JP3544141B2 - 磁気検出素子および磁気検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界の変化を検出する磁気検出素子に関し、特に磁性体の回転を検出する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に磁気抵抗素子（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子と称す）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。
【０００３】
図３４および図３５は従来の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３４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つ以上の凹凸を有し、回転軸４１の回転に同期して回転する磁性回転体４２と、この磁性回転体４２と所定の間隙をもって配置されたＭＲ素子４３と、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。
【０００４】
図３６は、従来のＧＭＲ素子の特性を示す図である。
図３６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）を有すると共に、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。
【０００５】
図３７および図３８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３７および図３８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磁性回転体４２と、この磁性回転体４２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）４７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。
【０００６】
図３９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る。
図４０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３９および図４０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。
【０００７】
図４１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４１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４８ｃは電源端子ＶＣＣに接続され、ＧＭＲ素子４８ｂと４８ｄは接地され、ＧＭＲ素子４８ａと４８ｂの各他端は接続点５５に接続され、ＧＭＲ素子４８ｃと４８ｄの各他端は接続点５６に接続される。
【０００８】
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共に、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基づいて基準電圧を構成する分圧回路５２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共に、比較回路６４のアンプ６５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基づいて基準電圧を構成する分圧回路５６に接続されると共に、抵抗器５７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に接続されると共に、抵抗器６１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。
【０００９】
図４２は、従来の磁気検出素子の構成を示す図である。
図４３は、従来の磁気検出素子の動作を示す特性図である。
図４２に示すように、ホイートストンブリッジは、ＧＭＲ素子４８（４８ａ、４８ｂ、４８ｃおよび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４３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４３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で波形成形され、この結果、その出力端子７０には図４３に示すようにその立上り、立下りの急峻な“０”または“１”の出力が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の磁気検出素子に用いられるＧＭＲ素子は非常に敏感な素子であるため、その特性を充分に引き出すためには、例えば、ＧＭＲ素子を形成する下地層の表面を平坦にする等の条件が必要となる。従って、例えば、集積回路が形成された面と同一の面にＧＭＲ素子を形成することは困難であった。
このため、ＧＭＲ素子と集積回路を別に構成し、それらを電気的に接続しなければならず、生産性が低く、製造コストが高くなるという課題があった。
また、比較回路の出力は、磁性回転体と磁気検出素子との間隙の大きさに依存して変動するため、いわゆる、間隙特性が悪いという課題があった。
【００１１】
従って、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、低コストで生産性がよく、かつ、検出精度の高い磁気検出素子およびこれを用いた磁気検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の磁気検出素子は、基板上に形成された下地層と、下地層上に形成され、磁界の変化を検出する巨大磁気抵抗素子と、下地層上に形成され、巨大磁気抵抗素子によって検出される磁界の変化に基づいて、所定の演算処理を行う集積回路と、を備えてなり、巨大磁気抵抗素子および集積回路を同一面上に形成したことを特徴とする磁気検出素子。
【００１３】
また、上記集積回路を形成するために下地層上に形成する金属膜のうち、集積回路を形成する領域以外の金属膜をパターニングし、巨大磁気抵抗素子と集積回路を接続するための第１配線を形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、上記第１配線は、金属膜をウェットエッチングすることにより形成され、テーパ形の断面形状を有することを特徴とする。
【００１５】
また、上記第１配線を作製するための金属膜の表面と、巨大磁気抵抗素子を形成する面の段差を少なくするために、巨大磁気抵抗素子を形成する領域の下地層に、第１の段差緩衝層を形成し、第１の段差緩衝層上に巨大磁気抵抗素子を形成したことを特徴とする。
【００１６】
また、上記第１の段差緩衝層は、絶縁層で構成されており、第１の段差緩衝層と、第１配線を作製するための金属膜の表面との段差を、巨大磁気抵抗素子の膜厚よりも十分に小さくしたことを特徴とする。
【００１７】
また、上記第１の段差緩衝層は、スピンコート法によって作製される流動性を有するレジスト層あるいは樹脂層であり、第１の段差緩衝層と、第１配線を作製するための金属膜の表面との段差を、巨大磁気抵抗素子の膜厚よりも十分に小さくしたことを特徴とする。
【００１８】
また、上記巨大磁気抵抗素子を形成するために、上記下地層、上記集積回路および第１配線の上面全体に巨大磁気抵抗素子膜を形成した後、集積回路上に形成された巨大磁気抵抗素子膜を除去せずに集積回路の保護膜として残しておくことを特徴とする。
【００１９】
また、上記第１配線の上に、巨大磁気抵抗素子を構成する膜と同一の膜を形成したことを特徴とする。
【００２０】
また、上記第１配線の上面および側面の半分以上を、巨大磁気抵抗素子を構成する膜と同一の膜で被覆したことを特徴とする。
【００２１】
また、上記巨大磁気抵抗素子は、Ｆｅ_(x)Ｃｏ_(1-x)(０≦ｘ≦0.3)層とＣｕ層とを繰り返し積層することにより構成されてなり、Ｃｕ層１層の膜厚を、該Ｃｕ層１層の磁気抵抗変化率が第２のピーク近傍となるような膜厚に設定すると共に、巨大磁気抵抗素子上に形成する保護膜をスパッタ法または低温プラズマＣＶＤ法で作成することを特徴とする。
【００２２】
また、上記巨大磁気抵抗素子と集積回路との間にダイオードを形成したことを特徴とする。
【００２３】
また、上記下地層の表面の粗さの平均値を５０Å以下としたことを特徴とする。
【００２４】
また、上記下地層の表面の粗さの平均値を１Å以上２５Å以下としたことを特徴とする。
【００２５】
また、上記巨大磁気抵抗素子の出力を集積回路に伝送する線路に差動増幅器および比較器をさらに備え、比較器は、巨大磁気抵抗素子と、巨大磁気抵抗素子の観測対象との間の距離によらず一定の値となる差動増幅器の出力値を、観測対象の位置を判断するための判定レベルに設定することを特徴とする。
【００２６】
さらに、この発明の磁気検出装置は、外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、磁石の磁性回転体の外周に対向する面に付設される上記磁気検出素子とを備えてなり、磁気検出素子は、磁性回転体の回転に伴う磁性回転体と磁石との間の磁界の変化を検出し、当該検出結果に基づき磁性回転体の回転量を検出する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る磁気検出素子の一実施の形態を図について説明する。
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の構成を示す平面図および断面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
また、図３および図４は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す側面図および斜視図である。また、図５はこの発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【００２８】
図１および図２に示すように、この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子２８は、基板１上に形成した下地層２の上に、第１配線としての金属配線６および巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子７を形成したものである。なお、この発明における下地層とはＧＭＲ素子を形成するための下地層のことである。
また、図１には、２つのＧＭＲ素子７を太線で示してある。
図３および図４に示すように、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の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３とを備える。
【００２９】
実施の形態１は、集積回路が形成される面の同一平面上に、巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子を形成するものである。
前述したように、ＧＭＲ素子は、膜厚が数Å〜十数Åという超薄膜層から構成されているため、ＧＭＲ素子を設置する下地層の表面のわずかな凹凸の影響も受けやすい。
下地層の表面の凹凸が著しい時には、ＧＭＲ素子は全く抵抗変化を示さなくなる。下地層の表面が平滑になる程、ＧＭＲ素子の抵抗変化率は大きくなるが、抵抗変化を生じさせるための磁界も同様に大きなものが要求される。
【００３０】
図６は、磁気検出素子における単位磁界あたりの抵抗変化率と下地層の表面の粗さとの関係を示す特性図である。
図６に示す単位磁界当たりの抵抗変化率（以下では、磁界感度と称す）は、ＧＭＲ素子を設置する基板として、Ｓｉ、Ｓｉ熱酸化膜、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタリングで作製した酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル膜などの下地層を形成した基板や、ソーダガラス基板および各種のセラミック基板を用いた場合の特性を示すものである。
下地の表面の平滑性は、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等を用いて測定可能であり、図６では粗さの平均値（Ｒａ）という値で表現している。
【００３１】
図６からわかるように、表面粗さの平均値Ｒａ＜５０Åで、ＧＭＲ素子の大きな磁界感度が得られるようになり、特に１Å＜Ｒａ＜２５Åで最も良い磁界感度が得られている。
また、ＧＭＲ素子と集積回路は、集積回路を形成する過程において形成される金属膜によって電気的に接続されている。集積回路内においては、トランジスタや抵抗といった各素子は金属膜により電気的に接続されており、一般的に、この金属膜としてはアルミ膜が用いられている。このアルミ膜を、ＧＭＲ素子と集積回路を接続するために必要な所定の領域に形成することにより、ＧＭＲ素子と集積回路の電気的な接続を行っている。
このアルミ膜から配線を形成するパターニングプロセスは、ウェットエッチングにより行う。ウェットエッチングによる等方性エッチングの特性を利用することにより、配線の断面形状をテーパ形にすることができるので、ＧＭＲ素子とアルミ膜との接続部を、強度的に有利な断面形状にすることができる。
【００３２】
図４４は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の構成を上面から透過的に示す概念図である。図４４に示すＧＭＲ素子７は、図１に示すＧＭＲ素子７とは表し方が異なり、さらに太く示してあるが、これらは同一構造のＧＭＲ素子を示している。
図４５は、図４４におけるＡ−Ａ'断面の構造を示す図である。
図４４および図４５に示すように、この発明の実施の形態１においては、金属配線６の上にＧＭＲ素子膜５ｂを形成してもよい。なお、図４５は、ＧＭＲ素子膜５ｂの上に、さらに、保護膜１０８および保護膜１０９を形成した状態を示している。
このように、金属配線６の上にＧＭＲ素子膜５ｂが形成されるように、ＧＭＲ素子膜５ｂをパターニングすれば、金属配線６とＧＭＲ素子７とを確実に電気的に接続することができる。
この場合、金属配線６の上面および側面を全てＧＭＲ素子膜５ｂで被覆することが好ましいが、金属配線６の上面および側面の約半分以上を被覆することで充分な効果が得られる。
【００３３】
図７ないし図１０は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の製造工程の様子を概念的に示す図である。
まず、図７に示すように、磁気検出素子２８の集積回路形成過程において、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、アルミ膜などの金属膜４を形成した後、集積回路３を形成する際に、集積回路３を形成しない部分の金属膜４（基板１上の右半面）をパターニングせずに残しておく。
そして、図８に示すように、この金属膜４に写真製版技術による転写を用いて所定の金属配線６にパターニングする。その後、図９に示すように、これらの表面全体にＧＭＲ素子膜５を形成し、図１０に示すように、写真製版技術による転写を用いて所定のパターンのＧＭＲ素子７をパターニングする。
【００３４】
このように、実施の形態１では、基板１上に形成された下地層２上にＧＭＲ素子７を形成し、さらに、集積回路３を構成するための金属膜４の一部を集積回路３とＧＭＲ素子７を電気的に接続するための金属配線６としても用いている。このため、従来のように、それぞれ別々の膜表面上に構成されたＧＭＲ素子および集積回路を電気的に接続する必要がなく、また、金属配線を作製するために別個の金属膜を成膜する必要もないので、磁気検出素子２８およびこれを用いた磁気検出装置の生産性向上および低コスト化を図ることができる。
【００３５】
また、ＧＭＲ素子７を形成する下地層２の表面粗さの平均値を５０Å以下とし、特に１Åより大きく２５Åより小さくしたので、ＧＭＲ素子７の特性を向上させることができ、精度の高い磁気検出素子を提供することができる。
さらに、金属膜４から金属配線６を作製するためのパターニングプロセスをウェットエッチングにより行うことにより、金属配線６とＧＭＲ素子７との接続部における金属膜４の断面形状をテーパ形にできるので、当該接合部における断線の発生が大幅に抑制され、さらに金属配線６をＧＭＲ膜５ｂで覆うようにパターニングすることで電気的な接続も確実に行うことができ、磁気検出素子２８およびこれを用いた磁気検出装置の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１においては、パターニングされた金属膜（即ち図１０に示す金属配線６）上および下地層２上に巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子膜５を作製し（図８、図９参照）、ＧＭＲ素子膜５にパターニングを行うことにより、金属配線６とＧＭＲ素子７との接続を良好にすることができた。
しかし、ＧＭＲ素子７の厚さは、５００Å〜２０００Å程度と金属配線６を構成する金属膜４より比較的薄く、金属膜４がＧＭＲ素子７の厚さに較べて十分に厚い場合には、金属配線６とＧＭＲ素子７との接続部分における接続状態が不安定になる場合もある。これは、これらの接合部に大きな段差が生じることにより、金属配線６を構成する金属膜４よりも薄いＧＭＲ素子７が断線することがあるためである。
このような場合には、金属配線６とＧＭＲ素子７を作製する面の高さを同じ程度にすることで良好な接続状態を得ることができる。以下、その方法について説明する。
【００３７】
図１１および図１２は、この発明の実施の形態２に係る磁気検出素子の要部の断面図である。
例えば金属膜４の厚さを１μｍとする。図１１に示すように、金属膜４をパターニングして形成された金属配線６と、下地層２の上面に、第１の段差緩衝層としての膜厚が１．５μｍの酸化Ｓｉ膜８を成膜する。
その後、酸化Ｓｉ膜８の上面をダイヤモンド等の超微細粒子で研磨する。研磨する厚さを１．５μｍよりも少し厚くすると、酸化Ｓｉ膜８の表面と、金属配線６を作製するための金属膜４の表面との段差を、ＧＭＲ素子７の膜厚よりも十分に小さくできるので、図１２に示す研磨後の断面から分かるように、金属配線６および酸化Ｓｉ膜８の表面の高さを揃えることができる。
【００３８】
このように金属配線６および酸化Ｓｉ膜８の上面の高さを揃えた後に、これらの上面にＧＭＲ素子９を成膜すれば、金属配線６とＧＭＲ素子９との接続部分に段差は生じないので、接続状態をより良好にすることができる。なお、酸化Ｓｉ膜８を研磨するために用いた研磨砥粒は十分に粒子が細かいものであるため、研磨後の表面は十分平坦な面となり、良好なＧＭＲ素子特性が得られるものである。
以上の説明では、このような酸化Ｓｉ膜８を用いた場合について説明したが、酸化タンタルや窒化Ｓｉ等の絶縁層を用いても、上述の説明と同様の効果を得られる。
【００３９】
実施の形態３．
図１３および図１４は、この発明の実施の形態３に係る磁気検出素子の製造工程における様子を概念的に示す断面図である。
図１５は、この発明の実施の形態３に係る磁気検出素子を概念的に示す断面図である。
実施の形態３では、第１の段差緩衝層としてのレジストやポリイミドあるいはＰＶＳＱ（シリコンラダーポリマ）等の樹脂層をスピンコート法で塗布することにより、配線と巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子を作製する面の高さを揃える。
例えば実施の形態２と同様に、厚さ１μｍの金属膜をパターニングして金属配線６を作製した後、全面に２μｍ厚のレジスト１０をスピンコート法によって塗布すれば、図１３に示すようにレジスト１０の上面は段差のない平坦な面になる。
そして、レジスト１０の上面をレジストアッシング等の方法で除去してレジスト１０を均等に薄くしていく。金属配線６の上面が現れるまでレジスト１０を除去すれば、レジストアッシング後の断面は、図１４に示すようにレジスト１０の表面と、金属配線６を作製するための金属膜４の表面との段差を、ＧＭＲ素子９の膜厚よりも十分に小さくできるので、金属配線６の上面とＧＭＲ素子９を作製する面の高さをほぼ揃えることができる。
【００４０】
こうして作製した金属配線６およびレジスト１０の上面全体に、例えば１０００Åの酸化Ｓｉ膜等の薄膜を作製し、写真製版とＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により金属配線６上に形成された薄膜を除去してレジスト１０上の酸化Ｓｉ膜１１のみを残すと共に、金属配線６をむき出しにする（図１５参照）。
以下は、図１５に示すように、実施の形態２と同様にＧＭＲ素子９を作製する。
【００４１】
以上の説明では、レジスト１０を薄くする方法として、レジストアッシングを用いたが、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）やＩＢＥ（イオンビーム・エッチング）、さらには現像液によるウエットエッチング等を行っても、上述の場合と同様にレジストを除去できる。
また、ＧＭＲ素子９を作製する前にレジスト１０上に１０００Åの酸化Ｓｉ膜１１を作製する理由は、レジスト自体が溶剤等に弱いため、ＧＭＲ素子９をパターニングする際にレジスト１０が除去されるのを防止するためである。
なお、ＧＭＲ素子９のパターニング工程で、レジスト層を溶かすような溶剤を用いない場合は、このような酸化Ｓｉ膜１１を作製しなくてもよい。
【００４２】
実施の形態４．
図１６はこの発明の実施の形態４に係る磁気検出素子の要部を示す図である。 実施の形態４では、巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子を作製するためのＧＭＲ素子膜５ａを下地層２および金属配線６の上面全体に形成した後、集積回路上に形成したＧＭＲ素子膜５ａを除去せずに残して、ＧＭＲ素子７をパターニングする。即ち、ＧＭＲ素子を形成するために、集積回路３および金属配線６の上面全体に成膜された巨大磁気抵抗素子膜のうち、集積回路３上に形成されたＧＭＲ素子膜５ａを除去せずに残しておき、イオンの衝撃から保護するための保護膜として用いる。
【００４３】
このようなＧＭＲ素子７のパターニングは、一般的にＩＢＥ法によって行われるものである。従って、実施の形態１のようにＧＭＲ素子７として用いる部分のみを残してパターニングを行い、他の部分を除去する場合は、イオンの衝突により集積回路にダメージを与えるおそれがある。しかし、実施の形態４では、ＧＭＲ素子７のパターニングを行う際に、集積回路上のＧＭＲ素子を除去しないので、イオンの衝突によるダメージから集積回路を保護することができ、この結果、磁気検出素子の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
実施の形態５．
図１７および図１８は、この発明の実施の形態５に係る磁気検出装置の構成を示す側面図および斜視図である。
実施の形態５では、図１７および図１８に示すように、巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子９を集積回路３上に作製する。
図１９、図２０および図２１は、この発明の実施の形態５に係る磁気検出装置に用いられる磁気検出素子の製造工程における断面構造を概念的に示す図である。
【００４５】
図１９に示すように、写真製版技術による転写およびＲＩＥ法により、基板１上に集積回路３、金属パッド１１および下地層２を形成し、さらに、金属パッド１１がむき出しになった面および下地層２の上面全体に、第２の段差緩衝層としての酸化Ｓｉ膜３６を成膜する。
酸化Ｓｉ膜３６は、下地層２の表面と金属パッド１１の表面の最大段差ｄ（図１９中の矢印参照）より厚く成膜することが必要である。例えば、最大段差ｄの２倍程度の膜厚とし、酸化Ｓｉ膜３６の上面を実施の形態２の場合と同様に平坦に研磨する。
このとき研磨する酸化Ｓｉ膜３６の厚さは、集積回路３の最大段差ｄより少し薄い程度とする。
なお、図１９ないし図２１は、集積回路３上に直接金属パッド１１が形成されている部分を示すが、絶縁層である下地層２上に金属パッド１１が形成され、金属パッド１１と集積回路３が絶縁されている部分もある。
【００４６】
図２０に示すように研磨した後、写真製版技術による転写およびＲＩＥ法により金属パッド１１上の酸化Ｓｉ膜３６のみを除去して、金属パッド１１上部に孔部１３を形成する（図２０中は孔部１３内が金属膜１２で埋まっている状態を示す）。そして、孔部１３内および酸化Ｓｉ膜３６の上面全体に金属膜１２を成膜する。金属膜１２は、孔部１３の深さより少し厚い程度に成膜する。
さらに写真製版技術による転写を用いた後、金属膜１２をエッチングすることにより、酸化Ｓｉ膜３６上に形成された金属膜１２のみを除去すると、孔部１３内部のみに金属膜１２を残すことができ、孔部１３を金属膜１２で埋め込むことができる。
このとき、下地層２の表面と金属パッド１１の表面にあったような段差（図１９参照）は酸化Ｓｉ膜３６上には存在しなくなり、ＧＭＲ素子９を作製するのに十分に平坦な表面を有する酸化Ｓｉ膜３６を作製できる。
【００４７】
そして、図２１に示すように、孔部１３に埋め込まれた金属膜１２に接続するようにＧＭＲ素子９を作製すれば、集積回路３上にＧＭＲ素子９を作製すると共に、集積回路３とＧＭＲ素子９を電気的に接続することができる。
これにより、基板１の面積の削減が可能となるため、コスト低減を図ることができると共に、磁気検出素子３２およびこれを用いた磁気検出装置を小型化することができる。
なお、一般には集積回路３の上面には段差があり、ＧＭＲ素子９は下地層２表面のわずかな段差によっても強く影響を受けるため、この段差をなくしてから、ＧＭＲ素子９を形成する。
【００４８】
実施の形態６．
図２２および図２３は、この発明の実施の形態６の磁気検出素子の断面構造を概念的に示す図である。
実施の形態６は、実施の形態５で用いた酸化Ｓｉ膜の代わりに、レジストを第２の段差緩衝層として用いて磁気検出素子を作成するものである。
図２２に示すように、基板１上に集積回路３を形成した後、集積回路３と電気的接続を取るための金属パッド１１を形成し、金属パッド１１がむき出しになった面および下地層２の表面全体に、第２の段差緩衝層としてのレジスト１４をスピンコート法で塗布する。塗布するレジスト１４の厚さは、下地層２の表面と金属パッド１１の表面との最大段差ｄより厚くしてやればよい。ここでは、レジスト１４を、例えば集積回路３の表面の最大段差ｄの２倍程度の厚さに形成する。
【００４９】
図２２に示すように、第２の緩衝層としてのレジスト１４の表面は平坦になっている。さらにこの上に、酸化Ｓｉ膜１５を例えば１０００Å程度成膜する。
なお、ここでは酸化Ｓｉ膜１５を用いたが、他の材質の膜を用いてもよい。
次に写真製版技術による転写とＲＩＥ法およびレジストアッシング法を行うことにより、金属パッド１１上の酸化Ｓｉ膜１５とレジスト１４を除去し、金属パッド１１の上部に孔部１３を形成する。
なお、レジスト１４上に酸化Ｓｉ膜１５を形成するのは、孔部１３を形成するために用いるエッチング溶液にレジスト１４が溶けやすいので、孔部１３を作製する部分以外のレジストがエッチング工程において溶解することを防止するためである。従って、エッチング工程で、レジスト１４を溶かすことのない溶剤を用いる場合は、酸化Ｓｉ膜１５を形成する必要はない。
【００５０】
そして、孔部１３の内部および酸化Ｓｉ膜１５の表面全体に金属膜１６を形成する。この金属膜１６の膜厚は、孔部１３の深さより少し厚い程度とする（この状態は図示しない）。
さらに、写真製版技術による転写およびエッチングを行うことにより、金属パッド１１上部以外の金属膜１６を除去する。
この結果、図２３に示すように、金属パッド１１上の孔部１３を金属膜１６で埋め込むことができる。
集積回路３上にあった段差はなくなり、ＧＭＲ素子９を作製するのに十分に平坦な面を得ることができる。
【００５１】
図２３に示すように、レジスト１４および酸化Ｓｉ膜１５に埋め込まれた金属膜１６に接続するように、酸化Ｓｉ膜１５上にＧＭＲ素子９を作製することにより、集積回路３の上部にＧＭＲ素子９を作製することができる。
この結果、基板１の面積の削減が可能となるため、コスト低減を図ることができると共に、磁気検出素子３３およびこれを用いた磁気検出装置を小型化できる。
また、上述の説明では、レジストを用いたが、ポリイミド、ＰＶＳＱ等の樹脂層をスピンコートで塗布しても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
実施の形態７．
図２４および図２５は、この発明の実施の形態７の磁気検出素子の表面および裏面の構成を示す図である。
図２６および図２７は、この発明の実施の形態７の磁気検出素子の斜視図および側面図である。
実施の形態７では、巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子９を集積回路が形成された基板平面とは異なる平面上に構成するものである。
【００５３】
図２６および図２７に示すように、ＧＭＲ素子９を形成した基板１を、第２の基板としての基板１７上に、ＧＭＲ素子９を形成した面を重ねるようにして配設する。
このとき、基板１７に配設された第１配線としての金属配線１８と、基板１のＧＭＲ素子９が形成された面側の金属パッド１９を半田３７によって電気的に接続する。そして、基板１の集積回路３が形成された面側の金属パッド１１と、基板１７の金属配線１８をワイヤ２０で電気的に接続する。
このように、実施の形態７では、ＧＭＲ素子９を集積回路３が形成された基板１の面とは異なる面上に形成し、さらに接続のための金属パッド１９を設けたので、基板１の面積を縮小して磁気検出素子３４およびこれを用いた磁気検出装置を小型化できると共に、低コスト化を図ることができる。
なお、ここでは、ＧＭＲ素子９を形成した面を基板１７に合わせるように基板１を配設したが、集積回路３を形成した面を基板１７に合わせるようにして基板１を配設しても、同様の効果を得ることができる。
【００５４】
実施の形態８．
図２８および図２９は、この発明の実施の形態８の磁気検出素子を表す正面図および裏面図である。
図３０および図３１は、この発明の実施の形態８の磁気検出素子を表す斜視図および側面図である。
実施の形態８では、基板１の両面に巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子９を形成する。即ち、集積回路３が形成された面には、実施の形態５と同様に集積回路３の上にＧＭＲ素子９を形成し、また、反対側の面にもＧＭＲ素子９を形成する。なお、ＧＭＲ素子９の作製方法等は他の実施の形態と同様の方法で行う。
このように、基板１の両面にＧＭＲ素子９を形成すると、精度の高い磁気検出素子が得られる。さらに、基板の面積を縮小することができ、低コストの磁気検出素子を得ることができ、磁気検出素子を小型化できるという効果もある。
【００５５】
図３２は、この発明の実施の形態８の磁気検出装置の構成を概念的に示すブロック図である。
図３３は、この発明の実施の形態８に係る磁気検出素子の動作を示す特性図である。
図３２に示すように、この発明の実施の形態８の磁気検出装置は、磁性回転体２１と所定の間隙をもって配置され、磁石２２より磁界が与えられるＧＭＲ素子９を用いたホイートストンブリッジ回路２３と、このホイートストンブリッジ回路２３の出力を増幅する差動増幅回路２４と、この差動増幅回路２４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２５と、この比較回路２５の出力を受けてスイッチングする出力回路２６とを備える。
なお、図３２に示すホイートストンブリッジ回路２３の回路構成は、従来のもの（図４１参照）と同様であるため、その説明を省略する。
【００５６】
図３２において、磁性回転体２１が回転することで、ホイートストンブリッジ２３を構成するＧＭＲ素子９に磁界変化が与えられると、図３３に示すように、差動出力回路２４の出力側には、磁性回転体２１の凹凸に対応した出力が得られる。
また、ＧＭＲ素子９と磁性回転体２１との間隙の変化に対する差動増幅回路の出力特性として、間隙の大きさに拘わらず、同一の出力となる点Ａ、Ｂが存在する。
従って、この点Ａ、Ｂを通過するように比較回路の基準値を設定すれば、間隙の大小に依らず一定の位置で比較回路の出力を変化させることができ、いわゆる間隙特性を良好にすることが可能になる。この結果、磁性回転体２１の回転移動量を正確に把握することができる。
【００５７】
このように、実施の形態８では、ＧＭＲ素子９を集積回路３が形成された基板の同一平面上と異なる平面上に、それぞれ形成したので、精度の高い磁気検出素子３５およびこれを用いた磁気検出装置を得ることができる。また、基板の面積を縮小できるので、磁気検出素子の低コスト化を図ることができる。さらに、基板の面積を縮小することにより、磁気検出素子を小型化することもできる。
なお、ここでは、ＧＭＲ素子９が形成された面を下側にする構成について説明を行ったが、集積回路が形成された面を下側にしても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態９．
図４６ないし図５０は、この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子の構造を示す図である。
特に図４６および図４８は、磁気検出素子の上面側を透過的に示す概念図であり、図４７および図４９は、図４６および図４８のそれぞれにおけるＡ−Ａ'線による断面およびＢ−Ｂ'線による断面を示す図である。また、図５０は、この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子の断面構造を示す図である。
なお、図４６に示すＧＭＲ素子７は、図４４に示すＧＭＲ素子７と同様に、図１に示すＧＭＲ素子７とは表し方が異なるが、これらは同一構造のＧＭＲ素子を示している。
【００５９】
図５０に示すように、一般的に、集積回路３上には段差３ａがあり、ＧＭＲ素子を形成するには適していない。しかしながら、コンデンサ１０７を構成する集積回路３の電極部３ｂの上面には、段差のほとんどない平坦な面が存在する。
集積回路３のコンデンサ部としての電極部３ｂは、絶縁膜１０２を介してＳｉ基板１との間でコンデンサを１０７構成するため、その上部には、比較的広い面積の平坦面が存在する。この平坦面は、ＧＭＲ素子７を作製するのに十分な平坦さを有する。
【００６０】
従って、集積回路３の電極部３ｂの上にＧＭＲ素子７を形成すれば、ＧＭＲ素子７の特性に悪影響を及ぼすことはない。
このように、この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子１００は、実施の形態５で説明した磁気検出素子と同様に、図１７および図１８に示す磁気検出装置に用いられる磁気検出素子であるが、特に、巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子７を、集積回路３の電極部３ｂ上に形成するものである。
【００６１】
図５０に示す磁気検出素子１００を作製するためには、まず、基板１上に絶縁膜１０２、集積回路３、下地層２、第２金属層１０４を順次形成する。第２金属層１０４にコンタクトホール１０１を形成した後、コンタクトホール１０１を介して、集積回路３を形成している金属配線６と第２金属層１０４とを接続する。第２金属層１０４は、集積回路３と、後に形成するＧＭＲ素子７とを電気的に接続するために用いるものである。
そして、写真製版工程とエッチング工程により第２金属層１０４をパターニングして第２配線としての金属配線１０６を形成した後、金属配線１０６上および下地層２上に、巨大磁気抵抗素子としてのＧＭＲ素子７を形成する。
【００６２】
ＧＭＲ素子７は、金属配線１０６をパターニングした後に、金属配線１０６および下地層２の上の全面にＧＭＲ素子膜および保護膜１０８を成膜し、写真製版技術を用いてパターニングすることによって形成される。
そして、ＧＭＲ素子７および保護膜１０８を形成した後に、さらに、保護膜１０９を形成すれば、図５０に示す構造の磁気検出素子１００を作製することができる。
【００６３】
上述のような磁気検出素子１００の製造方法において、第２金属層１０４から金属配線１０６を形成するためのパターニングプロセスは、ウェットエッチングによって行うことが好ましい。ウェットエッチングの等方性を利用すれば、金属配線１０６の断面形状をテーパ形にすることができるので、ＧＭＲ素子７と金属配線１０６との接続部を強度的に有利な断面形状にすることができる。
さらに図４６および図４７に示すように、ＧＭＲ素子７と金属配線１０６との接続部のみならず、金属配線１０６を全体的にＧＭＲ素子膜で覆うように、ＧＭＲ素子膜をパターニングすることにより、金属配線１０６とＧＭＲ素子７と電気的に確実に接続することができる。この場合、金属配線１０６の上面および側面を全てＧＭＲ素子膜で被覆することが好ましいが、金属配線１０６の上面および側面の約半分以上を被覆することで、金属配線１０６とＧＭＲ素子７との間の充分な電気的接続を確保することができる。
【００６４】
上述の磁気検出素子１００の製造方法では、集積回路３の電極部３ｂ上に形成された下地層２の上にＧＭＲ素子７を形成する場合について説明した。上述の説明では、第２金属層１０４は、パターニング後に金属配線１０６としてのみ用いられる。
しかしながら、このように第２金属層１０４を金属配線１０６としてパターニングするだけでなく、金属配線１０６の一部を第２の集積回路（図示せず）としてパターニングする場合には、下地層２は、集積回路３と第２の集積回路との間では、層間絶縁膜として機能することになる。
このように金属配線１０６の一部を第２の集積回路としてパターニングする場合でも、集積回路３の電極部３ｂ上には、平坦な表面を有する層間絶縁膜（下地層２と同一の膜質を有する）が存在するので、当該層間絶縁膜の上にＧＭＲ素子７を形成すればよい。
【００６５】
以上、この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子１００のように、集積回路３上の下地層２の上にＧＭＲ素子７を形成すれば、ＧＭＲ素子７を形成するための平坦面を作製する研磨プロセスが不要となると共に、基板１の面積の削減が可能となる。このため、コスト低減を図ると共に、磁気検出素子およびこれを用いた磁気検出装置の小型化を図ることができる。
【００６６】
実施の形態１０．
図５１および図５２は、この発明の実施の形態１０に係る磁気検出素子を表す正面図および断面図である。
なお、この発明の実施の形態１０に係る磁気検出素子１０５は、実施の形態５で説明した磁気検出素子と同様に、図１７および図１８に示す磁気検出装置に用いられる磁気検出素子である。
【００６７】
図５２に示すように、磁気検出素子１０５の製造に当たって、基板１上に金属配線６、下地層２、第２金属層１０４を順次形成し、下地層２の上にＧＭＲ素子を形成することは、図５０に示す実施の形態９に係る磁気検出素子１００の製造と同様であるが、実施の形態９の場合よりも下地層２の膜厚を厚くしてある。
このように下地層２の膜厚を厚くするのは、下地層２に十分な膜厚があれば、下地層２が金属配線６の上に形成されている場合でも、下地層２に熱処理を行えば、ＧＭＲ素子７を形成するのために十分な平坦さを有する面を、容易に作製することができるからである。
【００６８】
また、下地層２を厚くすることにより、金属配線６と金属配線１０６とをコンタクトホールを介して電気的に接続することが困難となる。これは、コンタクトホールを作製することはできても、その後に作製する第２金属層１０４をコンタクトホール内にうまく充填することが困難であり、結果的に、金属配線６と金属配線１０６との間における電気的接続を十分に確保することができないからである。
そこで、実施の形態１０に係る磁気検出素子１０５では、下地層２に孔部１１１を形成し、孔部１１１を通じて、第２金属層１０４をパターニングすることによって形成される金属配線１０６と、金属配線６とをボンディングワイヤ１０３によって接続している。
【００６９】
なお、図５２に示すように、正確には、ボンディングワイヤ１０３はＧＭＲ素子７に接続されており、ＧＭＲ素子７を介して、金属配線６と金属配線１０６とが接続されている。また、図示しない集積回路は、金属配線６と同一のアルミ膜で形成されている。
このように、下地層２を厚く形成する場合には、ボンディングワイヤ１０３を用いることにより、金属配線６と金属配線１０６とを電気的に接続することができる。このようにして下地層２の膜厚を厚くすることができれば、金属配線６の上に位置する下地層に、リフローなどの簡単な熱処理を加えるだけで、下地層２の表面に十分に平坦な面を作製することができる。
【００７０】
また、実施の形態９に係る磁気検出素子１００のように、コンタクトホール１０１によって生じる段差を考慮する必要がなくなる。従って、実施の形態９では、コンタクトホール１０１を埋めるべく厚めに形成する必要のあった金属配線１０６を、薄く形成することが可能となる。また、この結果、金属配線１０６とＧＭＲ素子７との膜厚の差が小さくできるので、金属配線１０６とＧＭＲ素子７との接合部における電気的接続を安定化させることが可能となる。
以上より、この発明の実施の形態１０に係る磁気検出素子１０５では、熱処理などの簡単な平坦化処理だけでＧＭＲ素子７を作製するための平坦面を作製することができるので、基板１の面積を縮小して、磁気検出素子およびこれを用いた磁気検出装置の小型化を図ることができる。また、ＧＭＲ素子７と金属配線１０６との接続をより安定なものにすることができるので、コスト低減を図ることができる。
【００７１】
実施の形態１１．
図５３は、この発明の実施の形態１１に係る磁気検出素子のＧＭＲ素子の耐熱を示す特性図である。
図５３の特性図において、横軸はＧＭＲ素子７の上に保護膜を形成する際の基板温度を示しており、縦軸はＧＭＲ素子７の磁気抵抗変化率（ＭＲ比：Magneto Resistance Ratio）を示している。実施の形態１１では、ＧＭＲ素子７として、Ｆｅ_(x)Ｃｏ_(1-x)(０≦ｘ≦0.3)膜とＣｕ膜とを繰り返し積層した膜を用いている。この積層体におけるＣｕ膜１層の膜厚は、Ｃｕ１層のＭＲ比が第２のピーク近傍となる膜厚（約２０Å）に設定してある。
図５３の特性からは、ＧＭＲ素子７は、３００℃以上に加熱されると、ＭＲ比が急激に低下することが分かる。
この発明の実施の形態１０に係る磁気検出素子は、Ｆｅ_(x)Ｃｏ_(1-x)(０≦ｘ≦0.3)膜とＣｕ膜との積層体からなるＧＭＲ素子７の上に保護膜１０８および保護膜１０９を形成する工程において、基板温度を３００℃以下に制限するものである。
【００７２】
この場合、図５３に示すように、ＧＭＲ素子７の特性は、基板温度が３００℃を超えると急激に低下することがわかる。ＧＭＲ素子７は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からなる金属膜なので、耐腐食性を確保するためにＧＭＲ素子７を形成した後で保護膜を形成する必要がある。
しかし、この保護膜の形成に際して、基板温度を３００℃以上に設定すると、図５３に示すように、ＧＭＲ素子７の特性を劣化させてしまう。従って、この保護膜１０８および保護膜１０９は、ＧＭＲ素子７の膜質を低下させることのないスパッタ法や低温プラズマＣＶＤ法等によって形成する必要がある。
スパッタ法や低温プラズマＣＶＤ法等によって保護膜１０８および１０９を形成すれば、基板温度が３００℃以上になることはないので、ＧＭＲ素子７の特性を悪化させることなく、充分な耐久性を有する磁気検出素子を提供することができる。
【００７３】
実施の形態１２．
実施の形態１ないし実施の形態１０に係る磁気検出素子において、ＧＭＲ素子７のパターニングは、一般的にＩＢＥ法によって行われるものである。
従って、例えば、実施の形態１のようにＧＭＲ素子７として用いる部分のみを残してパターニングを行い、他の部分を除去するような場合には、イオンの衝突により、磁気検出素子の表面に電荷が生じる。この電荷は、ＧＭＲ素子７の側壁部を通じて集積回路３に達し、集積回路３にダメージを与えるおそれがある。
【００７４】
図５４は、実施の形態１２に係る磁気検出素子の構成を概念的に示すブロック図である。
実施の形態１２に係る磁気検出素子は、集積回路３とＧＭＲ素子７との境に保護ダイオード１１０を備える。この保護ダイオード１１０は、ＧＭＲ素子７のパターニングを行うためのＩＢＥプロセスにおいて、磁気検出素子の表面に電荷が帯電しても、電荷の集積回路３への流入を防止することができる。なお、保護ダイオード１１０は、上述したＩＢＥプロセス中に集積回路３の表面に電荷が生じた場合のみならず、例えば下地層２を成膜するプロセス等の他のプロセスにおいて磁気検出素子の表面に電荷が生じた場合にも、集積回路３への電荷の流入を阻止することができる。
この結果、集積回路３が、電荷の流入によるダメージを受けることがなくなり、磁気検出素子の信頼性を向上させることができる。
【００７５】
【発明の効果】
この発明の磁気検出素子は、基板上に形成された下地層と、下地層上に形成され、磁界の変化を検出する巨大磁気抵抗素子と、下地層上に形成され、巨大磁気抵抗素子によって検出される磁界の変化に基づいて、所定の演算処理を行う集積回路と、を備えてなり、巨大磁気抵抗素子および集積回路を同一面上に形成したことを特徴とするので、磁気検出素子の生産性を向上させることができると共に、低コスト化を図ることができる。
【００７６】
また、上記集積回路を形成するために下地層上に形成する金属膜のうち、集積回路を形成する領域以外の金属膜をパターニングし、巨大磁気抵抗素子と集積回路を接続するための第１配線を形成したことを特徴とするので、新たに接続用の配線を形成する必要がなくなり、低コストで生産性のよい磁気検出素子を作製することができる。
【００７７】
また、上記第１配線は、金属膜をウェットエッチングすることにより形成され、テーパ形の断面形状を有することを特徴とするので、ＧＭＲ素子接続部における金属膜の断面はテーパ形状となり、接続部の信頼性を向上させることができる。また、上記配線を覆うようにＧＭＲ素子と同一の膜を形成したので接続部の信頼性をより向上させることができる。
【００７８】
また、上記第１配線を作製するための金属膜の表面と、巨大磁気抵抗素子を形成する面の段差を少なくするために、巨大磁気抵抗素子を形成する領域の下地層に、第１の段差緩衝層を形成し、第１の段差緩衝層上に巨大磁気抵抗素子を形成したことを特徴とするので、接続部の信頼性を向上させることができる。
【００７９】
また、上記第１の段差緩衝層は、絶縁層で構成されており、第１の段差緩衝層と、第１配線を作製するための金属膜の表面との段差を、巨大磁気抵抗素子の膜厚よりも十分に小さくしたことを特徴とするので、ＧＭＲ素子と金属膜との接続部に段差がなくなり、接続部の信頼性が向上する。
【００８０】
また、上記第１の段差緩衝層は、スピンコート法によって作製される流動性を有するレジスト層あるいは樹脂層であり、第１の段差緩衝層と、第１配線を作製するための金属膜の表面との段差を、巨大磁気抵抗素子の膜厚よりも十分に小さくしたことを特徴とするので、ＧＭＲ素子と金属膜との接続部に段差がなくなり、接続部の信頼性が向上する。
【００８１】
また、上記巨大磁気抵抗素子を形成するために、上記下地層、上記集積回路および第１配線の上面全体に巨大磁気抵抗素子膜を形成した後、集積回路上に形成された巨大磁気抵抗素子膜を除去せずに集積回路の保護膜として残しておくことを特徴とするので、ＧＭＲ素子のパターニング時に集積回路に与えるダメージを排除することができ、磁気検出素子の信頼性が向上する。
【００８２】
また、上記第１配線の上に、巨大磁気抵抗素子を構成する膜と同一の膜を形成したことを特徴とするので、第１金属配線と巨大磁気抵抗素子とを確実に電気的に接続することができる。
【００８３】
また、上記第１配線の上面および側面の半分以上を、巨大磁気抵抗素子を構成する膜と同一の膜で被覆したことを特徴とするので、第１金属配線と巨大磁気抵抗素子との電気的な接続状態を良好にすることができる。
【００８４】
また、上記巨大磁気抵抗素子は、Ｆｅ_(x)Ｃｏ_(1-x)(０≦ｘ≦0.3)層とＣｕ層とを繰り返し積層することにより構成されてなり、Ｃｕ層１層の膜厚を、該Ｃｕ層１層の磁気抵抗変化率が第２のピーク近傍となるような膜厚に設定すると共に、巨大磁気抵抗素子上に形成する保護膜をスパッタ法または低温プラズマＣＶＤ法で作成することを特徴とするので、ＧＭＲ素子特性を損なうことなく、磁気検出素子において充分な耐久性を確保することができる。
【００８５】
また、上記巨大磁気抵抗素子と集積回路との間にダイオードを形成したことを特徴とするので、ＧＭＲ素子の作成工程において、磁気検出素子に帯電する電荷によって集積回路に与えるおそれのあるダメージを排除することができ、信頼性の高い磁気検出素子を提供することができる。
【００８６】
また、上記下地層の表面の粗さの平均値を５０Å以下としたことを特徴とするので、精度の高い磁気検出素子が得られるという効果がある。
【００８７】
また、上記下地層の表面の粗さの平均値を１Å以上２５Å以下としたことを特徴とするので、精度の高い磁気検出素子が得られるという効果がある。
【００８８】
また、上記巨大磁気抵抗素子の出力を上記集積回路に伝送する線路に差動増幅器および比較器をさらに備え、比較器は、巨大磁気抵抗素子と、該巨大磁気抵抗素子の観測対象との間の距離によらず一定の値となる差動増幅器の出力値を、観測対象の位置を判断するための判定レベルに設定することを特徴とするので、判定精度の高い磁気検出素子が得られるという効果がある。
【００８９】
さらに、この発明の磁気検出装置は、外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、磁石の磁性回転体の外周に対向する面に付設される上記磁気検出素子とを備えてなり、磁気検出素子は、磁性回転体の回転に伴う磁性回転体と磁石との間の磁界の変化を検出し、検出結果に基づき磁性回転体の回転量を検出するので、磁気検出装置の生産性を向上させることができると共に、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の構成を示す平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す側面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】この発明の磁気検出素子における単位磁界あたりの抵抗変化率と下地層の表面の粗さとの関係を示す特性図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の製造工程の様子を概念的に示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の製造工程の様子を概念的に示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の製造工程の様子を概念的に示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の製造工程の様子を概念的に示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る磁気検出素子の要部の断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る磁気検出素子の要部の断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に係る磁気検出素子の製造工程における様子を概念的に示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る磁気検出素子の製造工程における様子を概念的に示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る磁気検出素子を概念的に示す断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態４に係る磁気検出素子の要部を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態５、９、１０に係る磁気検出装置の構成を示す側面図である。
【図１８】この発明の実施の形態５、９、１０に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態５に係る磁気検出素子の製造工程における断面構造を概念的に示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態５に係る磁気検出素子の製造工程における断面構造を概念的に示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態５に係る磁気検出素子の製造工程における断面構造を概念的に示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態６の磁気検出素子の断面構造を概念的に示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態６の磁気検出素子の断面構造を概念的に示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態７の磁気検出素子の表面の構成を示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態７の磁気検出素子の裏面の構成を示す図である。
【図２６】この発明の実施の形態７の磁気検出素子の斜視図である。
【図２７】この発明の実施の形態７の磁気検出素子の側面図である。
【図２８】この発明の実施の形態８の磁気検出素子の表面の構成を示す図である。
【図２９】この発明の実施の形態８の磁気検出素子の裏面の構成を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態８の磁気検出素子を表す斜視図である。
【図３１】この発明の実施の形態８の磁気検出素子を表す側面図である。
【図３２】この発明の実施の形態８の磁気検出装置の構成を概念的に示すブロック図である。
【図３３】この発明の実施の形態８に係る磁気検出素子の動作を示す特性図である。
【図３４】従来の磁気検出装置の構成を示す側面図である。
【図３５】従来の磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図３６】従来のＧＭＲ素子の特性を示す図である。
【図３７】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である。
【図３８】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図３９】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る。
【図４０】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４１】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４２】従来の磁気検出素子の構成を示す図である。
【図４３】従来の磁気検出素子の動作を示す特性図である。
【図４４】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子の構成を上面から透過的に示す概念図である。
【図４５】図４４におけるＡ−Ａ'線による断面の構造を示す図である。
【図４６】この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子の構造を示す図である。
【図４７】この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子の構造を示す図である。
【図４８】図４８におけるＢ−Ｂ'線による断面の構造を示す図である。
【図４９】この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子の構造を示す図である。
【図５０】この発明の実施の形態９に係る磁気検出素子の構造を示す図である。
【図５１】この発明の実施の形態１０に係る磁気検出素子を表す正面図および断面図である。
【図５２】この発明の実施の形態１０に係る磁気検出素子を表す正面図および断面図である。
【図５３】この発明の実施の形態１１に係る磁気検出素子のＧＭＲ素子の耐熱を示す特性図である。
【図５４】実施の形態１２に係る磁気検出素子の構成を概念的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 基板、２ 下地層、３ 集積回路 ３ｂ 電極部（コンデンサ部）、４、１６、 金属膜、５ ＧＭＲ素子膜、６、１８、 金属配線（第１配線）、７、９ ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）、８ 酸化Ｓｉ膜（第１の段差緩衝層、絶縁層）、１０ レジスト（第１の段差緩衝層、レジスト層）、１４ レジスト（第２の段差緩衝層、レジスト層）、２８、３２、３３、３４、３５ 磁気検出素子、３１ 磁石、３０ 磁性回転体、３６ 酸化Ｓｉ膜（第２の段差緩衝層）、１０１ コンタクトホール、１０２ 絶縁膜、１０３ ボンディングワイヤ、１０４ 第２金属層、１０６ 第２金属配線（第２配線）、１０７ コンデンサ、１１０ 保護ダイオード、１１１ 孔部。

Claims (15)

1. 基板上に形成された下地層と、
   上記下地層上に形成され、磁界の変化を検出する巨大磁気抵抗素子と、
   上記下地層上に形成され、上記巨大磁気抵抗素子によって検出される磁界の変化に基づいて、所定の演算処理を行う集積回路と、
   を備えてなり、
   上記巨大磁気抵抗素子および上記集積回路を同一面上に形成したことを特徴とする磁気検出素子。
2. 上記集積回路を形成するために上記下地層上に形成する金属膜のうち、当該集積回路を形成する領域以外の金属膜をパターニングし、上記巨大磁気抵抗素子と上記集積回路を接続するための第１配線を形成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出素子。
3. 上記第１配線は、上記金属膜をウェットエッチングすることにより形成され、テーパ形の断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気検出素子。
4. 上記第１配線を作製するための金属膜の表面と、上記巨大磁気抵抗素子を形成する面の段差を少なくするために、上記巨大磁気抵抗素子を形成する領域の上記下地層に、第１の段差緩衝層を形成し、当該第１の段差緩衝層上に巨大磁気抵抗素子を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
5. 上記第１の段差緩衝層は、絶縁層で構成されており、上記第１の段差緩衝層と、上記第１配線を作製するための金属膜の表面との段差を、上記巨大磁気抵抗素子の膜厚よりも十分に小さくしたことを特徴とする請求項４に記載の磁気検出素子。
6. 上記第１の段差緩衝層は、スピンコート法によって作製される流動性を有するレジスト層あるいは樹脂層であり、上記第１の段差緩衝層と、上記第１配線を作製するための金属膜の表面との段差を、上記巨大磁気抵抗素子の膜厚よりも十分に小さくしたことを特徴とする請求項５に記載の磁気検出素子。
7. 上記巨大磁気抵抗素子を形成するために、上記下地層、上記集積回路および上記第１配線の上面全体に巨大磁気抵抗素子膜を形成した後、上記集積回路上に形成された巨大磁気抵抗素子膜を除去せずに上記集積回路の保護膜として残しておくことを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. 上記第１配線の上に、上記巨大磁気抵抗素子を構成する膜と同一の膜を形成したことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出素子。
9. 上記第１配線の上面および側面の半分以上を、上記巨大磁気抵抗素子を構成する膜と同一の膜で被覆したことを特徴とする請求項８に記載の磁気検出素子。
10. 上記巨大磁気抵抗素子は、Ｆｅ_(x)Ｃｏ_(1-x)(０≦ｘ≦0.3)層とＣｕ層とを繰り返し積層することにより構成されてなり、上記Ｃｕ層１層の膜厚を、該Ｃｕ層１層の磁気抵抗変化率が第２のピーク近傍となるような膜厚に設定すると共に、上記巨大磁気抵抗素子上に形成する保護膜をスパッタ法または低温プラズマＣＶＤ法で作成することを特徴とする請求項１に記載の磁気検出素子。
11. 上記巨大磁気抵抗素子と上記集積回路との間にダイオードを形成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出素子。
12. 上記下地層の表面の粗さの平均値を５０Å以下としたことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
13. 上記下地層の表面の粗さの平均値を１Å以上２５Å以下としたことを特徴とする請求項１２に記載の磁気検出素子。
14. 上記巨大磁気抵抗素子の出力を上記集積回路に伝送する線路に差動増幅器および比較器をさらに備え、上記比較器は、上記巨大磁気抵抗素子と、上記巨大磁気抵抗素子の観測対象との間の距離によらず一定の値となる上記差動増幅器の出力値を、上記観測対象の位置を判断するための判定レベルに設定することを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の磁気検出素子。
15. 外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、
    上記磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、
    上記磁石の上記磁性回転体の外周に対向する面に付設される請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の磁気検出素子と
    を備えてなり、
    上記磁気検出素子は、上記磁性回転体の回転に伴う上記磁性回転体と上記磁石との間の磁界の変化を検出し、当該検出結果に基づき上記磁性回転体の回転量を検出する磁気検出装置。

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