DE102007037845B4

DE102007037845B4 - Magnetorestive Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102007037845B4
Application number: DE102007037845A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Hosomi; Hirobumi Matsui; Yuichi Sakai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Mobility Corp Jp
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-08-11
Also published as: US20080218163A1; JP2008224288A; US7675286B2; DE102007037845A1

Abstract

Magnetoresistive Sensorvorrichtung, die folgendes aufweist:
ein Substrat (100);
eine auf dem Substrat (100) ausgebildete Signalverarbeitungsschaltung (5);
einen Planarisierungsfilm (6) zum Planarisieren der Signalverarbeitungsschaltung (5);
einen auf der planarisierten Signalverarbeitungsschaltung (5) ausgebildeten Siliziumnitridfilm (7); und
magnetoresistive Sensorelemente (9), die auf dem Siliziumnitridfilm (7) ausgebildet sind, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (9) einen magnetoresistiven Film aufweisen, der auf dem Siliziumnitridfilm (7) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetoresistive Sensorvorrichtung zum Detektieren einer Änderung in einem durch einen sich bewegenden Körper induzierten Magnetfeld. Spezifischer betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetoresistive Sensorvorrichtung, die als Sensor an einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann.
Als magnetoresistive Sensorvorrichtung bzw. Feldplattensensorvorrichtung zum Detektieren einer Änderung in einem durch einen sich bewegenden Körper induzierten Magnetfeld gibt es eine magnetoresistive Sensorvorrichtung, die magnetoresistive Sensorelemente hat, die aus einem sehr großen dünnen magnetoresistiven Film ausgebildet sind, der auf einer Signalverarbeitungsschaltung (integrierten Schaltung: IC) ausgebildet ist. Als der sehr große dünne magnetoresistive Film in der magnetoresistiven Sensorvorrichtung wird ein Film mit künstlichem Gitter mit magnetischen Schichten, die hauptsächlich Ni, Fe und Co enthalten, abwechselnd laminiert mit nichtmagnetischen Schichten, die hauptsächlich Cu enthalten, verwendet. Im Allgemeinen haben jede der magnetischen Schichten und jede der nichtmagnetischen Schichten des Films mit künstlichem Gitter eine Dicke von 1,0 bis 2,5 nm und ist der Film mit künstlichem Gitter aus 10 bis 40 Laminaten ausgebildet, die jeweils eine magnetische Schicht und eine nichtmagnetische Schicht enthalten. Um die Gitterkonstante des Films mit künstlichem Gitter an diejenige einer Oberfläche einer Basisschicht anzupassen, auf welcher der Film mit künstlichem Gitter auszubilden ist, ist eine Pufferschicht mit einer Dicke von 1,0 bis 8,0 nm als die Basisschicht für den Film mit künstlichen Gittern ausgebildet.
Während der Film mit künstlichem Gitter mit der Laminatstruktur eine extrem große magnetoresistive Änderungsrate von 20 bis 30% erreichen kann, ist eine Interaktion zwischen der sehr dünnen magnetischen Schicht und der sehr dünnen nichtmagnetischen Schicht nötig. Daher wird eine Anpassung zwischen dem Film mit künstlichem Gitter und der Basisschicht, auf welcher der Film mit künstlichem Gitter auszubilden ist, wichtig. Beispielsweise hat ein Film mit künstlichem Gitter, der direkt auf einem IC mit einer unebenen Oberfläche ausgebildet ist, eine viel niedrigere magnetoresistive Änderungsrate als ein Film mit künstlichem Gitter, der auf einem thermisch oxidierten Film aus einem flachen Siliziumwafer ausgebildet ist. Wenn ein Film mit künstlichem Gitter auf einem flachen oxidierten Film, wie beispielsweise Phosphorsilikatglas (PSG), ausgebildet ist, wird dann, wenn das PSG für eine lange Zeitperiode vor einer Ausbildung des Films mit künstlichem Gitter in der Luft gelassen wird, der Oberflächenzustand des PSG durch den Einfluss einer Feuchtigkeitsabsorption oder einer natürlichen Oxidation geändert, was auf der Oberfläche des PSG auftritt, und kann der auf der Oberfläche des PSG ausgebildete Film mit künstlichem Gitter keine zufriedenstellende magnetoresistive Änderungsrate erreichen.
Um damit fertig zu werden, gibt es eine magnetoresistive Sensorvorrichtung mit einem ausgehärteten Film aus einem speziellen Silikonpolymer zwischen einem Film mit künstlichem Gitter und einem IC (siehe beispielsweise JP 03-626469 B2 ).
Dieses spezielle Silikonpolymer kann das unebene Oberflächenmuster des IC einebnen und gut an den Film mit künstlichem Gitter anpassen. Demgemäß kann der auf dem ausgehärteten Film aus dem Silikonpolymer ausgebildete Film mit künstlichem Gitter eine exzellente magnetoresistive Änderungsrate erreichen. Weiterhin kann die magnetoresistive Sensorvorrichtung eine solche hohe Zuverlässigkeit erreichen, dass der magnetoresistive Sensor in einem Sensor am Kraftfahrzeug verwendet werden kann, indem ein geeignetes Silikonpolymer verwendet wird. Um den magnetoresistiven Sensor in einem Sensor am Kraftfahrzeug zu verwenden, muss die magnetoresistive Sensorvorrichtung selbst in einer sehr schwierigen Umgebung, wie beispielsweise einem Testzyklus in Bezug auf eine Wärmedauerfestigkeit, bei welchem die Temperaturamplitude –40 bis 140°C ist, eine exzellente magnetoresistive Änderungsrate behalten.
In JP 03-626469 B2 wird das unebene Muster der IC-Oberfläche durch Auftragen eines Silikonpolymers auf das unebene Muster der Oberfläche des IC eingeebnet. Jedoch muss ein Silikonpolymer mit hoher Rückflussfähigkeit (Schmelzfließeigenschaften) ausgewählt werden, um das Muster vollständig eben zu machen. Daher muss das durchschnittliche Molekulargewicht des Silikonpolymers etwa 50.000 oder darunter sein, um die Rückflussfähigkeit des Silikonpolymers sicherzustellen.
Wenn der Anteil einer anorganischen Komponente im Silikonpolymer hoch ist, wird die Sprödigkeit des ausgehärteten Films aus dem Silikonpolymer erhöht. Als Ergebnis werden durch eine Spannung im ausgehärteten Film selbst schnell Risse bzw. Sprünge ausgebildet. Der ausgehärtete Film muss dünn gemacht werden, um die Ausbildung von Sprüngen zu unterdrücken, so dass die Dicke des ausgehärteten Films unzufriedenstellend sein kann, um das unebene Oberflächenmuster des IC einzuebnen. Daher muss der Gehaltsanteil der anorganischen Komponente im Silikonpolymer etwa 0,4 oder darunter sein, das heißt, der Gehaltsanteil einer organischen Komponente im Silikonpolymer muss etwa 0,4 oder darüber sein, um eine Sprung- bzw. Rissfestigkeit sicherzustellen.
Daher hat es sehr lange gedauert und war es sehr aufwändig, ein Molekül eines Silikonpolymers zu entwickeln, das bezüglich sowohl einer Rückflussfähigkeit als auch einer Rissfestigkeit exzellent ist und das auch die magnetoresistiven Sensorelemente anpassen wird. Als Ergebnis steigen die Kosten eines entwickelten Silikonpolymers und kann eine magnetoresistive Sensorvorrichtung nicht billig hergestellt werden.
Wenn ein Silikonpolymer, das bezüglich sowohl einer Rückflussfähigkeit als auch einer Rissfestigkeit exzellent ist und das auch die magnetoresistive Sensorelemente anpassen wird, nicht erhalten wird, bevor das Silikonpolymer auf das unebene Oberflächenmuster eines IC aufgetragen bzw. angewendet ist, muss ein anderes Material verwendet werden, um das unebene Oberflächenmuster des IC einzuebnen. Das bedeutet, dass zwei oder mehrere unterschiedliche Filme zwischen den magnetoresistiven Sensorelementen und dem IC angeordnet werden müssen. In diesem Fall wird, da das Silikonpolymer keine Rückflussfähigkeit haben muss, angenommen, dass sich der Freiheitsgrad für eine molekulare Entwicklung erhöht und die Kosten des Silikonpolymers etwas geringer werden.
Jedoch ist, nachdem das unebene Oberflächenmuster des IC durch einen Einebnungsfilm eingeebnet ist, der Schritt zum Ausbilden eines ausgehärteten Films aus dem Silikonpolymer auf dem flach gemachten IC erforderlich. Daher erhöht sich die Anzahl von Schritten und ist auch eine lang andauernde Wärmebehandlung für das Rückflussaushärten des Einebnungsfilms und das thermische Aushärten des Silikonpolymers nötig. Als Ergebnis wird eine Produktivität davon niedrig und werden die Produktionskosten davon hoch.
Der ausgehärtete Film aus dem Silikonpolymer ist ein Harzfilm. Die Oberfläche des ausgehärteten Films ist oxidiert und wird dann anorganisch, wenn der ausgehärtete Film einem Sauerstoffplasma ausgesetzt wird. Als Ergebnis wird der ausgehärtete Film spröde und auf der Oberfläche des ausgehärteten Films werden schnell Sprünge ausgebildet. In einer magnetoresistiven Sensorvorrichtung mit magnetoresistiven Sensorelementen, die auf dem ausgehärteten Film aus dem oxidierten Silikonpolymer ausgebildet sind, wird keine zufriedenstellende magnetoresistive Änderungsrate erhalten. Daher ist es in dem Schritt zum Ätzen des ausgehärteten Films des Silikonpolymers (Schritt eines Ausbildens von Kontaktlöchern) schwierig, einen Fotolackfilm zu verwenden. Dies ist deshalb so, weil der Schritt einer Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma allgemein erforderlich ist, um die Fotolackmaske zu entfernen. Wenn eine Metallmaske verwendet wird, kann, da das Metall durch Nassätzen entfernt werden kann, die Oxidation der Oberfläche des ausgehärteten Films aus dem Silikonpolymer vermieden werden, aber die Anzahl von Produktionsschritten erhöht sich, wodurch eine Produktivität reduziert und die Produktionskosten erhöht werden.
Aus DE 102 59 707 A1 ist es bekannt, einen zweischichtigen Harzfilm zwischen dem Sensorbereich und dem Signalverarbeitungsschaltkreis vorzusehen. Unterhalb der Harzfilmschichten ist ein IC-Schutzfilm angeordnet.
Aus DE 40 13 449 C2 ist die Herstellung eines Films von Aufspinnglas (SOG) auf einem Halbleitersubstrat bekannt.
Aus DE 199 22 136 A1 und DE 198 54 713 A1 sind Magnetfeld-Erfassungselemente bekannt, die, wie beispielsweise in 2 gezeigt, aus einer GMR-Schicht bestehen, die auf einer Unterschicht aufgebracht ist. Diese Unterschicht aus Silizium, einem Si-thermischen Oxidfilm, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Tantaloxid oder dergleichen ist direkt auf einem ebenen Substrat angeordnet. Auf der Unterschicht ist das Magnetfeld-Erfassungselement aufgebracht.
Aus DE 10 20005 047 482 A1 und DE 10 2005 047 414 A1 ist eine magnetoresistive Struktur auf einer Metall-Isolatoranordnung bekannt.
Aus EP 0 326 293 A1 ist es bekannt, bei der Herstellung einer Zwischenkontaktierung in einer Halbleiterstruktur einen Siliziuimnitridfilm als Ätzstoppschicht zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetoresistive Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mit einer hohen Ergiebigkeit bzw. Ausbeute und niedrigen Kosten hergestellt werden kann, die bezüglich magnetoresistiven Charakteristiken exzellent ist und die zuverlässig ist.
Diese Aufgabe wird durch ein magnetoresistives Sensorelement nach Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine magnetoresistive Sensorvorrichtung, die mit einer hohen Ausbeute und niedrigen Kosten hergestellt werden kann, die exzellente magnetoresistive Charakteristiken hat und die zuverlässig ist, durch Einebnen des unebenen Oberflächenmusters eines IC mit einem Einebnungsfilm und durch Ausbilden eines Siliziumnitridfilms auf dem eingeebneten IC zur Verfügung gestellt werden.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnung:
1 ist eine Schnittansicht einer magnetoresistive Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Ausführungsbeispiel 1
1 ist eine Schnittansicht einer magnetoresistiven Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die magnetoresistive Sensorvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels weist ein Substrat 100, eine Signalverarbeitungsschaltung (integrierte Schaltung: IC) 5, die auf dem Substrat 100 ausgebildet ist, einen Einebnungsfilm 6 zum Einebnen des unebenen Oberflächenmusters des IC 5, einen Siliziumnitridfilm 7, der auf dem eingeebneten IC 5 ausgebildet ist, und magnetoresistive Sensorelemente 9, die aus einem dünnen magnetoresistiven Film bestehen, der auf dem Siliziumnitridfilm 7 ausgebildet ist, auf. In 1 ist der Einebnungsfilm 6 nur in den zurückgesetzten bzw. ausgenommenen Teilabschnitten des unebenen Oberflächenmusters des IC 5 ausgebildet. Er kann auch derart ausgebildet sein, dass er ein gesamtes unebenes Oberflächenmuster des IC 5 bedeckt. Ein Schutzfilm 10 ist auf den magnetoresistive Sensorelementen 9 und dem Siliziumnitridfilm 7 ausgebildet. Der IC 5 ist ausgebildet aus einem Schaltungs-Teilabschnitt 1, einer Zwischenschicht-Isolierschicht 2, die auf dem Schaltungs-Teilabschnitt 1 ausgebildet ist, einer ersten Verdrahtung 3, die auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 2 ausgebildet ist, und einem IC-Schutzfilm 4, der auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 2 und der ersten Verdrahtung 3 ausgebildet ist. Der IC 5 und die magnetoresistive Sensorelemente 9 sind durch eine zweite Verdrahtung 8 über Kontaktlöcher 11, die in dem Schutzfilm 4, dem Einebnungsfilm 6 und dem Siliziumnitridfilm 7 ausgebildet sind, elektrisch miteinander verbunden. Anschlussfleckenteilabschnitte 12, von welchen ein Teil der ersten Verdrahtung 3 freigelegt ist, sind zur Verbindung mit einer externen Schaltung ausgebildet.
Nachfolgend wird ein Prozess zum Herstellen der magnetoresistiven Sensorvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.
Nachdem der IC 5 auf dem Substrat 100 ausgebildet ist, wird der Einebnungsfilm 6 zum Einebnen bzw. Flachmachen des unebenen Oberflächenmusters des IC 5 ausgebildet. Das zum Ausbilden des Einebnungsfilms verwendete Material ist nicht besonders beschränkt, wenn es als Einebnungs- bzw. Planierungsmaterial auf diesem technischen Gebiet verwendet werden kann, und mit Borphosphor dotiertes Silikatglas (BPSG) oder Spin-on-Glass (SOG) kann beispielsweise verwendet werden. Von diesen wird vorzugsweise SOG verwendet, welches exzellent bezüglich des Auffüllens von Ausnehmungen auf der Oberfläche des IC 5 ist und eine hohe Filmhärte hat. Der IC 5 ist nicht besonders beschränkt, wenn er in einer magnetoresistiven Sensorvorrichtung verwendet wird.
Der Einebnungs- bzw. Planarisierungsfilm 6 kann durch Auftragen des obigen Einebnungsmaterials auf das unebene Oberflächenmuster des IC 5 ausgebildet werden, um das unebene Muster flach zu machen, und durch thermisches Aushärten von ihm. Ein Verfahren zum Auftragen des Einebnungsmaterials ist nicht besonders beschränkt, wenn es auf diesem technischen Gebiet bekannt ist. Beispielsweise kann CVD oder eine Rotationsbeschichtung verwendet werden. Unter ihnen wird unter dem Gesichtspunkt einer Produktivität eine Rotationsbeschichtung bevorzugt. Da thermische Aushärtungsbedingungen (Zeit, Temperatur, etc.) durch einen Typ des verwendeten Einebnungsmaterials geändert werden, können sie gemäß dem Typ des Einebnungsmaterials auf geeignete Weise eingestellt werden.
Der Siliziumnitridfilm 7 kann auf dem mit dem Einebnungsfilm 6 eingeebneten IC 5 durch Sputtern, durch eine Ablagerung oder eine Molekularstrahlepitaxie (MBE) ausgebildet werden. Wenn diese Techniken verwendet werden, kann der Siliziumnitridfilm 7 ohne ein Erwärmen mit hoher Temperatur ausgebildet werden. Unter diesen Techniken wird Sputtern bevorzugt, und insbesondere wird reaktives Sputtern zum Aufwachsen eines Reaktionsprodukts aus Stickstoffgas und Silizium, welches ein Zielmaterial ist, unter dem Gesichtspunkt einer Produktivität mehr bevorzugt.
Vorzugsweise werden Bedingungen zum Ausbilden des Siliziumnitridfilms 7 auf geeignete Weise so eingestellt, dass eine Spannung des Siliziumnitridfilms 7 gering gemacht wird, um die Spannung so weit wie möglich zu unterdrücken, die auf die magnetoresistiven Sensorelemente 9 ausgeübt wird, die auf dem Siliziumnitridfilm 7 ausgebildet sind. Spezifischer wird der Gasdruck zur Zeit eines Sputterns derart eingestellt, dass –1,0 × 10⁸ N/m² ≤ Filmspannung σ ≤ 1,0 × 10⁸ N/m² sichergestellt wird. Die Dicke des Siliziumnitridfilms 7 wird vorzugsweise auf 0,3 bis 0,7 μm eingestellt.
Da der Siliziumnitridfilm 7 auf einfache Weise durch Sputtern ausgebildet werden kann, ist eine lange Wärmebehandlung nicht nötig, was ungleich dem ausgehärteten Film des Silikonpolymers ist. Weiterhin kann, da der Siliziumnitridfilm 7 aus anorganischem Material hergestellt wird und nicht oxidiert, selbst wenn er einem Sauerstoffplasma ausgesetzt wird, eine Fotolackmaske dazu verwendet werden, den Siliziumnitridfilm 7 in einem Schritt eines Ausbildens der Kontaktlöcher 11 zu ätzen. Daher kann im Vergleich mit einem Fall, in welchem der ausgehärtete Film des herkömmlichen teuren Silikonpolymers verwendet wird, eine magnetoresistive Sensorvorrichtung mit einer hohen Ausbeute und mit geringen Kosten hergestellt werden.
Da der Siliziumnitridfilm 7 aus einem anorganischen Material hergestellt ist, hat er im Vergleich mit dem ausgehärteten Film des herkömmlichen Silikonpolymers eine hohe Filmhärte und ist als Schutzschicht zum Unterdrücken der Feuchtigkeitsabsorption des flach machenden Films bzw. Planarisierungsfilms, wie beispielsweise eines SOG-Films, der feuchtigkeitsabsorbierend ist, exzellent, wodurch die Zuverlässigkeit der erhaltenen magnetoresistiven Sensorvorrichtung erhöht wird.
Die Kontaktlöcher 11 können in einem erwünschten Muster durch Trockenätzen ausgebildet werden, nachdem der Siliziumnitridfilm 7 mit Fotolack maskiert ist. Das Trockenätzen ist nicht besonders beschränkt, aber ein reaktives Ionenätzen oder ein Ionenstrahlätzen kann verwendet werden.
Der zum Maskieren verwendete Fotolack kann durch eine Veraschung unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas entfernt werden.
Die zweite Verdrahtung 8 kann in einem erwünschten Muster durch Ausbilden eines Aluminiumfilms auf dem Siliziumnitridfilm 7 ausgebildet werden, von welchem ein Teil der ersten Verdrahtung 3 durch die Kontaktlöcher 11 freigelegt wird, und durch Maskieren des Aluminiumfilms mit dem Fotolack, um ihn zu ätzen. Da die zweite Verdrahtung 8 über die Kontaktlöcher 11 direkt mit der ersten Verdrahtung 3 verbunden ist, bevor die zweite Verdrahtung 8 ausgebildet wird, wird ein oxidierter Film auf der Oberfläche der ersten Verdrahtung 3 in den Kontaktlöchern 11 wünschenswerterweise durch umgekehrtes Sputtern entfernt.
Das Verfahren zum Ausbilden des Aluminiumfilms ist nicht besonders beschränkt, und ein Sputtern, eine Ablagerung und eine Molekularstrahlepitaxie (MBE) können verwendet werden. Unter diesen wird unter dem Gesichtspunkt einer Produktivität ein Sputtern bevorzugt. Als Mittel zum Ätzen des Aluminiumfilms wird vorzugsweise ein Nassätzen verwendet, weil die Endfläche des Verdrahtungsmusters verjüngt bzw. spitz zulaufend ist, um eine bessere Verbindung zwischen der zweiten Verdrahtung 8 und den magnetoresistiven Sensorelementen 9 herzustellen, wenn die zweite Verdrahtung 8 ausgebildet wird.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird Aluminium als das Material der zweiten Verdrahtung 8 verwendet. Neben Aluminium können dieselben herkömmlich bekannten Materialien wie diejenigen der ersten Verdrahtung 3 des IC 5 verwendet werden. Spezifischer können AlSi, AlSiCu und AlCu, von welchen alle hauptsächlich Al enthalten, und Cu als das Material der zweiten Verdrahtung 8 verwendet werden. Der zum Maskieren verwendete Fotolack kann durch Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma entfernt werden.
Die magnetoresistiven Sensorelemente 9 können auf dem Siliziumnitridfilm 7 und der zweiten Verdrahtung 8 durch Sputtern, eine Ablagerung oder eine Molekularstrahlepitaxie (MBE) ausgebildet werden. Unter ihnen ist unter dem Gesichtspunkt der Eigenschaften für magnetoresistive Sensorelemente 9 und einer Produktivität ein Sputtern bevorzugt.
Die magnetoresistiven Sensorelemente 9 werden aus einem dünnen magnetoresistiven Film ausgebildet. Der dünne magnetoresistive Film ist vorzugsweise ein Film mit künstlichem Gitter, der durch Laminieren von magnetischen Schichten abwechselnd mit nichtmagnetischen Schichten ausgebildet ist. Um die Gitterkonstante einer Basisschicht, auf welcher der Film mit künstlichem Gitter auszubilden ist, an die Gitterkonstante des Films mit künstlichem Gitter anzupassen, wird vorzugsweise eine Pufferschicht mit einer Dicke von 1,0 bis 8,0 nm als die Basisschicht des Films mit künstlichem Gitter auf dem Siliziumnitridfilm 7 und der zweiten Verdrahtung 8 ausgebildet.
Ein herkömmlich bekannter Film mit künstlichem Gitter kann als der Film mit künstlichem Gitter verwendet werden. Spezifischer kann ein Film mit künstlichem Gitter, der durch Laminieren von magnetischen Schichten, die hauptsächlich Ni, Fe und Cu enthalten, abwechselnd mit nichtmagnetischen Schichten, die hauptsächlich Cu enthalten, ausgebildet ist, verwendet werden. Im Allgemeinen haben jede der magnetischen Schichten und jede der nichtmagnetischen Schichten des Films mit künstlichem Gitter eine Dicke von 1,0 bis 2,5 nm und ist der Film mit künstlichem Gitter aus 10 bis 40 Laminaten ausgebildet, die jeweils eine magnetische Schicht und eine nichtmagnetische Schicht enthalten.
Um magnetoresistive Sensorelemente 9 mit einem erwünschten Muster zu erhalten, kann, nachdem der dünne magnetoresistive Film mit Fotolack mit einem erwünschten Elementmuster maskiert ist, ein Ätzen ausgeführt werden. Unter dem Gesichtspunkt einer dimensionsmäßigen Genauigkeit wird ein Trockenätzen bevorzugt.
Der zum Maskieren verwendete Fotolack kann durch Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma entfernt werden.
Der Schutzfilm 10 kann auf dem Siliziumnitridfilm 7 ausgebildet werden, auf welchem die magnetoresistiven Sensorelemente 9 durch Sputtern, Ablagern oder einer Molekularstrahlepitaxie (MBE) ausgebildet worden sind. Das Material, das bei dem Schutzfilm 10 verwendet werden kann, ist nicht besonders beschränkt, und ein auf diesem technischen Gebiet herkömmlich bekanntes Material kann verwendet werden. Beispiele für das Material, das bei dem Schutzfilm 10 verwendet werden kann, enthalten anorganische Materialien, wie beispielsweise Glas und Siliziumnitrid.
Da bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Siliziumnitridfilm 7 die Basisschicht der magnetoresistiven Sensorelemente 9 ist, kann dann, wenn ein Silizumnitridfilm als der Schutzfilm 10 verwendet wird, die Vorrichtung gemeinsam genutzt werden, um diese Filme auszubilden, um es dadurch möglich zu machen, die Produktionskosten zu senken. Weiterhin ist die magnetoresistive Sensorvorrichtung dann, wenn ein Siliziumnitridfilm als der Schutzfilm 10 verwendet wird, bezüglich einer Zuverlässigkeit überlegen. Das bedeutet, dass, da die magnetoresistiven Sensorelemente 9 sandwichartig zwischen dem Siliziumnitridfilm 7 und dem Schutzfilm 10 angeordnet sind, die thermischen Expansionskoeffizienten der oberen Schichten und der darunterliegenden Schichten der magnetoresistiven Sensorelemente 9 nahezu dieselben werden, selbst wenn es eine Temperaturänderung in der äußeren Umgebung gibt, wodurch eine Spannung reduziert wird, die durch Unterschiede bezüglich einer thermischen Expansion erzeugt wird, und wodurch es schwierig gemacht wird, dass Trennungen und Änderungen bezüglich Eigenschaften auftreten.
Die Dicke des Schutzfilms 10 ist nicht besonders beschränkt, ist aber im Allgemeinen 0,5 bis 1,0 μm.
Nachdem der Schutzfilm 10 ausgebildet ist, wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung ausgeführt, um die Eigenschaften der magnetoresistiven Sensorelemente 9 zu stabilisieren. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung allgemein bei 200 bis 270°0 für 3 Stunden oder länger ausgeführt.
Die Anschlussfleckenteilabschnitte 12 können in einem erwünschten Muster durch Trockenätzen ausgebildet werden, nachdem der Schutzfilm 10 mit Fotolack maskiert ist. Das Trockenätzen ist nicht besonders beschränkt, aber ein reaktives Ionenätzen oder ein Ionenstrahlätzen kann verwendet werden.
Der zum Maskieren verwendete Fotolack kann durch Veraschung unter Verwenden von Sauerstoffplasma entfernt werden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele werden zum Zweck eines weiteren Darstellens der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, sind aber keineswegs als beschränkend zu nehmen.
(Beispiel 1)
Eine magnetoresistive Sensorvorrichtung eines Beispiels 1 wurde wie folgt hergestellt.
SOG wurde zuerst auf die unebenen Teilabschnitte eines IC aufgetragen, der auf einem Substrat ausgebildet ist, und zwar bis zu einer Dicke von 0,3 μm durch eine Rotationsbeschichtung. Darauffolgend wurde SOG in einem Ofen bei 400°C für 1 Stunde in einer Stickstoffatmosphäre nachgebacken, um thermisch ausgehärtet zu werden, um einen Planierungsfilm auszubilden, der aus einem SOG-Film besteht.
Darauffolgend wurde ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 0,5 μm auf einem IC, der durch den SOG-Film eingeebnet bzw. flach gemacht bzw. planarisiert ist, durch reaktives Sputtern unter Verwendung von Silizium als Zielmaterial in einer Stickstoffatmosphäre ausgebildet.
Nachdem der Siliziumnitridfilm mit Fotolack maskiert wurde, wurden Kontaktlöcher durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung eines SF₄/O₂-Mischgases ausgebildet. Darauffolgend wurde der zum Maskieren verwendete Fotolack durch Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma entfernt.
Nachdem ein Aluminiumfilm mit einer Dicke von 0,8 μm auf dem Siliziumnitridfilm, von welchem ein Teil der ersten Verdrahtung durch die Kontaktlöcher freigelegt wurde, durch Sputtern ausgebildet wurde, wurde der Aluminiumfilm mit Fotolack maskiert und nassgeätzt, um eine zweite Verdrahtung auszubilden, die aus einem Aluminiumfilm besteht. Darauffolgend wurde der zum Maskieren verwendete Fotolack durch Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma entfernt, um den Siliziumnitridfilm und die zweite Verdrahtung freizulegen.
Darauffolgend wurde eine Pufferschicht mit einer Dicke von 5,0 bis 8,0 nm auf dem Siliziumnitridfilm und der zweiten Verdrahtung durch Sputtern ausgebildet und wurde ein dünner magnetoresistiver Film auf der Pufferschicht ausgebildet. Der dünne magnetoresistive Film wurde durch Laminieren von magnetischen Schichten, die aus Fe_(1-x)Co_x (x ≥ 0,7) hergestellt sind, abwechselnd mit nichtmagnetischen Schichten, die aus Cu hergestellt sind, ausgebildet. Jede der magnetischen Schichten des dünnen magnetoresistiven Films hatte eine Dicke von 1,1 bis 1,8 nm und jede der nichtmagnetischen Schichten hatte eine Dicke von 1,9 bis 2,3 nm, und der dünne magnetoresistive Film wurde aus 20 Laminaten ausgebildet, die jeweils eine magnetische Schicht und eine nichtmagnetische Schicht enthalten. Die Pufferschicht wurde aus Fe_(1-x)Co_x (x ≥ 0,7) hergestellt, welches dasselbe Material wie die magnetische Schicht ist.
Nachdem der dünne magnetoresistive Film mit Fotolack maskiert wurde, wurde ein vorbestimmtes Elementmuster durch Trockenätzen ausgebildet. Darauffolgend wurde der zum Maskieren verwendete Fotolack durch Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma entfernt, um das Elementmuster freizulegen.
Darauffolgend wurde ein Schutzfilm, der aus einem Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 0,75 μm besteht, auf dem Elementmuster durch reaktives Sputtern unter Verwendung von Silizium als Zielmaterial in einer Stickstoffatmosphäre ausgebildet.
Nachdem der Schutzfilm mit Fotolack maskiert wurde, wurden Anschlussstellenteilabschnitte, von welchen ein Teil der ersten Verdrahtung freigelegt wurde, um mit einer externen Schaltung verbunden zu werden, durch Trockenätzen geöffnet. Darauffolgend wurde der zum Maskieren verwendete Fotolack durch Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma entfernt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Bei einem Vergleichsbeispiel wurde eine herkömmliche magnetoresistive Sensorvorrichtung mit derselben Struktur wie beim Beispiel 1 hergestellt, außer dass der ausgehärtete Film des herkömmlichen Silikonpolymers anstelle des Siliziumnitridfilms ausgebildet wurde. Das durch JP 03-626469 B2 offenbarte Silikonpolymer wurde als das herkömmliche Silikonpolymer verwendet.
Die magnetoresistive Sensorvorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 wurde wie folgt hergestellt.
Nachdem das unebene Oberflächenmuster eines IC mit SOG eingeebnet bzw. planarisiert wurde, wie beim Beispiel 1, wurde das herkömmliche Silikonpolymer auf SOG durch Rotationsbeschichten aufgetragen und in einem Ofen bei 350°C für 1 Stunde in einer Stickstoffatmosphäre nachgebacken, um den ausgehärteten Film des Silikonpolymers auszubilden.
Darauffolgend wurde, um Kontaktlöcher auszubilden, eine Metallmaske zum Trockenätzen hergestellt. Spezifischer wurde zuerst ein Aluminiumfilm auf dem ausgehärteten Film des Silikonpolymers durch Sputtern ausgebildet und mit Fotolack maskiert und wurden nicht maskierte Teilabschnitte des Aluminiumfilms durch Nassätzen entfernt. Darauffolgend wurde der Fotolack durch Veraschung unter Verwendung von Sauerstoffplasma entfernt, um die Metallmaske auszubilden, die aus dem Aluminiumfilm besteht. Die Dicke des obigen Aluminiumfilms war 1,250 Å.
Darauffolgend wurden Kontaktlöcher durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung eines CF₄/O₂-Mischgases mit dem Aluminiumfilm als die Metallmaske ausgebildet, wie beim Beispiel 1. Der Aluminiumfilm wurde dann durch Nassätzen entfernt. Die darauffolgenden Schritte waren dieselben wie beim Beispiel 1.
Wie es oben beschrieben ist, ist ein lang andauernder Wärmebehandlungsschritt erforderlich, um den ausgehärteten Film des Silikonpolymers beim Vergleichsbeispiel 1 auszubilden, wohingegen er beim Beispiel 1 nicht erforderlich ist und der Siliziumnitridfilm auf einfache Weise und schnell durch Sputtern ausgebildet werden kann.
Beim Vergleichsbeispiel 1 ist eine große Anzahl von Schritten, wie beispielsweise der Schritt zum Ausbilden eines Aluminiumfilms, der Schritt zum Nassätzen und der Schritt zum Entfernen des Aluminiumfilms, erforderlich, um zu verhindern, dass die Oberfläche des ausgehärteten Films des Silikonpolymers gegenüber Sauerstoffplasma freigelegt wird, wenn die Kontaktlöcher auszubilden sind. Gegensätzlich dazu wird beim Beispiel 1 der Siliziumnitridfilm aus einem anorganischen Material hergestellt, und selbst dann, wenn er gegenüber Sauerstoffplasma freigelegt wird, wird er nicht oxidiert. Daher können, nachdem der Siliziumnitridfilm mit Fotolack maskiert ist, die Kontaktlöcher einfach durch Trockenätzen ausgebildet werden.
Daher kann im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 1 beim Beispiel 1 eine magnetoresistive Sensorvorrichtung mit einer hohen Ausbeute und mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Wenn die magnetoresistive Änderungsraten der magnetoresistiven Sensorvorrichtungen des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 gemessen wurden, wurde es bestätigt, dass die magnetoresistive Sensorvorrichtung des Beispiels 1 dieselbe magnetoresistive Änderungsrate wie diejenige der magnetoresistiven Sensorvorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 hatte. Selbst in der schwierigen Umgebung eines Testzyklus in Bezug auf eine Wärmedauerfestigkeit, bei welchem die Temperaturamplitude –40 bis 140°C ist, konnte eine exzellente magnetoresistive Änderungsrate beibehalten werden. Daher kann gesagt werden, dass die magnetoresistive Sensorvorrichtung des Beispiels 1 so zuverlässig ist, dass sie als Sensor am Kraftfahrzeug verwendet werden kann.
Die magnetoresistive Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mit einer hohen Ausbeute und mit niedrigen Kosten hergestellt werden und hat exzellente magnetoresistive Charakteristiken und eine Zuverlässigkeit.

Claims

Magnetoresistive Sensorvorrichtung, die folgendes aufweist: ein Substrat (100); eine auf dem Substrat (100) ausgebildete Signalverarbeitungsschaltung (5); einen Planarisierungsfilm (6) zum Planarisieren der Signalverarbeitungsschaltung (5); einen auf der planarisierten Signalverarbeitungsschaltung (5) ausgebildeten Siliziumnitridfilm (7); und magnetoresistive Sensorelemente (9), die auf dem Siliziumnitridfilm (7) ausgebildet sind, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (9) einen magnetoresistiven Film aufweisen, der auf dem Siliziumnitridfilm (7) ausgebildet ist.
Magnetoresistive Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Planarisierungsfilm (6) ein Spin-on-Glass-Film ist.
Magnetoresistive Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin eine Schutzschicht (10) aufweist, die aus einem Siliziumnitridfilm besteht, der auf den magnetoresistiven Sensorelementen (9) ausgebildet ist.