JP2018101735A - 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程数を削減することができる磁気抵抗効果素子の製造方法並びに磁気抵抗効果体と配線とを簡易に接続可能とする磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子の製造方法は、下地絶縁体１４の表面上に磁気抵抗効果層を形成し、磁気抵抗効果層の表面上に所定の平面パターンを有する絶縁層１８を形成し、絶縁層１８をマスクとして用い、磁気抵抗効果層をパターンニングして磁気抵抗効果体１６を形成する。そして、絶縁層１８の端部１８Ａから露出された磁気抵抗効果体１６に一部が接続された配線２０が絶縁層１８上に形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子に関する。

特許文献１には、磁気抵抗効果素子の製造方法が開示されている。この製造方法は以下の工程を備えている。
まず、基板上に磁気抵抗効果膜が形成される。次に、磁気抵抗効果膜上にフォトリソグラフィ技術を用いて形状が規定されたマスクが形成され、このマスクを用いてエッチングを行い磁気抵抗効果膜がパターンニングされる。次に、磁気抵抗効果膜上に層間絶縁膜が形成され、この後、層間絶縁膜に接続孔が形成される。そして、接続孔を通して磁気抵抗効果膜に接続された配線が層間絶縁膜上に形成される。

上記製造方法では、磁気抵抗効果膜をパターンニングする工程が必要とされ、この工程にはマスクの形成工程、エッチング工程、洗浄工程等が含まれる。さらに、層間絶縁膜に接続孔を形成する工程が必要とされ、この工程にも同様にマスクの形成工程、エッチング工程、洗浄工程等が含まれる。このため、磁気抵抗効果素子の製造工程数が増加するので、改善の余地があった。
また、磁気抵抗効果膜と配線とを簡易に接続可能とする磁気抵抗効果素子が望まれていた。

特開２００２−２６４２１号公報

本発明は、上記事実を考慮し、製造工程数を削減することができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。
さらに、本発明は、磁気抵抗効果体と配線とを簡易に接続可能とする磁気抵抗効果素子を提供する。

本発明の第１実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、下地絶縁体の表面上に磁気抵抗効果層を形成する工程と、磁気抵抗効果層の表面上に所定の平面パターンを有する絶縁層を形成する工程と、絶縁層をマスクとして用い、磁気抵抗効果層をパターンニングして磁気抵抗効果体を形成する工程と、絶縁層の端部から露出された磁気抵抗効果体に一部が接続された配線を絶縁層上に形成する工程と、を備えている。

第１実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法では、下地絶縁体の表面上に磁気抵抗効果層が形成され、磁気抵抗効果層の表面上に所定の平面パターンを有する絶縁層が形成される。この絶縁層をマスクとして用いて磁気抵抗効果層がパターンニングされ、磁気抵抗効果体が形成される。そして、マスクとして用いた絶縁層はそのまま層間絶縁膜として使用され、絶縁層上に配線が形成される。この配線の一部は絶縁層の端部から露出された磁気抵抗効果体に接続される。
このため、層間絶縁膜を形成する工程と、磁気抵抗効果体と配線とを接続する接続孔を形成する工程とを無くすことができる。

本発明の第２実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法では、第１実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法において、絶縁層を形成する工程は、縦断面形状が台形状とされ、端部が傾斜面とされた絶縁層を形成する工程である。

第２実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、縦断面形状が台形状とされ、端部が傾斜面とされた絶縁層が形成されるので、端部に沿って形成される配線のステップカバレッジを向上させることができる。

本発明の第３実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法では、第１実施態様又は第２実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法において、磁気抵抗効果体を形成する工程は、端部よりも外側に延出され、配線の一部に接続される接続部を有する磁気抵抗効果体を形成する工程である。

第３実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果体が絶縁層の端部よりも外側に延出された接続部を有するので、配線の一部との接続面積が大きくなり、磁気抵抗効果体と配線の一部との接続信頼性を向上させることができる。

本発明の第４実施態様に係る磁気抵抗効果素子は、下地絶縁体の表面上に形成され、所定の平面パターンを有する磁気抵抗効果体と、磁気抵抗効果体の表面上に磁気抵抗効果体と重ねて配置され、磁気抵抗効果体と同一の平面パターンを有する絶縁層と、絶縁層の端部から露出された磁気抵抗効果体に一部が接続され、絶縁層上に形成された配線と、を備えている。

第４実施態様に係る磁気抵抗効果素子では、所定の平面パターンを有する磁気抵抗効果体が下地絶縁体の表面上に形成される。この磁気抵抗効果体の表面には磁気抵抗効果体と重ねて絶縁層が配置され、絶縁層は磁気抵抗効果体と同一の平面パターンを有する。絶縁層の端部から磁気抵抗効果体が露出され、この露出された磁気抵抗効果体には配線の一部が接続され、この配線は絶縁層上に形成される。

ここで、絶縁層の端部から露出された磁気抵抗効果体が配線の一部に接続されるので、絶縁層に接続孔が必要とされない。このため、磁気抵抗効果体と配線の一部とを簡易に接続することができる。

本発明によれば、製造工程数を削減することができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、磁気抵抗効果体と配線とを簡易に接続可能な磁気抵抗効果素子を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の縦断面構造を示す要部断面図である。 図１に示される磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果体と配線との接続部を拡大して示す要部拡大断面図である。 図１に示される磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する図１に対応した第１工程断面図である。 磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する図１に対応した第２工程断面図である。 磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する図１に対応した第３工程断面図である。 磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する図１に対応した第４工程断面図である。

以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子を説明する。

（磁気抵抗効果素子の構成）
図１に示されるように、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、外部磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果（MR: MagnetoResistance）体１６を含んで構成されている。磁気抵抗効果素子１０は例えば直列回路センサ、ブリッジ回路センサ等の構成部品として使用されている。

磁気抵抗効果素子１０は基板１２をベースとして構成され、基板１２の主面（図１中、上側表面）上には下地絶縁体１４が設けられている。基板１２には例えばシリコン半導体基板が使用されている。下地絶縁体１４には、例えばシリコン半導体基板の表面を酸化して形成されたシリコン酸化膜が使用されている。下地絶縁体１４の表面は平坦化されている。なお、基板１２に、ガラス基板、化合物半導体基板等の絶縁性基板が使用される場合には、この絶縁性基板自体が下地絶縁体とされる。

磁気抵抗効果体１６は、下地絶縁体１４の表面上に所定の平面パターンを有して配置されている。平面形状の図示は省略しているが、所定の平面パターンとは、例えばミアンダパターン、ストライプパターン等が含まれる。本実施の形態において、磁気抵抗効果体１６には、１００nm以下の膜厚、一例として２５nmの膜厚を有するニッケル−鉄合金（Ni-Fe）膜が使用されている。また、磁気抵抗効果体１６には、同等の膜厚を有するニッケル−コバルト合金（Ni-Co）膜等を使用することができる。

磁気抵抗効果体１６の表面上には、所定の平面パターンを有する絶縁層１８が設けられている。絶縁層１８の平面パターンは磁気抵抗効果体１６の平面パターンと実質的に同一とされ、絶縁層１８は磁気抵抗効果体１６に重ねて配置されている。詳しく説明すると、本実施の形態では、絶縁層１８の平面パターンは磁気抵抗効果体１６の平面パターンと同一に形成され、絶縁層１８の底面の面積が磁気抵抗効果体１６の上面の面積よりも若干小さく設定されている。
絶縁層１８は、磁気抵抗効果体１６と絶縁層１８の上層に配置される配線２０との電気的な絶縁分離に使用され、かつ、磁気抵抗効果素子１０の製造プロセスにおいて磁気抵抗効果体１６のパターンニングのマスクとして使用される。このため、ここでは、絶縁層１８に、例えば１５０nm〜２５０nmの膜厚、一例として２００nmの膜厚を有するシリコン窒化膜が使用されている。絶縁分離機能を有し、かつ、マスク機能を有していれば、酸化膜、又は酸化膜と窒化膜とを積層した複合膜が、絶縁層１８として使用可能である。

図１及び特に図２に示されるように、絶縁層１８の縦断面形状は台形状とされ、絶縁層１８の端部１８Ａは傾斜面とされている。詳しく説明すると、絶縁層１８の上面よりも底面が外側へ突出され、端部１８Ａは絶縁層１８の上面から底面へ向かって広がる傾斜面とされている。絶縁層１８の底面と端部１８Ａとがなす角度は３０度〜８０度の範囲内に設定されている。この傾斜面は、平面、又は絶縁層１８の内側へ凹む曲面のいずれであってもよい。

また、特に図２に示されるように、絶縁層１８の端部１８Ａから磁気抵抗効果体１６の端部１６Ａが露出されている。端部１６Ａは端部１８Ａよりも外側へ延出（突出）され、この延出された端部１６Ａは配線２０の一部と電気的に接続する接続部２２として使用されている。

図１及び図２に示されるように、絶縁層１８上には配線２０が形成されている。配線２０の一部は、絶縁層１８の端部１８Ａに沿って延設され、かつ、磁気抵抗効果体１６の接続部２２に電気的に接続されている。配線２０には例えばアルミニウム合金膜が使用されている。なお、図示を省略するが、配線２０と同一層、かつ、同一導電性材料により、外部機器との接続を行う電極パッドが形成されている。

図１に示されるように、配線２０上には、配線２０及び絶縁層１８の端部１８Ａから露出する磁気抵抗効果体１６の端部１６Ａを覆う保護膜２４が設けられている。端部１６Ａは、接続部２２及び接続部２２以外も保護膜２４により覆われる。保護膜２４には例えばシリコン窒化膜が使用されている。また、保護膜２４として、シリコン酸化膜、又はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜等が使用可能である。

（磁気抵抗効果素子の製造方法）
本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法は以下の通りである。最初に、基板１２の主面上の全域に下地絶縁体１４が形成される（図３参照）。下地絶縁体１４の形成には熱酸化法が使用される。

図３に示されるように、下地絶縁体１４の表面上の全面に磁気抵抗効果層１６Ｂが形成される。磁気抵抗効果層１６Ｂはスパッタリング法を用いて形成される。磁気抵抗効果層１６Ｂの具体的な材料及び膜厚は前述の磁気抵抗効果体１６の材料及び膜厚とされる。

図４に示されるように、磁気抵抗効果層１６Ｂの表面上に絶縁層１８が形成される。詳しく説明すると、絶縁層１８は例えばプラズマ化学的気相析出（CVD: Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成され、フォトリソグラフィ技術により形成されたマスク（図示省略）を用いて絶縁層１８はパターンニングされる。図４では、パターンニング後の絶縁層１８の縦断面形状が示されている。パターンニングには例えば四フッ化炭素（CF₄ ）ガスを用いた等方性ドライエッチングが使用され、絶縁層１８は所定の平面パターンに形成されると共に、絶縁層１８の端部１８Ａは傾斜面に形成される。

図５に示されるように、絶縁層１８をマスクとして用いて磁気抵抗効果層１６Ｂがパターンニングされ、絶縁層１８下に残存された磁気抵抗効果層１６Ｂから磁気抵抗効果体１６が形成される。パターンニングには、異方性エッチング、例えばアルゴン（Ar ）ガスを用いたスパッタエッチングが使用される。このとき、絶縁層１８の端部１８Ａが傾斜面とされているので、垂直に切り立った面に比べて、Ar 原子で叩出された磁気抵抗効果層１６Ｂの残留物が端部１８Ａに付着し難い。さらに、図２に示されるように、スパッタエッチングにより絶縁層１８の端部１８Ａが磁気抵抗効果体１６の上面に沿って後退し、磁気抵抗効果体１６の端部１６Ａは絶縁層１８の端部１８Ａよりも外側に延設される。

図６に示されるように、マスクに使用された絶縁層１８がそのまま層間絶縁層として使用され、絶縁層１８上に配線２０が形成される。配線２０の一部は、絶縁層１８の端部１８Ａに沿って延設され、端部１８Ａから露出された磁気抵抗効果体１６の端部１６Ａの接続部２２に接続される。配線２０は、例えばスパッタリング法を用いて成膜され、フォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを用いてパターンニングされる。

前述の図１に示されるように、配線２０上に保護膜２４が形成される。保護膜２４は例えばプラズマCVD法を用いて成膜される。
これら一連の工程が終了すると、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１０が完成し、磁気抵抗効果素子１０の製造方法が終了する。

（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法では、まず最初に、図３に示されるように、下地絶縁体１４の表面上に磁気抵抗効果層１６Ｂが形成される。次に、図４に示されるように、磁気抵抗効果層１６Ｂの表面上に所定の平面パターンを有する絶縁層１８が形成される。次に、図５に示されるように、絶縁層１８をマスクとして用いて磁気抵抗効果層１６Ｂがパターンニングされ、磁気抵抗効果体１６が形成される。そして、図６に示されるように、絶縁層１８上に配線２０が形成される。図１、図２及び図６に示されるように、配線２０の一部は絶縁層１８の端部１８Ａから露出された磁気抵抗効果体１６に接続される。

このため、マスクとしての絶縁層１８がそのまま層間絶縁膜として使用されるので、層間絶縁膜を形成する工程を無くすことができる。加えて、絶縁層１８の端部１８Ａから露出された磁気抵抗効果体１６の接続部２２に配線２０が直接接続されるので、磁気抵抗効果体１６と配線２０とを接続する接続孔を形成する工程を無くすことができる。従って、磁気抵抗効果素子１０の製造方法では、製造工程数を削減することができる。

また、磁気抵抗効果素子１０の製造方法において、製造工程数が削減される結果、製造上の歩留まりを向上させることができる。
さらに、磁気抵抗効果素子１０の製造方法において、製造工程数が削減される結果、製造コストを減少させることができる。これは、磁気抵抗効果素子１０の製品コストも減少させることができる。

また、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法では、図４に示されるように、縦断面形状が台形状とされ、端部１８Ａが傾斜面とされた絶縁層１８が形成される。このため、図１及び図２に示されるように、端部１８Ａに沿って形成される配線２０のステップカバレッジを向上させることができる。ステップカバレッジが向上されるので、例えば配線２０の断線が無くなり、製造上の歩留まりを向上させることができる。加えて、接続信頼性を向上させることができる。加えて、磁気抵抗効果層１６Ｂのパターンニングの際に発生する、絶縁層１８の端部１８Ａへの残留物質の付着を抑制することができる。

さらに、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法では、図５に示されるように、磁気抵抗効果体１６が絶縁層１８の端部１８Ａよりも外側に延出された接続部２２を有する。このため、図２に示されるように、接続部２２と配線２０との接続面積が大きくなり、磁気抵抗効果体１６と配線２０との接続信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１０では、図１及び図２に示されるように、所定の平面パターンを有する磁気抵抗効果体１６が下地絶縁体１４の表面上に形成される。この磁気抵抗効果体１６の表面には磁気抵抗効果体１６と重ねて絶縁層１８が配置され、絶縁層１８は磁気抵抗効果体１６と同一の平面パターンを有する。絶縁層１８の端部１８Ａから磁気抵抗効果体１６（の接続部２２）が露出され、この露出された磁気抵抗効果体１６には配線２０の一部が接続される。この配線２０は絶縁層１８上に形成される。

ここで、絶縁層１８の端部１８Ａから露出された磁気抵抗効果体１６が配線２０の一部に直接接続されるので、絶縁層１８に接続孔が必要とされない。このため、磁気抵抗効果素子１０では、磁気抵抗効果体１６と配線２０とを簡易に接続させることができる。

［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において例えば以下の通り変形可能である。
本発明では、磁気抵抗効果体に、異方向性磁気抵抗効果（AMR: Anisotropic Magneto Resistive effect）体、巨大磁気抵抗効果（GMR: Giant Magneto Resistive effect）体、トンネル磁気抵抗効果（TMR: Tunnel Magneto Resistance effect）体のいずれかを使用することができる。

１０ 磁気抵抗効果素子
１４ 下地絶縁体
１６ 磁気抵抗効果体
１６Ｂ 磁気抵抗効果層
１８ 絶縁層
１６Ａ、１８Ａ 端部
２０ 配線
２２ 接続部

Claims (4)

1. 下地絶縁体の表面上に磁気抵抗効果層を形成する工程と、
   前記磁気抵抗効果層の表面上に所定の平面パターンを有する絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層をマスクとして用い、前記磁気抵抗効果層をパターンニングして磁気抵抗効果体を形成する工程と、
   前記絶縁層の端部から露出された前記磁気抵抗効果体に一部が接続された配線を前記絶縁層上に形成する工程と、
   を備えた磁気抵抗効果素子の製造方法。
2. 前記絶縁層を形成する工程は、縦断面形状が台形状とされ、前記端部が傾斜面とされた前記絶縁層を形成する工程である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
3. 前記磁気抵抗効果体を形成する工程は、前記端部よりも外側に延出され、前記配線の一部に接続される接続部を有する前記磁気抵抗効果体を形成する工程である請求項１又は請求項２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
4. 下地絶縁体の表面上に形成され、所定の平面パターンを有する磁気抵抗効果体と、
   前記磁気抵抗効果体の表面上に前記磁気抵抗効果体と重ねて配置され、前記磁気抵抗効果体と同一の平面パターンを有する絶縁層と、
   前記絶縁層の端部から露出された前記磁気抵抗効果体に一部が接続され、前記絶縁層上に形成された配線と、
   を備えた磁気抵抗効果素子。