entitled “Magnetoresistive Effect of Artificial Lattice” on pages 813 to 821 It is a laminated body (Fe / Cr, permalloy / Cu / Co / Cu, Co / Cu, FeCo / Cu) as a film. This laminated body has a remarkably large MR effect (MR change rate) as compared with the MR element described above, and the same resistance value changes regardless of the angle of the external magnetic field with respect to the current. It is an element obtained.
In order to detect a change in the magnetic field, a magnetosensitive surface is substantially formed by a GMR element, and an electrode is formed on each end of the magnetosensitive surface to form a bridge circuit. Between the two electrodes facing this bridge circuit, It is conceivable to connect a power source having a constant voltage and a constant current to the power source and convert a change in resistance value of the GMR element into a voltage change to detect a magnetic field change acting on the GMR element.
図１２および図１３は、従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す側面図および斜視図である。
図１２および図１３において、この磁気検出装置は、回転軸４１と、少なくとも１つ以上の凹凸を外周に有し、回転軸４１の回転に同期して回転する磁界変化付与手段としての円板状の磁性回転体４２と、この磁性回転体４２の外周と所定の間隙をもって配置されたＧＭＲ素子４８と、このＧＭＲ素子４８に磁界を与える磁界発生手段としての磁石４４と、ＧＭＲ素子４８の出力を処理する集積回路４５とからなり、ＧＭＲ素子４８は、感磁パターンとしての磁気抵抗パターン４９と、薄膜面５０とを有する。
このような磁気検出装置では、磁性回転体４２が回転することで、ＧＭＲ素子４８の薄膜面（感磁面）５０を貫く磁界が変化し、磁気抵抗パターン４９の抵抗値が変化する。
12 and 13 are a side view and a perspective view showing a configuration of a magnetic detection device using a conventional GMR element.
12 and 13, this magnetic detection device has a rotating
In such a magnetic detection device, when the
図１４は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置を示すブロック図であり、図１５は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の詳細を示すブロック図である。
図１４および図１５に示す磁気検出装置は、磁性回転体４２と所定の間隙をもって配置され、磁石４４より磁界が与えられるＧＭＲ素子４８を用いたホイートストンブリッジ回路５１と、このホイートストンブリッジ回路５１の出力を増幅する差動増幅回路５２と、この差動増幅回路５２の出力を基準値と比較して“０”または“１”の信号を出力する比較回路５３と、この比較回路５３の出力を受けてスイッチングする出力回路５４とを備える。
FIG. 14 is a block diagram showing a magnetic detection apparatus using a conventional GMR element, and FIG. 15 is a block diagram showing details of the magnetic detection apparatus using a conventional GMR element.
14 and 15 includes a Wheatstone
図１６は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の回路構成の一例を示す図である。
図１６において、ホイートストンブリッジ回路５１は、例えば各辺にそれぞれＧＭＲ素子４８ａ，４８ｂ，４８ｃおよび４８ｄを有し、ＧＭＲ素子４８ａとＧＭＲ素子４８ｃは電源端子ＶＣＣに接続され、ＧＭＲ素子４８ｂとＧＭＲ素子４８ｄは接地され、ＧＭＲ素子４８ａとＧＭＲ素子４８ｂの各他端は接続点５５に接続され、ＧＭＲ素子４８ｃとＧＭＲ素子４８ｄの各他端は接続点５６に接続される。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a magnetic detection device using a conventional GMR element.
In FIG. 16, the Wheatstone
ホイートストンブリッジ回路５１の接続点５５が抵抗器５７を介して差動増幅回路５８のアンプ５９の反転入力端子に接続され、接続点５６が抵抗器６０を介してアンプ５９の非反転入力端子に接続されるとともに、更に抵抗器６１を介して、電源端子ＶＣＣから供給される電圧にもとづいて基準電圧を構成する分圧回路６２に接続される。
また、アンプ５９の出力端子は抵抗器６３を介して自己の反転入力端子に接続されるとともに、比較回路６４のアンプ６５の反転入力端子に接続され、アンプ６５の非反転入力端子は、電源端子ＶＣＣから供給される電圧にもとづいて基準電圧を構成する分圧回路６６に接続されるとともに、抵抗器６７を介してアンプ６５の出力端子に接続される。
そして、比較回路６４の出力端は、出力回路６８のトランジスタ６９のベースに接続され、トランジスタ６９のコレクタは、出力回路６８の出力端子７０に接続されるとともに、抵抗器７１を介して電源端子ＶＣＣに接続され、そのエミッタは接地される。
The
The output terminal of the amplifier 59 is connected to its own inverting input terminal via the
The output terminal of the
図１７は、従来の磁気検出素子の構成を示す図であり、図１８は、従来の磁気検出素子の動作を示す特性図である。
図１７に示すように、ホイートストンブリッジは、ＧＭＲ素子４８（４８ａないし４８ｄから構成される）を備える。
磁性回転体４２が回転すると、図１８に示すように、ＧＭＲ素子４８（４８ａないし４８ｄ）に供給される磁界が変化し、差動増幅回路５８の出力端には図１８に示すように、磁性回転体４２の凹凸に対応した出力が得られる。
この差動増幅回路５８の出力は、比較回路６４に供給されて、その比較レベルである基準値と比較されて“０”または“１”の信号に変換され、この信号は更に出力回路６８で波形整形され、この結果、その出力端子７０には図１８に示すようにその立ち上がり、立ち下がりの急峻な“０”または“１”の出力が得られる。
As shown in FIG. 17, the Wheatstone bridge includes a GMR element 48 (consisting of 48a to 48d).
When the magnetic rotating
The output of the differential amplifier circuit 58 is supplied to the
しかしながら、上述の磁気検出素子に用いられるＧＭＲ素子は、ＧＭＲ素子膜上に形成された保護膜上に写真製版技術によりレジストに素子パターンを転写し、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）を用いてエッチングを実施した後にレジスト除去して形成するが、基板に対するイオンビームの入射角を０度にてエッチングを実施しているので、レジストパターンの側壁に再付着した膜が縦方向の突起として残り、この突起がＧＭＲ素子の最終保護膜形成の障害となるという問題があった。 However, the GMR element used in the above-described magnetic detection element transfers an element pattern to a resist by a photoengraving technique on a protective film formed on the GMR element film, and performs etching using ion beam etching (IBE). After the resist is removed, the etching is performed with the incident angle of the ion beam with respect to the substrate being 0 degree, so that the film reattached to the side wall of the resist pattern remains as a vertical protrusion, and this protrusion There is a problem that it becomes an obstacle to the formation of the final protective film of the GMR element.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ＧＭＲ素子の最終保護膜を安定して形成でき、磁気検出素子の信頼性を向上できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to stably form a final protective film of a GMR element and improve the reliability of a magnetic detection element. .
本発明の磁気検出素子は、ＧＭＲ素子膜上に保護膜を形成した巨大磁気抵抗素子を備え、この巨大磁気抵抗素子の抵抗パターンの側面が前記巨大磁気抵抗素子を保持するための基板の表面に対して２０°以上でかつ８０°以下となるテーパを形成しこのテーパ上に最終保護膜を形成したことを特徴とする。また、ＧＭＲ素子膜上に保護膜を形成した巨大磁気抵抗素子を備え、この巨大磁気抵抗素子の抵抗パターンの側面が前記巨大磁気抵抗素子を保持するための基板の表面に対して４０°以上でかつ６５°以下となるテーパを形成しこのテーパ上に最終保護膜を形成したことも特徴とする。
The magnetic sensing element of the present invention comprises a giant magnetoresistive element in which a protective film is formed on the GMR element film, the surface of the substrate to the side surface of the resistance pattern of the giant magnetoresistance device holds the giant magnetoresistive element On the other hand, a taper of 20 ° or more and 80 ° or less is formed , and a final protective film is formed on the taper . Also includes a giant magnetoresistive element in which a protective film is formed on the GMR element film, the giant side of the resistance pattern of the magnetoresistive element is the giant
本発明によれば、巨大磁気抵抗素子となる抵抗パターンの側面が基板表面に対して２０°以上でかつ８０°以下となるテーパーを形成したので、最終保護膜を安定して形成でき、磁気検出素子の信頼性を向上できる。また、抵抗パターンの側面が基板表面に対し４０°以上でかつ６５°以下のテーパーを形成したことを特徴とするので、最終保護膜をさらに安定して形成することができ、磁気検出素子の信頼性がさらに向上する。 According to the present invention, the side surface of the resistance pattern to be a giant magnetoresistive element is tapered so that the side surface of the resistance pattern is 20 ° or more and 80 ° or less with respect to the substrate surface. The reliability of the element can be improved. Further, since the side surface of the resistance pattern has a taper of 40 ° or more and 65 ° or less with respect to the substrate surface, the final protective film can be formed more stably, and the reliability of the magnetic detection element can be improved. The nature is further improved.
以下、この発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子およびその装置を構成するＧＭＲ素子の磁気特性を示す図である。
図１に示すように、この発明の実施の形態１に係るＧＭＲ素子の磁気特性を示す磁気曲線は、磁界０の近傍に抵抗値の最大値（以下Ｒmaxという）を有し、磁界の増大とともに抵抗値は減少していき、充分大きな磁界（例えば２ＫＯｅ以上）である飽和状態をとる。この飽和状態での抵抗値をＲminと定義する。磁界を飽和磁界から戻して行くと磁界を増大させた場合とは異なる経路で磁界０まで抵抗値が上昇していく、いわゆるヒステリシスを有する。
一般に飽和磁界とは、飽和状態に達する最小磁界を意味するが、規程が曖昧であるので、本発明においては、飽和磁界を「Ｒminに１％抵抗値を上乗せした値（Ｒmin×１．０１）と磁界を増大させた場合の磁気抵抗曲線との交点の磁界」と定義する。
図２及び図３に示すように、磁気検出素子を備える磁気検出装置は、外周に沿って少なくとも１つ以上の凹凸を有し、回転軸２９の回転に同期して回転する円板状の磁性回転体３０と、この磁性回転体３０と所定の間隙をもって磁性回転体３０の外周に対向するように配置された磁気検出素子２８と、磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７に磁界を与える磁石３１と、ＧＭＲ素子７の出力を処理する集積回路４５とを備える。磁石３１の漏洩磁束の大きさと磁石３１とＧＭＲ素子７との距離と磁性回転体３０とＧＭＲ素子７の間隔によってＧＭＲ素子７で検知する磁界幅は様々に変化させることができる。それらを調整し、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中にＧＭＲ素子７で検知する磁界幅が収まるようにする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the magnetic characteristics of the magnetic detection element and the GMR element constituting the apparatus according to
As shown in FIG. 1, the magnetic curve showing the magnetic characteristics of the GMR element according to
In general, the saturation magnetic field means the minimum magnetic field that reaches the saturation state, but the regulations are ambiguous. Therefore, in the present invention, the saturation magnetic field is expressed as “the value obtained by adding 1% resistance value to Rmin (Rmin × 1.01)”. And the magnetic field at the intersection of the magnetoresistance curve when the magnetic field is increased.
As shown in FIGS. 2 and 3, the magnetic detection device including the magnetic detection element has at least one unevenness along the outer periphery, and rotates in a disk-like manner in synchronization with the rotation of the
図２では、磁性回転体３０の外周に対して対面するシリコン基板等の基板１の前面に積層処理技術で設けられたＧＭＲ素子７及び集積回路４５より成る磁気検出素子２８が配置される。この磁気検出素子２８の背面に磁石３１が図外の取付け手段で配置されている。本発明の実施の形態１では、磁気検出素子２８の基板１の前面に備えられたＧＭＲ素子７の感磁面における検出方向の磁界変化が、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上で動作させる。さらに、好ましくは、ＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中で動作させるものであるので、これを満足するような配置であれば、どのような配置でもよい。例えば、図３では、磁性回転体３０の凹凸面に対して磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７の面がほぼ垂直になるように配置され、ＧＭＲ素子７の直上（もしくは直下であってもよい）に磁石３１が配置されている。この場合も、図外の集積回路がＧＭＲ素子７の近傍に取り付けられている。
In FIG. 2, a
ＧＭＲ素子７が検知する磁界幅がＲmaxの磁界より小さい磁界まで広がるとその磁界幅における磁気抵抗曲線のヒステリシスが大きくなり、磁性回転体３０の凹凸のエッジを検出する場合の精度が低下したり、磁気検出素子２８と対向する磁性回転体３０の凹凸の間隔が一部狭くなっている場合のように磁界範囲がその部分だけ極端に小さくなるような場合には充分な出力信号が得られないという弊害をもたらす。
また、一般的にＧＭＲ膜の飽和磁界は、温度の上昇とともに小さくなってくるので、場合によっては、室温における飽和磁界に０．８をかけた磁界が、温度上昇とともに飽和磁界を超える場合も生じる。室温における飽和磁界近傍での抵抗変化率（％／Ｏe）は、もともと比較的小さな値しかなく、温度上昇とともに抵抗変化率（％／Ｏe）は、さらに小さくなってゆく。抵抗変化率（％／Ｏe）の大小が出力に係わってくるので、出力低下が大きくなる。このように、ＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界より大きな磁界までＧＭＲ素子７が検知する磁界幅が広がると高温動作時の出力低下が顕著となるという弊害をもたらす。
ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲でＧＭＲ素子７を動作させることにより上記のような弊害が解消でき、使用温度範囲の拡大と高感度化を進めることができる。
このように、実施の形態１では、磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７の感磁面における検出方向の磁界変化が、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中で動作させるものであるので、広い使用環境温度範囲を有し、かつ、検出感度の高い磁気検出素子を提供することができる。なお、この０．８をかけ合わせた磁界以下の下限については、次のとおりである。
「０．８をかけ合わせた磁界」をＨssと仮に名づけると、高温動作時の出力低下という観点でみると
−Ｈss≦Ｈ≦＋Ｈss
というのが有効範囲といえると思われる。
When the magnetic field width detected by the
In general, the saturation magnetic field of the GMR film becomes smaller as the temperature rises. Therefore, in some cases, the magnetic field obtained by multiplying the saturation magnetic field at room temperature by 0.8 exceeds the saturation magnetic field as the temperature rises. . The rate of change in resistance (% / Oe) near the saturation magnetic field at room temperature originally has a relatively small value, and the rate of change in resistance (% / Oe) further decreases as the temperature rises. Since the magnitude of the resistance change rate (% / Oe) is related to the output, the output decrease is increased. As described above, when the magnetic field width detected by the
By operating the
Thus, in the first embodiment, the change in the magnetic field in the detection direction on the magnetosensitive surface of the
If “magnetic field multiplied by 0.8” is temporarily named Hss, it is −Hss ≦ H ≦ + Hss from the viewpoint of output reduction at high temperature operation.
This seems to be the effective range.
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るＧＭＲ素子の単位磁界あたりの抵抗変化率と積層回数の関係を示す図である。
図４には、上記ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、このＣｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］とＣｕをひとくくりとした積層回数との関係が示されてある。ここで、「ひとくくり」の語の定義については後述する。
図４に示す単位磁界あたりの抵抗変化率（以下では、磁界感度と称す）は、磁性層としてＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］を用いた場合には、積層回数１５回から３０回付近で大きな値を採り、磁気検出素子として１５０℃付近の高温においても充分な検出感度を有するためには、積層回数１０回から４０回の範囲で使用するのが良い。積層回数１０回未満や４０回を超えた場合には、どのサンプルでも充分な磁界感度は得られない。
このように、実施の形態２では、ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつＣｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層とをひとくくりとした積層回数を１０回以上４０回以下としたので、磁気検出素子２８の感度向上を図ることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rate of change in resistance per unit magnetic field and the number of laminations in the GMR element according to
In FIG. 4, the
The resistance change rate per unit magnetic field shown in FIG. 4 (hereinafter referred to as magnetic field sensitivity) is obtained when Fe (x) Co (1-x) [0 ≦ x ≦ 0.3] is used as the magnetic layer. In order to take a large value in the vicinity of 15 to 30 times of lamination and have sufficient detection sensitivity even at a high temperature of about 150 ° C. as a magnetic detection element, it is used in the range of 10 to 40 times of lamination. good. If the number of laminations is less than 10 or exceeds 40, sufficient magnetic field sensitivity cannot be obtained with any sample.
As described above, in the second embodiment, the
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るＧＭＲ素子の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅＣｏ層の厚さとの関係を示す図である。
図５には、図４にて最も良好な特性を示したＧＭＲ素子がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［ｘ＝０．１］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、Ｃｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅ０．１Ｃｏ０．９の１層あたりの膜厚との関係が示されている。
図５に示す単位磁界あたりの抵抗変化率は、ＦｅＣｏ層の厚さが１０Åの付近から急激に立ち上がり、１２Åから２０Å付近で充分大きな値を示し、３０Åより大きくなると充分な磁界感度が得られなくなる。
従って、ＦｅＣｏ層１層あたりの膜厚が１０Å以上３０Å以下の範囲でＧＭＲ素子７を形成するのが良い。
このように、実施の形態３では、ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層の繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、Ｃｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合のＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の膜厚を１０Å以上３０Å以下としたので、磁気検出素子２８の感度向上を図ることができる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rate of change in resistance per unit magnetic field and the thickness of the FeCo layer in the GMR element according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 5, the GMR element that showed the best characteristics in FIG. 4 is a laminated film formed by repeating a layer of Fe (x) Co (1-x) [x = 0.1] and a layer of Cu. As the Cu layer, the rate of change in resistance per unit magnetic field and one layer of Fe0.1Co0.9 when the Cu thickness is such that the magnetoresistance change relative to the thickness of one Cu layer is in the vicinity of the second peak. The relationship with the film thickness is shown.
The resistance change rate per unit magnetic field shown in FIG. 5 rapidly rises from the vicinity of 10 mm of the thickness of the FeCo layer, shows a sufficiently large value in the vicinity of 12 mm to 20 mm, and when it exceeds 30 mm, sufficient magnetic field sensitivity cannot be obtained. .
Therefore, it is preferable to form the
As described above, in the third embodiment, the
実施の形態４．
図６ないし図７は、この発明の実施の形態４に係るＧＭＲ素子の膜構成を示す断面図である。
まず、図６に示すように、ＧＭＲ素子膜５の形成過程において、例えば、Ｓｉ基板などの基板１上に形成されたＳｉ熱酸化膜等の下地層２の表面に、ＦｅＣｏの層９ａを形成してから、その上にＣｕの層１０、Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層９、Ｃｕの層１０、ＦｅＣｏの層９を順次積層していく。ＦｅＣｏの層９とＣｕの層１０のペア層９０を１０から４０回積層し、最上層が図６に示す如くＦｅＣｏの層９となるように形成する。ＦｅＣｏの層９に比べて導電率の高い材料であるＣｕの層１０を最上層とした場合には、ＧＭＲ効果に寄与しない電子が表面付近を流れる確率が増え、結果として磁気抵抗変化率（ＭＲ比）の低下を招くため、最上層は図６に示す如くＦｅＣｏの層９である事が良い。
そして、図７に示すように、最上層のＦｅＣｏの層９のさらに上に続けて保護膜８としてＳｉＮｘ膜を形成することによって、後の写真製版工程などでＧＭＲ素子膜５の酸化を防止でき、ＧＭＲ素子７の特性を安定化させることができる。上記保護膜８としてのＳｉＮｘ膜は最上層のＦｅＣｏの層９の形成後真空を破らずに続けて形成する。すなわち、Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層９とＣｕの層１０の繰り返しにより積層してなるＧＭＲ素子膜５（積層膜）を設け、このＧＭＲ素子膜５の最上層の上に保護膜８を形成して巨大磁気抵抗素子を製造するのであるが、上記最上層を真空中のスパッタリングや低温プラズマＣＶＤや真空蒸着等の薄膜処理技術により形成した後、上記保護膜８も、真空を破ることなく、薄膜処理により形成する。このことにより、ＧＭＲ素子膜５の自然酸化をも抑制することができ、安定化に対してさらに効果的に作用する。
上記保護膜８としては、ＳｉＮｘ膜の代わりに酸化Ｓｉ膜や酸化Ｔａ膜などの誘電体膜の他、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒなどの金属膜やそれらを組み合せた金属膜やそれらの酸化膜や窒化膜を用いることができる。いずれもＧＭＲ素子膜５の特性を損なわないようにスパッタリングや低温プラズマＣＶＤや真空蒸着によって形成することができる。
このように、この発明の実施の形態４においては、図７に示す如くＧＭＲ素子膜５の最上層をＦｅＣｏ層の９としたので、ＧＭＲ素子７の磁気特性を向上させることができ、ＧＭＲ素子膜５形成後に保護膜８を形成したことによりＧＭＲ素子７の信頼性を向上させることができる。
ここで、前述の、「ひとくくり」の語の定義について説明する。図６や図７で示した積層構造をした膜において、図中、９がＦｅＣｏの層、１０がＣｕの層であるが、基板１から順次、基板１／下地層２／最下部のＦｅＣｏの層９ａ／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］・・・／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］というように［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］のペア層９０の繰り返しで積層構造が出来上がっている。「ひとくくり」と言っているのは、この［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］のペア層９０のことである。最初のＦｅＣｏ以外の、一組の積層構造のものと考えてよい。
この積層構造を簡略化して記述すると、最下部のＦｅＣｏの層９ａ／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］×ｎ（ひとくくりの数がｎ個）となり、このときのｎを積層回数として表記している。
この場合の最下部のＦｅＣｏの層９ａは、必ず必要と言うものではないが、あった方が安定して製造ができるので、入れている。［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］×ｎだけを表す呼び名としてＣｕの層１０とＦｅＣｏの層９とのペア層９０を「ひとくくり」と言っている。
6 to 7 are sectional views showing a film configuration of the GMR element according to the fourth embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 6, in the process of forming the
Then, as shown in FIG. 7, by forming a SiNx film as the
As the
Thus, in
Here, the above-mentioned definition of the word “hitokuri” will be described. In the films having the laminated structure shown in FIGS. 6 and 7, in the figure, 9 is an FeCo layer, 10 is a Cu layer, and in order from the
When this stacked structure is described in a simplified manner, the
In this case, the
実施の形態５．
図８（ａ），（ｂ）は、この発明の実施の形態５に係るＧＭＲ素子７のパターン化を行った際の膜構成を示す断面図である。
ＧＭＲ素子７は、ペア層９０をｎ回積層して成るＧＭＲ素子膜５をパターン化することで形成されるが、このＧＭＲ素子膜５のパターン化に際しては、ＧＭＲ素子膜５上に形成された保護膜８上に写真製版技術によりレジストに素子パターンを転写し、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）を用いてエッチングを行い、最後にレジスト除去をするという方法がとられている。
図８（ａ）は基板１に対するイオンビームの入射角を０度にてエッチングを実施した後にレジストパターンを除去したＧＭＲ素子７の断面図であるが、レジストパターンの側壁に再付着した膜１１が縦方向の突起として残り、この突起がＧＭＲ素子膜５の側壁保護を主たる目的とした最終保護膜形成の障害となる。
これに対し、図８（ｂ）は基板１に対してイオンビームに入射角度を持たせた場合のエッチングを実施した後にレジストパターンを除去したＧＭＲ素子７の断面図である。図８（ａ）で見られた再付着膜１１の残りがなくなり、かつ側面にテーパーがつき、最終保護膜形成におけるカバーレッジを向上させる。このときのテーパー角１２は２０°以上８０°以下で充分効果があるが、パターン幅の精度やパターン幅の縮小やパターン間の間隔の縮小などの点で４０°以上がさらに好ましく、また、再付着膜１１の残りが確率的にほとんど０になることを考慮した量産性を考えると６５°以下がさらに好ましい。
このように、実施の形態５では、ＧＭＲ素子７のパターンに２０°以上８０°以下、好ましくは、４０°以上６５°以下のテーパー角１２を設けたので、ＧＭＲ素子７の信頼性を向上させることができる。
なお、ＧＭＲ素子７は基板１の上に積層処理技術で形成するとして説明したが、ＧＭＲ素子７自体を別の基板上に製造しておいたものを、基板１の上に接着してもよい。
8 (a) and 8 (b) are cross-sectional views showing the film configuration when the
The
FIG. 8A is a cross-sectional view of the
On the other hand, FIG. 8B is a cross-sectional view of the
As described above, in the fifth embodiment, since the
Although the
１ 基板、２ 下地層、５ ＧＭＲ素子膜、７ ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）、
８ 窒化Ｓｉ膜（保護膜）、９ Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層、
１０ Ｃｕの層、１１ 再付着膜、１２ テーパー角、２８ 磁気検出素子、
３０ 磁性回転体、３１ 磁石。
1 substrate, 2 ground layer, 5 GMR element film, 7 GMR element (giant magnetoresistive element),
8 Nitride Si film (protective film), 9 Fe (x) Co (1-x) [0 ≦ x ≦ 0.3] layer,
10 Cu layer, 11 reattachment film, 12 taper angle, 28 magnetic detection element,
30 Magnetic rotating body, 31 Magnet.
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