DE19922136A1 - Magnetfeld-Erfassungselement und Magnetfeld-Erfassungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Ein Magnetfeld-Erfassungselement umfaßt eine Unterschicht (2), die auf einem Substrat (1) gebildet ist, ein großes Magnetwiderstandselement (7), das auf der Unterschicht (2) zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfelds gebildet ist; und eine integrierte Schaltung (3), die auf dem Substrat (1) zum Ausführen einer vorgegebenen arithmetischen Verarbeitung auf Grundlage einer Änderung eines Magnetfelds, die von dem großen Magnetwiderstandselement (7) erfaßt wird, gebildet ist, wobei das große Magnetwiderstandselement und die integrierte Schaltung (3) auf der gleichen Oberfläche gebildet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetfeld-Erfassungselement zum Erfassen einer Änderung in einem Magnetfeld, und insbesondere ein Element, das in einer Einrichtung zum Erfassen der Drehung eines magnetischen Körpers verwendet wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Allgemein ist ein Magnetwiderstandselement oder Magnetoresistanzelement (nachstehend als ein MR-Element bezeichnet) ein Element, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von einem Winkel ändert, der durch die Magnetisierungsrichtung eines Dünnfilms aus einem ferromagnetischen Körper (z. B. Ni-Fe oder Ni-Co) und der Richtung eines elektrischen Stroms gebildet wird. Der Widerstand eines derartigen MR-Elements ist minimal, wenn die Richtung eines elektrischen Stroms und die Richtung einer Magnetisierung sich rechtwinklig schneiden, und ist maximal, wenn der von der Richtung eines elektrischen Stroms und der Richtung einer Magnetisierung gebildete Winkel 0° ist, d. h., wenn die Richtungen die gleichen oder vollständig entgegengesetzt sind. Eine derartige Änderung im Widerstand wird als eine MR-Änderungsrate bezeichnet und ist für Ni-Fe typischerweise 2-3% und für Ni-Co typischerweise 5-6%.

Die Fig. 34 und 35 sind eine Seitenansicht bzw. eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Magnetfeld-Erfassungseinrichtung zeigen.

Wie in Fig. 34 dargestellt umfaßt die herkömmliche Magnetfeld-Erfassungseinrichtung eine Drehachse 41, einen magnetischen Drehkörper 42, der wenigstens einen konkaven (ausgenommenen) Abschnitt und einen konvexen (vorspringenden) Abschnitt aufweist und sich synchron zu der Drehung der Drehachse 41 dreht, ein MR-Element 43, das zu dem magnetischen Drehkörper 42 in einem vorgegebenen Abstand angeordnet ist, einen Magneten 44 zum Anwenden eines Magnetfelds auf das MR-Element 43 und eine integrierte Schaltung 45 zum Verarbeiten eines Ausgangs des MR-Elements 43. Das MR-Element 43 weist ein Magnetwiderstandsmuster oder Magnetoresistanzmuster 46 und eine Dünnfilmoberfläche (eine magnetisch empfindliche Oberfläche) 47 auf.

In einer derartigen Magnetfeld-Erfassungseinrichtung verursacht eine Drehung des magnetischen Drehkörpers 42 eine Änderung des Magnetfelds, das die Dünnfilmoberfläche 47 durchdringt, die die magnetisch empfindliche Oberfläche des MR-Elements 43 ist, was zu einer Änderung in dem Widerstand des Magnetwiderstandsmusters 46 führt.

Da jedoch der Ausgangspegel des MR-Elements als ein Magnetfeld-Erfassungselement, das in einer derartigen Magnetfeld-Erfassungseinrichtung verwendet wird, gering ist, kann die Erfassung nicht hoch genau sein. Um dieses Problem zu lösen ist ein Magnetfeld-Erfassungselement unter Verwendung eines großen (gigantischen) Magnetwiderstandselement s (nachstehend auch als ein Riesenmagnetwiderstandselement oder GMR-Element bezeichnet), das einen hohen Ausgangspegel aufweist, kürzlich vorgeschlagen worden.

Fig. 36 ist ein Diagramm, das die Eigenschaften eines herkömmlichen GMR-Elements zeigt.

Das GMR-Element, das die Eigenschaften in Fig. 36 auf zeigt, ist ein laminierter oder geschichteter Körper (Fe/Cr, Permalloy/Cu/Co/Cu, Co/Cu) als ein sogenannter künstlicher Gitterfilm, dessen magnetische Schichten und nicht-magnetische Schichten mit Dicken von mehreren Angström bis mehreren dutzend Angström alternierend aufgeschichtet oder laminiert sind. Dies ist in einem Artikel mit dem Titel "Magnetic Resistance Effects of Artificial Lattices", Japan Applied Magnetics Society Transactions, Vol. 15, Nr. 51991, auf den Seiten 813-821 offenbart. Der laminierte Körper weist einen viel größeren MR-Effekt (ein MR-Änderungsrate) als das voranstehend erwähnte MR-Element auf und ist gleichzeitig ein Element, das die gleiche Widerstandsänderung unabhängig von dem Winkel aufweist, der von der Richtung eines externen Magnetfelds und der Richtung eines elektrischen Stroms gebildet wird.

Um eine Änderung des Magnetfelds zu erfassen bildet das GMR-Element im wesentlichen eine magnetisch empfindliche Oberfläche. Elektroden werden an den jeweiligen Enden der magnetisch empfindlichen Oberfläche gebildet, um eine Brückenschaltung zu bilden. Eine Konstantspannungs- und Konstantstrom-Energiequelle wird mit den zwei aufeinanderzugekehrten Elektroden der Brückenschaltung verbunden. Die Änderung des Magnetfelds, das auf das GMR-Element wirkt, wird durch Umwandeln einer Widerstandsänderung des GMR-Elements in eine Spannungsänderung erfaßt.

Die Fig. 37 und 38 sind eine Seitenansicht bzw. eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung eines herkömmlichen GMR-Elements zeigen.

In den Fig. 37 und 38 umfaßt die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung eine Drehachse 41, einen magnetischen Drehkörper 42 als eine Einrichtung zum Bewirken einer Änderung eines magnetischen Felds, wobei der Körper wenigstens einen konkaven Abschnitt und einen konvexen Abschnitt aufweist und synchron mit der Drehung der Drehachse 41 gedreht werden kann, ein GMR-Element 48, das in einem vorgegebenen Abstand zu dem magnetischen Drehkörper 42 angeordnet ist, einen Magneten 44 als eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung zum Anwenden eines Magnetfelds auf das GMR-Element 48, und eine integrierte Schaltung 45 zum Verarbeiten eines Ausgangs des GMR-Elements 48. Das GMR-Element 48 weist ein Magnetwiderstandsmuster 49 als ein magnetisch empfindliches Muster und eine Dünnfilmoberfläche 50 auf.

In einer derartigen Magnetfeld-Erfassungseinrichtung verursacht eine Drehung des magnetischen Drehkörpers 42 eine Änderung des Magnetfelds, das die Dünnfilmoberfläche (die magnetisch empfindliche Oberfläche) 47 des GMR-Elements 48 durchdringt, was zu einer Änderung des Widerstands des Magnetwiderstandsmusters 49 führt.

Fig. 39 ist ein Blockschaltbild, das die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des herkömmlichen GMR-Elements zeigt.

Fig. 40 ist ein Blockschaltbild, das die Einzelheiten der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des herkömmlichen GMR-Elements zeigt.

Die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung, die in den Fig. 39 und 40 gezeigt ist, ist in einem vorgegebenen Abstand zu dem magnetischen Drehkörper 42 angeordnet und umfaßt eine Wheatstone-Brückenschaltung 51 unter Verwendung des GMR-Elements 48, an das von dem Magneten 44 ein Magnetfeld angelegt wird, eine differentielle Verstärkungsschaltung 52 zum Verstärken des Ausgangs der Wheatstone-Brückenschaltung 51, eine Vergleichsschaltung 53 zum Vergleichen des Ausgangs der differentiellen Verstärkungsschaltung 52 mit einem Referenzwert, um ein Signal "0" oder "1" auszugeben, und eine Ausgabeschaltung 54, die in Abhängigkeit von dem Ausgang der Vergleichsschaltung 53 schaltet.

Fig. 41 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Schaltung der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des herkömmlichen GMR-Elements.

In Fig. 41 weist die Wheatstone-Brückenschaltung 51 auf ihren jeweiligen Seiten GMR-Elemente 48a, 48b, 48c und 48d auf, wobei z. B. die GMR-Elemente 48a und 48c mit einem Energiequellenanschluß VCC verbunden sind, die GMR-Elemente 48 und 48d poliert sind, die andere Enden der GMR-Elemente 48a und 48b mit einer Verbindung 55 verbunden sind, und die anderen Enden der GMR-Elemente 48c und 48d mit einer Verbindung 56 verbunden sind.

Die Verbindung 55 der Wheatstone-Brückenschaltung 51 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß eines Verstärkers 59 einer differentiellen Verstärkungsschaltung 59 über einen Widerstands 57 verbunden. Die Verbindung 56 ist mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 59 über einen Widerstand 60 verbunden, und ferner ist sie mit einer Spannungsteilerschaltung 62 zum Bilden einer Referenzspannung auf Grundlage der von dem Energiequellenanschluß VCC über einen Widerstand 61 zugeführten Spannung verbunden.

Ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 59 ist mit seinem eigenen invertierenden Eingangsanschluß über einen Widerstand 63 verbunden und ferner ist er mit einem invertierenden Eingangsanschluß einer Vergleichsschaltung 64 verbunden. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluß der Vergleichsschaltung 64 ist mit einer Spannungsteilerschaltung 66 zum Bilden einer Referenzspannung auf Grundlage der von dem Energiequellenanschluß VCC zugeführten Spannung verbunden, und ferner ist er mit einem Ausgangsanschluß der Vergleichsschaltung 64 über einen Widerstand 67 verbunden.

Ein Ausgabeende der Vergleichsschaltung 64 ist mit einer Basis eines Transistors 69 einer Ausgabeschaltung 68 verbunden. Der Kollektor des Transistors 69 ist mit einem Ausgangsanschluß der Ausgabeschaltung 68 verbunden, und ferner ist er mit dem Energiequellenanschluß VCC über einen Widerstand 71 verbunden. Der Emitter des Transistors 69 ist poliert.

Fig. 42 zeigt den Aufbau des herkömmlichen Magnetfeld-Erfassungselement.

Fig. 43 ist ein Diagramm, das die Betriebseigenschaften des herkömmlichen Magnetfeld-Erfassungselements zeigt.

Wie in Fig. 42 gezeigt umfaßt die Wheatstone-Brücke das GMR-Element 48 (gebildet aus 48a, 48b, 48c und 48d).

Wie in Fig. 43 gezeigt verursacht eine Drehung des magnetischen Drehkörpers 42 eine Änderung des Magnetfelds, das an das GMR-Element 48 (48a bis 48d) angelegt wird, und ein Ausgang entsprechend der konkaven Abschnitte und der konvexen Abschnitte des magnetischen Drehkörpers 42 kann an einem Ausgabeende der differentiellen Verstärkungsschaltung 48 erhalten werden.

Der Ausgang der differentiellen Verstärkungsschaltung 48 wird an die Vergleichsschaltung 64 geführt, mit dem Referenzwert als der Vergleichspegel verglichen, in ein Signal von entweder "0" oder "1" umgewandelt, und das Signal wird ferner durch die Ausgabeschaltung 48 in eine Wellenform ausgebildet. Infolgedessen, wie in Fig. 43 gezeigt, kann ein Ausgang mit "0" oder "1" mit steilen führenden und hinteren Flanken an dem Ausgangsanschluß 70 erhalten werden.

Da jedoch das in dem voranstehend erwähnten Magnetfeld-Erfassungselement verwendete GMR-Element empfindlich ist, ist es erforderlich, z. B. die Oberfläche der Unterschicht zu glätten, auf der das GMR-Element gebildet wird, um vollständig seine Eigenschaften hervorzubringen. Deshalb ist es z. B. schwierig, das GMR-Element auf der gleichen Oberfläche zu bilden, auf der die integrierte Schaltung gebildet ist.

Dies erfordert, daß das GMR-Element und die integrierte Schaltung getrennt gebildet werden und, daß sie dann miteinander elektrisch verbunden werden, was zu einer geringen Produktivität und hohen Herstellungskosten führt.

Da ferner der Ausgang der Vergleichsschaltung von dem Abstand zwischen dem magnetischen Drehkörper und dem Magnetfeld-Erfassungselement abhängt, ist ein Problem dahingehend vorhanden, daß die sogenannten Spalteigenschaften schlecht sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend erwähnten Probleme durchgeführt und deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetfeld-Erfassungselement mit geringen Kosten, einer hohen Produktivität und einer hohen Erfassungsgenauigkeit und eine Magnetfeld-Erfassungseinrichtung, die das Magnetfeld-Erfassungselement verwendet, bereitzustellen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Magnetfeld-Erfassungselement vorgesehen, das umfaßt: eine Unterschicht, die auf einem Substrat gebildet ist, ein großes Magnetwiderstandselement, das auf der Unterschicht gebildet ist, zum Erfassen einer Änderung in einem Magnetfeld; und eine integrierte Schaltung, die auf der Unterschicht gebildet ist, zum Ausführen einer vorgegebenen arithmetischen Verarbeitung auf Grundlage einer Änderung des Magnetfelds, die von dem großen Magnetwiderstandselement erfaßt wird, wobei das große Magnetwiderstandselement und die integrierte Schaltung auf der gleichen Oberfläche gebildet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein auf der Unterschicht zum Bilden der integrierte Schaltung gebildeter Metallfilm, der sich nicht in einem Bereich zum Bilden der integrierten Schaltung befindet, so strukturiert, um eine Verdrahtung zum Verbinden des großen Magnetwiderstandselements und der integrierten Schaltung zu bilden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verdrahtung durch ein Naßätzen des Metallfilms gebildet und weist im Querschnitt eine Keilform auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auf der Unterschicht in einem Bereich zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements zum Herabsetzen einer Differenz der Niveaus zwischen der Oberfläche des Metallfilms zum Bilden der Verdrahtung und einer Oberfläche zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements eine erste Niveaudifferenz-Pufferschicht gebildet, und das große Magnetwiderstandselement wird auf der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Niveaudifferenz-Pufferschicht aus einer isolierenden Schicht gebildet und die Niveaudifferenz zwischen der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht und der Oberfläche des Metallfilms zum Bilden der Verdrahtung ist in einem ausreichenden Maße kleiner als die Filmdicke des großen Magnetwiderstandselements.

In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Niveaudifferenz-Pufferschicht eine Schutzschicht oder eine Harzschicht mit Fluidcharakteristiken, die durch eine Drehbeschichtung gebildet werden, und die Niveaudifferenz zwischen der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht und der Oberfläche des Metallfilms zum Bilden der Verdrahtung ist in einem ausreichenden Maß kleiner als die Filmdicke des großen Magnetwiderstandselements.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements ein Abschnitt des Films des großen Magnetwiderstandselements, der auf der integrierten Schaltung gebildet ist, nicht-entfernt gelassen, und ein Schutzfilm wird auf dem nicht-entfernten Film des großen Magnetwiderstandselements gebildet, nachdem ein Film des großen Magnetwiderstandselements auf der gesamten Oberfläche der integrierten Schaltung und der Verdrahtung gebildet ist.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Magnetfeld-Erfassungselement vorgesehen, das umfaßt: eine integrierte Schaltung, eine Unterschicht und ein Metallkissen, die auf einem Substratende angegebenen Reihenfolge gebildet sind, versehen mit: einer zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht, die auf der Unterschicht und dem Metallkissen gebildet ist, um die Niveaudifferenz zwischen der Oberfläche der Unterschicht und der Oberfläche des Metallkissens zu absorbieren; und ein großes Magnetwiderstandselement, das auf der zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht gebildet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht eine Oberfläche auf, die durch Polieren geglättet ist, und das große Magnetwiderstandselement ist auf der geglätteten Oberfläche der zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht eine Schutzschicht (Resistschicht) oder eine Harzschicht, die eine geglättete Oberfläche aufweist, die durch eine Drehbeschichtung gebildet ist, und das Magnetwiderstandselement ist auf der geglätteten Oberfläche der geglätteten Schutzschicht oder Harzschicht gebildet.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Magnetfeld-Erfassungselement vorgesehen, das umfaßt: eine Unterschicht, die auf einer Oberfläche eines Substrats gebildet ist; ein großen Magnetwiderstandselement, das auf der Unterschicht gebildet ist, zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfelds; und eine integrierte Schaltung, die auf der Oberfläche gegenüberliegend zu der Oberfläche, an der das große Magnetwiderstandselement des Substrats gebildet ist, gebildet ist, zum Ausführen einer vorgegebenen arithmetischen Verarbeitung auf Grundlage einer Änderung des Magnetfelds, die von dem großen Magnetwiderstandselement erfaßt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind eine Unterschicht und ein großes Magnetwiderstandselement ferner auf der integrierten Schaltung gebildet, die auf der anderen Oberfläche des Substrats gebildet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Film, der identisch zu dem Film ist, der das große Magnetwiderstandselement bildet, auf der ersten Verdrahtung gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mehr als die Hälfte der oberen Oberfläche und der Seitenfläche der ersten Verdrahtung mit dem gleichen Film beschichtet, der das große Magnetwiderstandselement bildet.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetfeld-Erfassungselement bereitgestellt, umfassend eine integrierte Schaltung, die auf einem Substrat gebildet ist und einen Kondensatorabschnitt aufweist, eine Unterschicht, die auf der integrierten Schaltung gebildet ist, eine zweite Metallschicht, die auf der Unterschicht gebildet ist, und ein großes Magnetwiderstandselement, das auf dem Kondensatorabschnitt der integrierten Schaltung gebildet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das große Magnetwiderstandselement mit der integrierten Schaltung über eine zweite Verdrahtung verbunden, die durch Strukturieren der zweiten Metallschicht gebildet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Film, der identisch zu dem Film ist, der das große Magnetwiderstandselement bildet, auf der zweiten Verdrahtung gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mehr als die Hälfte der oberen Oberfläche und der Seitenfläche der zweiten Verdrahtung mit dem gleichen Film beschichtet, der das große Magnetwiderstandselement bildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das große Magnetwiderstandselement mit der integrierten Schaltung über einen Bondungsdraht verbunden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das große Magnetwiderstandselement durch wiederholtes Aufschichten einer Fe-(x) Co (1-x) Schicht (0 ≦ x ≦ 0,3) und einer Cu-Schicht gebildet, wobei die Filmdicke der Cu-Schichten pro Schicht auf eine derartige Filmdicke eingestellt ist, die bewirkt, daß die Änderungsrate des Magnetwiderstands in einer Schicht der Cu-Schichten um das zweite Maximum herum ist, und Schutzfilme werden auf dem großen Magnetwiderstandselement durch eine Spin-Beschichtung oder mit Hilfe eines Niedertemperatur-Plasma-CVD-Verfahren gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Diode zwischen dem großen Magnetwiderstandselement und der integrierten Schaltung gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht 50 Å oder weniger.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht zwischen 1 Å und 25 Å.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt einen differentiellen Verstärker und einen Vergleicher auf einer Leitung zum Übertragen eines Ausgangs des großen Magnetwiderstandselements an die integrierte Schaltung, wobei der Vergleicher den Ausgang des differentiellen Verstärkers unabhängig von dem Abstand zwischen dem großen Magnetwiderstandselement und dem Objekt, das von dem großen Magnetwiderstandselement beobachtet werden soll, konstant einstellt, und zwar als ein Kriterium zum Entscheiden der Position eines zu beobachtenden Objekts.

In einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetfeld-Erfassungseinrichtung bereitgestellt, die einen magnetischen Drehkörper, der um die Drehachse drehbar ist und einen konkaven Abschnitt und einen konvexen Abschnitt entlang seines äußeren Umfangs aufweist, einen Magneten, der so angeordnet ist, daß er auf den äußeren Umfang des magnetischen Drehkörpers gerichtet ist, und ein Magnetfeld- Erfassungselement, das an der Magnetoberfläche dem äußeren Umfang des magnetischen Drehkörpers gegenüberliegend angebracht ist, umfaßt, wobei das Magnetfeld-Erfassungselement eine Änderung in einem Magnetfeld, das zwischen dem magnetischen Drehkörper und dem Magneten während der Drehung des magnetischen Drehkörpers erzeugt wird, erfaßt, und wobei die Einrichtung einen Drehbetrag des magnetischen Drehkörpers auf Grundlage der erfaßten Änderung in dem Magnetfeld erfaßt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, die den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Seitenansicht, die den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das schematisch den inneren Aufbau der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Charakteristiken des Zusammenhangs zwischen der Widerstandsänderungsrate pro Einheit des Magnetfelds und der Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht des Magnetfeld-Erfassungselements der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 eine Konzeptansicht, die den Herstellungsprozeß des Magnetfeld-Erfassungselement gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 eine Konzeptansicht, die den Herstellungsprozeß des Magnetfeld-Erfassungselements Beispiel der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 eine Konzeptansicht die den Herstellungsprozeß des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 10 eine Konzeptansicht, die den Herstellungsprozeß des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 11 eine Teilquerschnittsansicht eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Teilquerschnittsansicht des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht, die konzeptionell den Herstellungsprozeß eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht, die schematisch den Herstellungsprozeß des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 15 eine Querschnittsansicht, die konzeptionell das Magnetfeld-Erfassungselement gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 16 einen wesentlichen Abschnitt eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 eine Seitenansicht, die den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 18 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 19 eine Konzeptansicht, die den Aufbau im Querschnitt während eines Herstellungsprozesses eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 20 eine Konzeptansicht, die den Aufbau im Querschnitt während eines Herstellungsprozesses des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 21 eine Konzeptansicht, die den Aufbau im Querschnitt während eines Herstellungsprozesses des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 22 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau im Querschnitt eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 23 eine Konzeptansicht, die den Aufbau im Querschnitt des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 24 den Aufbau der vorderen Oberfläche eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 25 den Aufbau der hinteren Oberfläche des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 26 eine perspektivische Ansicht des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 27 eine Seitenansicht des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 28 den Aufbau der vorderen Oberfläche eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 29 den Aufbau der hinteren Oberfläche des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 30 eine perspektivische Ansicht des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 31 eine Seitenansicht des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 32 ein Blockschaltbild, das schematisch den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 33 ein Diagramm, das Betriebseigenschaften des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 34 eine Seitenansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Magnetfeld-Erfassungseinrichtung zeigt;

Fig. 35 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der herkömmlichen Magnetfeld-Erfassungseinrichtung zeigt;

Fig. 36 ein Diagramm, das die Eigenschaften eines herkömmlichen GMR-Elements zeigt;

Fig. 37 eine Seitenansicht, die den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung eines herkömmlichen GMR-Elements zeigt;

Fig. 38 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des herkömmlichen GMR-Elements zeigt;

Fig. 39 ein Blockschaltbild, das die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des herkömmlichen GMR-Elements zeigt;

Fig. 40 ein Blockschaltbild, das die Einzelheiten der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des herkömmlichen GMR-Elements zeigt;

Fig. 41 ein Beispiel des Aufbaus einer Schaltung der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des herkömmlichen GMR-Elements;

Fig. 42 den Aufbau des herkömmlichen Magnetfeld-Erfassungselements;

Fig. 43 ein Diagramm, das die Betriebseigenschaften des herkömmlichen Magnetfeld-Erfassungselements zeigt; und

Fig. 44 eine Aufsicht, die transparent den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigt;

Fig. 45 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements im Schnitt entlang der Linie A-A' in Fig. 44 zeigt;

Fig. 46 eine Aufsicht, die transparent den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 9 zeigt;

Fig. 47 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements im Schnitt entlang der Linie A-A' in Fig. 46 zeigt;

Fig. 48 eine Aufsicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 9 zeigt;

Fig. 49 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements im Schnitt entlang der Linie B-B' in Fig. 48 zeigt;

Fig. 50 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 9 zeigt;

Fig. 51 eine Aufsicht, die transparent den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 10 zeigt;

Fig. 52 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 10 zeigt;

Fig. 53 einen Graph, der eine Wärmewiderstandscharakteristik eines GMR-Elements zeigt, welches in einem Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 11 verwendet wird; und

Fig. 54 ein Blockschaltbild, welches konzeptionell den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 12 zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.

Ausführungsform 1

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselement gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 1. Fig. 3 und Fig. 4 sind eine Seitenansicht bzw. eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das schematisch den inneren Aufbau der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt umfaßt ein Magnetfeld-Erfassungselement 28 gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eine Metallverdrahtung 6 als eine erste Verdrahtung und ein GMR-Element 7 auf einer Unterschicht 2, die auf einem Substrat 1 gebildet ist.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt umfaßt die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung einen magnetischen Drehkörper 30, der wenigstens einen konkaven (ausgenommenen) Abschnitt und einen konvexen (vorspringenden) Abschnitt entlang seines äußeren Umfangs aufweist und der sich synchron mit der Drehung einer Drehachse 29 dreht, ein Magnetfeld-Erfassungselement 28, das so angeordnet ist, daß es auf den äußeren Umfang des magnetischen Drehkörpers 30 in einem vorgegebenen Spalt oder Abstand dazwischen gerichtet ist, einen Magneten 31 zum Anwenden eines Magnetfelds auf ein GMR-Element 7 des Magnetfeld-Erfassungselements 28 und eine integrierte Schaltung 3 zum Verarbeiten eines Ausgangs des GMR-Elements 7.

In der Ausführungsform 1 ist das GMR-Element auf der gleichen Oberfläche gebildet, auf der die integrierte Schaltung gebildet ist.

Da wie voranstehend beschrieben das GMR-Element aus einer superdünnen Filmschicht mit einer Dicke von mehreren Å bis mehreren Dutzend Å gebildet ist, neigt es dazu, von einer geringfügigen Unebenheit der Oberfläche der Unterschicht, auf der das GMR-Element angeordnet ist, beeinflußt zu werden.

Wenn die Unebenheit der Oberfläche der Unterschicht beträchtlich ist, zeigt das GMR-Element keinerlei Änderung im Widerstand. Wenn die Oberfläche der Unterschicht glatter wird, dann wird die Änderungsrate des Widerstands des GMR-Elements größer. Jedoch muß das Magnetfeld zum Erzeugen der Widerstandsänderung entsprechend größer sein.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Charakteristiken des Zusammenhangs zwischen der Änderungsrate des Widerstands pro Einheit des Magnetfelds und der Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht des Magnetfeld-Erfassungselements zeigt.

Die Änderungsrate des Widerstands pro Einheitsmagnetfeld (nachstehend als die Magnetfeldempfindlichkeit bezeichnet), die in Fig. 6 gezeigt ist, zeigt Eigenschaften für den Fall, bei dem für ein Substrat, auf dem ein GMR-Element angeordnet ist, ein Substrat, auf dem eine Unterschicht aus Si, einem Si-thermischen Oxidfilm, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Tantaloxid oder dergleichen durch einen Sputtervorgang (Aufstäubungsvorgang) gebildet ist, ein Sodaglassubstrat und verschiedene Arten von keramischen Substraten verwendet werden.

Die Glätte der Oberfläche der Unterschicht kann unter Verwendung eines AFM-Mikroskops (Atomic Force Microscope oder Atomkraftmikroskop) oder dergleichen gemessen werden. In Fig. 6 wird die Glätte durch die durchschnittliche Rauhigkeit (Ra) dargestellt.

Wie sich der Fig. 6 entnehmen läßt, kann eine große Magnetfeldempfindlichkeit des GMR-Elements erhalten werden, wenn der Durchschnitt der Oberflächenrauhigkeit Ra 50 Å oder weniger ist, und insbesondere kann die beste Magnetfeldempfindlichkeit erhalten werden, wenn der Durchschnitt der Oberflächenrauhigkeit Ra 1 Å oder mehr und 25 Å oder weniger ist.

Ferner ist das GMR-Element mit der integrierten Schaltung über einen Metallfilm, der bei dem Prozeß der Bildung der integrierten Schaltung gebildet wird, elektrisch verbunden. In der integrierten Schaltung sind Elemente, wie ein Transistor und ein Widerstand, elektrisch über einen Metallfilm verbunden, der allgemein aus einem Aluminiumfilm gebildet ist. Das GMR-Element ist mit der integrierten Schaltung elektrisch verbunden, indem dieser Aluminiumfilm in einem vorgegebenen Bereich gebildet wird, der zum Verbinden des GMR-Elements mit der integrierten Schaltung erforderlich ist.

Der Strukturierungsprozeß oder Musterbildungsprozeß, bei dem eine Verdrahtung aus diesem Aluminiumfilm gebildet wird, wird durch einen Naßätzprozeß ausgeführt. Die Verdrahtung kann eine sich verjüngende Form im Querschnitt aufweisen, indem die Eigenschaften eines isotopischen Ätzens durch das Naßätzen verwendet werden, und somit kann der Verbindungsabschnitt zwischen dem GMR-Element und dem Aluminiumfilm eine Form aufweisen, die hinsichtlich der Festigkeit vorteilhaft ist.

Fig. 44 ist eine Aufsicht, die transparent den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.

Ein in Fig. 44 gezeigtes GMR-Element 7 wird in einer Weise, die sich von der Darstellungsweise des in Fig. 1 gezeigten GMR-Elements 7 unterscheidet, mit dickeren Linien dargestellt. Jedoch zeigen diese beiden Figuren die GMR-Elemente mit dem gleichen Aufbau.

Fig. 45 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfelds-Erfassungselements im Schnitt entlang der Linie A-A' in Fig. 44 zeigt.

Wie in den Fig. 44 und 45 dargestellt, kann in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ein GMR-Elementfilm 5b auf der Metallverdrahtung 6 gebildet werden. Überdies zeigt die Fig. 45 einen Zustand, in dem Schutzfilme 108 und 109 ferner auf dem GMR-Elementfilm 5b gebildet sind.

Wenn der GMR-Elementfilm 5b strukturiert wird, um auf der Metallverdrahtung 6 gebildet zu werden, kann in dieser Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Metallverdrahtung 6 und dem GMR-Elementfilm 5b sichergestellt werden.

Obwohl es in diesem Fall bevorzugt wird, daß sämtliche oberen Oberflächen und die Seitenfläche der Metallverdrahtung 6 mit dem GMR-Element 5b überzogen sind, würde ein ausreichender Effekt erhalten werden, wenn eine Beschichtung über mehr als die Hälfte der oberen Oberfläche und der Seitenoberfläche der Metallverdrahtung 6 aufgeschichtet ist.

Die Fig. 7 bis 10 sind konzeptionelle Ansichten, die den Herstellungsprozeß des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.

Zunächst wird wie in Fig. 7 gezeigt bei dem Prozeß einer Bildung der integrierten Schaltung des Magnetfeld-Erfassungselements 28 ein Metallfilm 4, beispielsweise ein Aluminiumfilm, auf der Oberfläche der Unterschicht 2 eines Si-thermischen Oxidfilms oder dergleichen, der auf dem Substrat 1, beispielsweise einem Si-Substrat, gebildet ist, gebildet. Wenn dann die integrierte Schaltung 3 gebildet wird, bleibt ein Abschnitt des Metallfilms 4 ohne die darauf gebildete integrierte Schaltung (auf der rechten Hälfte auf dem Substrat 1) unstrukturiert oder ohne Muster.

Dann wird, wie in Fig. 8 gezeigt, der Metallfilm 4 in eine vorgegebene Verdrahtung 6 strukturiert, indem ein fotolithographischer Transfer verwendet wird. Danach, wie in Fig. 9 gezeigt, wird ein GMR-Elementfilm 5 auf der gesamten Oberfläche gebildet, und, wie in Fig. 10 gezeigt, das GMR-Element 7 wird unter Verwendung des fotolithographischen Transfers strukturiert.

In dieser Weise wird in der Ausführungsform 1 das GMR-Element 7 auf der Unterschicht 2, die auf dem Substrat 1 gebildet ist, gebildet und ferner wird ein Abschnitt des Metallfilms 4 zum Bilden der integrierten Schaltung als die Verdrahtung 6 zum elektrischen Verbinden der integrierten Schaltung 3 mit dem GMR-Element 7 verwendet. Deshalb ist es im Gegensatz zu dem herkömmlichen Fall nicht erforderlich, ein GMR-Element, das auf einer Filmoberfläche gebildet ist, und eine integrierte Schaltung, die auf einer anderen Filmoberfläche gebildet ist, elektrisch zu verbinden, und es ist nicht erforderlich, einen Metallfilm zum Bilden der Verdrahtung neu zu bilden. Demzufolge kann eine höhere Produktivität und niedrigere Kosten eines Magnetfeld-Erfassungselements 28 und einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung, die das Magnetfeld-Erfassungselement verwendet, erhalten werden.

Da ferner die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht 2, auf der das GMR-Element 7 gebildet ist, so eingestellt wird, daß sie 50 Å oder weniger und vorzugsweise zwischen 1 Å und 25 Å ist, können die Eigenschaften des GMR-Elements 7 verbessert werden und ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement kann bereitgestellt werden.

Da der Metallfilm 4 an dem Verbindungsabschnitt zwischen der Verdrahtung 6 und dem GMR-Element 7 unter Verwendung eines Naßätzprozesses zum Ausführen des Strukturierungsprozesses zum Bilden der Verdrahtung 6 für den Metallfilm 4 in eine zusammenlaufende oder verjüngte Form ausgebildet werden kann, wird ein Bruch an dem Verbindungsabschnitt in einem großen Ausmaß verhindert und somit kann die Zuverlässigkeit des Magnetfeld-Erfassungselements 28 und einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung, die das Magnetfeld-Erfassungselement 28 verwendet, verbessert werden.

Ausführungsform 2

In der Ausführungsform 1 kann die Verdrahtung 6 in zufriedenstellender Weise mit dem GMR-Element 7 verbunden werden, indem der GMR-Elementfilm 5 als ein großes Magnetwiderstandselement auf dem strukturierten Metallfilm (d. h. der Verdrahtung 6, die in Fig. 10 gezeigt ist) und auf der Unterschicht 2 (s. Fig. 8 und 9) gebildet wird und der GMR-Elementfilm 5 strukturiert wird.

Jedoch beträgt die Dicke des GMR-Elements 7 ungefähr 500 Å-2000 Å, was relativ dünner als der Metallfilm 4 ist, der die Verdrahtung 6 bildet, und wenn somit der Metallfilm 4 ausreichend dicker ist als das GMR-Element 7, dann kann der Verbindungszustand an dem Verbindungsabschnitt zwischen der Verdrahtung 6 und dem GMR-Element 7 instabil werden. Dies liegt daran, das das GMR-Element 7, das dünner als der Metallfilm 4 ist, der die Verdrahtung 6 bildet, aufgrund einer großen Differenz in ihren Niveaus an dem Verbindungsabschnitt brechen kann.

In diesem Fall kann ein ausreichender Verbindungszustand erhalten werden, indem die jeweiligen Oberflächen, auf denen die Verdrahtung 6 und das GMR-Element 7 gebildet sind, im wesentlichen auf die gleiche Höhe eingestellt werden. Eine Beschreibung eines derartigen Verfahrens wird nachstehend durchgeführt.

Die Fig. 11 und 12 sind Teilquerschnitte eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.

Es sei beispielsweise angenommen, daß die Dicke des Metallfilms 4 1 µm beträgt. Wie in Fig. 11 gezeigt wird ein Si-Oxidfilm 8 mit einer Dicke von 1,5 µm als eine erste Niveaudifferenz-Pufferschicht auf der Verdrahtung 6, die durch Strukturieren des Metallfilms 4 gebildet ist, und auf der Unterschicht 2 gebildet.

Dann wird die Oberfläche des Si-Oxidfilms 8 mit ultrafeinen Teilchen, Diamantteilchen und dergleichen, poliert. Wenn die wegzupolierende Dicke ein wenig mehr als 1,5 µm ist, kann die Differenz in den Niveaus zwischen der Oberfläche des Si-Oxidfilms 8 und der Oberfläche des Metallfilms 4 zum Bilden der Verdrahtung 6 ausreichend kleiner als die Filmdicke des GMR-Elements 7 gemacht werden und somit können die Oberflächen der. Verdrahtung 6 und des Si-Oxidfilms 8 fluchtend gemacht werden, wie sich der Querschnittsansicht nach der Polierung in Fig. 12 entnehmen läßt.

Wenn das GMR-Element 9 auf der Verdrahtung 6 und dem Si-Oxidfilm 8 gebildet wird, nachdem ihre Oberflächen in der obigen Weise fluchtend gemacht worden sind, besteht keine Niveaudifferenz zwischen der Verdrahtung 6 und dem GMR-Element 9 an dem Verbindungsabschnitt und somit kann der Verbindungszustand verbessert werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Oberfläche nach der Polierung ausreichend glatt ist und zufriedenstellende GMR-Elementcharakteristiken erhalten werden können, da die Reibungskörner, die zum Polieren des Si-Oxidfilms 8 verwendet werden, ausreichend fein sind.

In der obigen Beschreibung ist ein Fall beschrieben, bei dem der Si-Oxidfilm 8 verwendet wird. Wenn jedoch eine Isolationsschicht aus Tantaloxid, Siliziumnitrid oder dergleichen verwendet wird, kann der gleiche Effekt wie in der obigen Beschreibung erhalten werden.

Ausführungsform 3

Die Fig. 13 und 14 sind Querschnittsansichten, die konzeptionell den Herstellungsprozeß eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigen.

Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht, die konzeptionell das Magnetfeld-Erfassungselement gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.

In der Ausführungsform 3 wird durch Anwenden einer Schutzschicht (Resistschicht) oder einer Harzschicht aus Polyimid, PVSQ (Siliziumleiterpolymer) oder dergleichen als eine erste Niveaudifferenz-Pufferschicht durch eine Dreh- oder Spinbeschichtung die Oberfläche, auf der die Verdrahtung gebildet ist, und die Oberfläche, auf dem das GMR-Element gebildet ist, fluchtend gemacht.

Beispielsweise wird ähnlich wie bei der Ausführungsform 2 dann, wenn eine Schutzschicht 10 mit einer Dicke von 2 µm auf die gesamte Oberfläche durch eine Spinbeschichtung aufgebracht wird, nachdem der Metallfilm mit einer Dicke von 1 µm strukturiert worden ist, um die Verdrahtung 6 zu bilden, die Oberfläche der Schutzschicht 10 flach ohne eine Niveauunterschied wie in Fig. 13 gezeigt.

Dann wird die Oberfläche der Schutzschicht 10 durch eine Schutzschichtveraschung und dergleichen entfernt, um die Schutzschicht 10 gleichmäßig dünn zu machen. Durch Entfernen der Schutzschicht 10, bis die obere Oberfläche der Verdrahtung 6 erscheint, kann die Differenz des Niveaus zwischen der Oberfläche der Schutzschicht 10 und der Oberfläche des Metallfilms 4 zum Bilden der Verdrahtung 6 ausreichend kleiner als die Filmdicke des GMR-Elements 9 gemacht werden, wie in Fig. 14 gezeigt, und die obere Oberfläche der Verdrahtung 6 mit der Oberfläche, auf der das GMR-Element 9 gebildet ist, kann dadurch nach der Schutzschichtveraschung im Querschnitt ausreichend fluchtend gemacht werden.

Ein Dünnfilm, beispielsweise ein Si-Oxidfilm mit einer Dicke von beispielsweise 1000 Å, wird auf der gesamten oberen Oberfläche der voranstehend gebildeten Verdrahtung 6 und der Schutzschicht 10 gebildet und der Dünnfilm, der auf der Verdrahtung 6 gebildet ist, wird durch einen fotolithographischen Prozeß und einen RIE- (reaktives Ionenätzen) Prozeß entfernt, um nur einen Si-Oxidfilm 11 auf der Schutzschicht 10 zurückzulassen und die Verdrahtung 6 freizulegen (s. Fig. 15).

Der Rest des Prozesses, der das GMR-Element 9 bildet, ist ähnlich wie in der Ausführungsform 2, wie in Fig. 15 gezeigt.

In der obigen Beschreibung wird als das Verfahren zum Verdünnen der Schutzschicht 10 eine Schutzschichtveraschung verwendet. Jedoch kann in einer ähnlichen Weise wie bei dem obigen Fall ein RIE- (reaktives Ionenätzen) Verfahren, ein IBE- (Ionenstrahlätzen) Verfahren, ein Naßätzen unter Verwendung eines Ätzmittels oder dergleichen die Schutzschicht entfernen.

Da die Schutzschicht leicht durch ein Lösungsmittel oder dergleichen angegriffen wird, wird ferner der Si-Oxidfilm 11 mit einer Dicke von 1000 Å auf der Schutzschicht 10 gebildet, bevor das GMR-Element 9 gebildet wird, um zu verhindern, daß die Schutzschicht 10 entfernt wird, wenn das GMR-Element 9 mit einem Muster versehen wird, d. h. strukturiert wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn bei dem Prozeß einer Strukturierung des GMR-Elements 9 ein Lösungsmittel verwendet wird, das die Schutzschicht nicht auflösen kann, der voranstehend erwähnte Si-Oxidfilm nicht gebildet werden muß.

Ausführungsform 4

Fig. 16 zeigt einen wesentlichen Abschnitt eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.

Nachdem der GMR-Elementfilm als ein großes Magnetwiderstandselement auf der gesamten oberen Oberfläche der Unterschicht 2 und der Verdrahtung 6 gebildet ist, wird in der Ausführungsform 4 ein GMR-Elementfilm 5a, der auf der integrierten Schaltung gebildet ist, nicht-entfernt gelassen und das GMR-Element 7 wird strukturiert.

Diese Art von Strukturierung des GMR-Elements 7 wird allgemein durch ein IBE-Verfahren ausgeführt. Wenn, wie in der Ausführungsform 1, nur der Abschnitt, der als das GMR-Element 7 verwendet werden soll, zurückgelassen wird und die Strukturierung ausgeführt wird, und die anderen Abschnitte entfernt werden, können demzufolge Ionenkollisionen die integrierte Schaltung beschädigen. Da jedoch in der Ausführungsform 4 das GMR-Element auf der integrierten Schaltung nicht entfernt wird, wenn das GMR-Element 7 strukturiert wird, kann die integrierte Schaltung vor einer Beschädigung aufgrund von Ionenkollisionen geschützt werden. Infolgedessen kann die Zuverlässigkeit des Magnetfeld-Erfassungselements verbessert werden.

Ausführungsform 5

Die Fig. 17 und 18 sind eine Seitenansicht bzw. eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigen.

In der Ausführungsform 5, wie in den Fig. 17 und 18 gezeigt, wird das GMR-Element 9 als ein großes Magnetwiderstandselement auf der integrierten Schaltung 3 gebildet.

Die Fig. 19, 20 und 21 sind konzeptionelle Ansichten, die den Aufbau im Querschnitt während eines Herstellungsprozesses eines Magnetfeld-Erfassungselements zeigen, das in einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Wie in Fig. 19 gezeigt werden die integrierte Schaltung 3, Metallkissen Metallpfropfen) 11 und die Unterschicht 2 durch einen fotolithographischen Transfer und ein RIE-Verfahren gebildet. Ferner wird als eine zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht ein Si-Oxidfilm 36 auf den gesamten freigelegten oberen Oberflächen der Metallkissen 11 und der oberen Oberfläche der Unterschicht 2 gebildet.

Der Si-Oxidfilm 36 muß dicker ausgebildet werden als die maximale Niveaudifferenz d zwischen den Oberflächen der Unterschicht 2 und der Oberfläche der Metallkissen 11 (siehe Pfeile in Fig. 19). Beispielsweise ist der Si-Oxidfilm 36 ungefähr zweimal so dick wie die maximale Niveaudifferenz d. Die Oberfläche des Si-Oxidfilms 36 wird in einer ähnlichen Weise wie bei der Ausführungsform 2 glattpoliert.

Hier ist die Dicke Si-Oxidfilms 36, die poliert werden soll, ein wenig kleiner als die maximale Niveaudifferenz d der integrierten Schaltung 3.

Obwohl die Fig. 19 bis 21 einen Abschnitt zeigen, bei dem die Metallkissen 11 direkt auf der integrierten Schaltung 3 gebildet sind, sei darauf hingewiesen, daß es auch einen Abschnitt gibt, bei dem die Metallkissen 11 auf der Unterschicht 2, die eine Isolationsschicht ist, gebildet werden, wodurch die Metallkissen 11 und die integrierte Schaltung 3 isoliert werden.

Nachdem ein Poliervorgang ausgeführt wird: wie in Fig. 20 gezeigt, wird nur der Si-Oxidfilm 36 auf den Metallkissen 11 durch einen fotolithographischen Transfer und ein RIE-Verfahren entfernt, um Löcher 13 über den Metallkissen 11 zu bilden (Fig. 21 zeigt einen Zustand, bei dem die Löcher 13 mit einem Metallfilm 12 gefüllt sind). Dann wird der Metallfilm 12 in den Löchern 13 und auf der gesamten oberen Oberfläche des Si-Oxidfilms 36 gebildet. Die Dicke des Metallfilms 12 ist ein wenig größer als die Tiefe der Löcher 13.

Nachdem ein fotolithographischer Transfer ausgeführt ist, wird ferner durch Ätzen des Metallfilms 12 nur der Metallfilm 12, der auf dem Si-Oxidfilm 36 gebildet ist, entfernt, um den Metallfilm 12 nur innerhalb der Löcher 13 und die Löcher 13 zurückzulassen.

Hierbei existiert die Niveaudifferenz, die zwischen der Oberfläche der Unterschicht 2 und der Oberfläche der Metallkissen 11 (s. Fig. 19) existiert hat, auf dem Si-Oxidfilm 36 nicht und somit kann der Si-Oxidfilm 36, der eine Oberfläche aufweist, die zum Bilden des GMR-Elements 9 darauf ausreichend glatt ist, gebildet werden.

Wenn dann, wie in Fig. 21 gezeigt, das GMR-Element 9 gebildet wird, so daß es mit dem in den Löchern 13 eingebetteten Metallfilm 12 verbunden wird, kann nicht nur das GMR-Element 9 über der integrierten Schaltung 3 gebildet werden, sondern die integrierte Schaltung 3 kann auch elektrisch mit dem GMR-Element 9 verbunden werden.

Da dies ermöglicht, die Fläche des Substrats 1 zu verringern, können nicht nur die Kosten herabgesetzt werden, sondern ein Magnetfeld-Erfassungselement 32 und eine Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des Magnetfeld-Erfassungselements 32 können auch miniaturisiert werden.

Da allgemein eine Niveaudifferenz auf der Oberfläche der integrierten Schaltung 3 vorhanden ist und das GMR-Element 9 sogar von einer geringfügigen Niveaudifferenz auf der Oberfläche der Unterschicht 2 stark beeinträchtigt wird, sei darauf hingewiesen, daß diese Niveaudifferenz beseitigt wird, bevor das GMR-Element 9 gebildet wird.

Ausführungsform 6

Die Fig. 22 und 23 zeigen in konzeptioneller Darstellung im Querschnitt ein Magnetfeld-Erfassungselement gemäß einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.

In der Ausführungsform 6 wird anstelle des in der Ausführungsform 5 verwendeten Si-Oxidfilms eine Schutzschicht (Resistschicht) als eine zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht verwendet, um ein Magnetfeld-Erfassungselement zu bilden.

Nachdem die integrierte Schaltung 3 auf dem Substrat 1 gebildet ist, werden, wie in Fig. 22 gezeigt, die Metallkissen 11 zur elektrischen Verbindung mit der integrierten Schaltung 3 gebildet und eine Schutzschicht 14 (eine Resistschicht 14) wird als die zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht durch eine Drehbeschichtung auf die freigelegten Oberflächen der Metallkissen 11 und auf der gesamten Oberfläche der Unterschicht 2 aufgebracht. Die Dicke der aufgebrachten Schutzschicht 14 ist größer als die maximale Niveaudifferenz d zwischen der Oberfläche der Unterschicht 2 und der Oberfläche der Metallkissen 11. Dabei wird beispielsweise die Schutzschicht so gebildet, daß sie ungefähr zweimal so dick wie der maximale Niveauunterschied d der Oberfläche der integrierten Schaltung 3 ist.

Wie in Fig. 22 gezeigt ist die Oberfläche der Schutzschicht 14 wie die zweite Pufferschicht glatt. Ferner wird ein Si-Oxidfilm 15 mit einer Dicke von beispielsweise 1000 Å auf der Schutzschicht 14 gebildet.

Obwohl der Si-Oxidfilm 15 hier verwendet wird, sei darauf hingewiesen, daß ein Film aus irgendeinem anderen geeigneten Material verwendet werden kann.

Als nächstes werden der Si-Oxidfilm 15 und die Schutzschicht 14 auf den Metallkissen 11 entfernt, um die Löcher 13 über den Metallkissen 11 durch einen fotolithographischen Transfer, ein RIE-Verfahren oder eine Schutzschichtveraschung zu entfernen.

Da die Schutzschicht 14 leicht in einem Ätzmittel, das zum Bilden der Löcher 13 verwendet wird, aufgelöst wird, wird der Si-Oxidfilm 15 auf der Schutzschicht 14 gebildet, um zu verhindern, daß außer den Abschnitten zum Bilden der Löcher 13 darin die Schutzschicht bei dem Ätzprozeß aufgelöst wird. Wenn ein Lösungsmittel, das die Schutzschicht 14 nicht auflöst, bei dem Ätzprozeß verwendet wird, muß der Si-Oxidfilm 8 deshalb nicht gebildet werden.

Dann wird in den Löchern 13 und auf der gesamten Oberfläche des Si-Oxidfilms 15 ein Metallfilm 16 gebildet. Die Dicke des Metallfilms 16 ist ein wenig größer als die Tiefe der Löcher 13 (dieser Zustand ist nicht gezeigt).

Ferner wird der Metallfilm 16 mit Ausnahme der Abschnitte über den Metallkissen 11 durch einen fotolithographischen Transfer und durch einen Ätzvorgang entfernt.

Infolgedessen können die Löcher 13 über den Metallkissen 11 mit dem Metallfilm 16 gefüllt werden, wie in Fig. 23 gezeigt.

Der Niveauunterschied, der auf der Oberfläche der integrierten Schaltung 3 existiert hat, ist beseitigt worden und somit kann eine Oberfläche, die zum Bilden des GMR-Elements 9 darauf glatt genug ist, erhalten werden.

Wie in Fig. 23 gezeigt kann das GMR-Element 9 über der integrierten Schaltung 3 durch Bilden des GMR-Elements 9 auf dem Si-Oxidfilm 15 gebildet werden, um somit den Metallfilm 16, der in der Schutzschicht 14 und dem Si-Oxidfilm 15 eingebettet ist, verbunden zu werden.

Infolgedessen wird es möglich, die Fläche des Substrats 1 zu verkleinern und somit können nicht nur die Kosten herabgesetzt werden, sondern ein Magnetfeld-Erfassungselement 33 und eine Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des Magnetfeld-Erfassungselements 33 können auch miniaturisiert werden.

Obwohl ferner in der obigen Beschreibung eine Schutzschicht (Resistschicht) verwendet wird, kann eine Harzschicht aus Polyimid, PVSQ oder dergleichen durch eine Drehbeschichtung angewendet werden, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen.

Ausführungsform 7

Die Fig. 24 und 25 zeigen den Aufbau der vorderen Oberfläche bzw. der hinteren Oberfläche eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 26 und 27 sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.

In der Ausführungsform 7 wird das GMR-Element 9 auf einer unterschiedlichen Ebene als die Ebene des Substrats, wo die integrierte Schaltung gebildet wird, gebildet.

Wie in den Fig. 26 und 27 gezeigt wird das Substrat 1, auf dem das GMR-Element 9 gebildet wird, auf einem Substrat 17 als ein zweites Substrat gebildet, so daß die Oberfläche, an der das GMR-Element 9 gebildet wird, von dem Substrat 17 bedeckt ist.

In diesem Fall wird eine Verdrahtung 18, die auf dem Substrat 17 angeordnet ist, elektrisch über ein Lötmittel 37 mit Metallkissen 19 auf der Oberfläche, an der das GMR-Element 9 des Substrats 1 gebildet wird, integriert verbunden. Ferner werden die Metallkissen 11 auf der Oberfläche, an der integrierte Schaltung 3 des Substrats 1 gebildet wird, über Drähte 20 mit der Verdrahtung 18 auf dem Substrat 17 elektrisch verbunden.

Da in dieser Weise in der Ausführungsform 7 das GMR-Element 9 auf einer anderen Oberfläche als die Oberfläche des Substrats 1 gebildet wird, auf dem die integrierte Schaltung 3 gebildet wird, und ferner Metallkissen 19 für eine Verbindung vorgesehen sind, kann die Fläche des Substrats 1 verringert werden. Deshalb kann nicht nur ein Magnetfeld-Erfassungselement 34 und eine Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des Magnetfeld-Erfassungselement 34 miniaturisiert werden, sondern auch die Kosten können herabgesetzt werden.

Es sei darauf hingewiesen, das daß Substrat 1 so angeordnet ist, daß die Oberfläche, auf der das GMR-Element 9 gebildet ist, von dem Substrat 17 bedeckt ist. Jedoch kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden, indem das Substrat 1 so angeordnet wird, daß das Substrat, auf dem die integrierte Schaltung 3 gebildet wird, von dem Substrat 17 bedeckt wird.

Ausführungsform 8

Die Fig. 28 und 29 sind eine Vorderansicht bzw. eine hintere Ansicht, die ein Magnetfeld-Erfassungselement gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigen.

Die Fig. 30 und 31 sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.

In der Ausführungsform 8 wird ein GMR-Element 9 auf beiden Oberflächen des Substrats 1 gebildet. Insbesondere wird ein GMR-Element 9 auf der integrierten Schaltung 3 auf der Oberfläche, an der die integrierte Schaltung 3 gebildet wird, ähnlich wie für den Fall der Ausführungsform 5, gebildet, und auch ein GMR-Element 9 wird auf der gegenüberliegenden Oberfläche gebildet. Es sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren zum Bilden der GMR-Elemente 9 und dergleichen ähnlich wie diejenigen in anderen Ausführungsformen sind.

Wenn ein GMR-Element 9 auf beiden Oberflächen des Substrats 1 gebildet wird, kann in dieser Weise ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement erhalten werden. Ferner gibt es auch Vorteile dahingehend, daß die Fläche des Substrats verkleinert werden kann, ein Magnetfeld-Erfassungselement mit geringen Kosten erhalten werden kann und das Magnetfeld-Erfassungselement miniaturisiert werden kann.

Fig. 32 zeigt ein Blockschaltbild, das konzeptionell den Aufbau einer Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 33 ist ein Graph, der Betriebseigenschaften des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie in Fig. 32 gezeigt ist die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung in einem vorgegebenen Spalt oder Abstand zu einem magnetischen Drehkörper 21 angeordnet und umfaßt eine Wheatstone-Brückenschaltung 23 unter Verwendung des GMR-Elements 9, an das ein Magnetfeld von einem Magneten 22 angelegt wird, eine differentielle Verstärkungsschaltung 24 zum Verstärken des Ausgangs der Wheatstone-Brückenschaltung 23, eine Vergleichsschaltung 25 zum Vergleichen des Ausgangs der differentiellen Verstärkungsschaltung 24 mit einem Referenzwert, um ein Signal von entweder "0" oder "1" auszugeben, und eine Ausgabeschaltung 26 zum Umschalten in Abhängigkeit von dem Ausgang des Vergleichsergebnisses 25.

Da der Aufbau der Schaltung der in Fig. 32 gezeigten Wheatstone-Brückenschaltung 32 ähnlich zu einer herkömmlichen ist (s. Fig. 41), wird die Beschreibung davon weggelassen.

In Fig. 32 verursacht eine Drehung des magnetischen Drehkörpers 21 eine Änderung des Magnetfelds, das an das GMR-Element 9 angelegt wird, das die Wheatstone-Brückenschaltung bildet. Somit kann, wie in Fig. 33 gezeigt, ein Ausgang, der den konkaven (ausgenommenen) Abschnitten und den konvexen (vorspringenden) Abschnitten des magnetischen Drehkörpers 21 entspricht, an einem Ausgangsende der differentiellen Verstärkungsschaltung 24 erhalten werden.

Die Punkte A und B sind Ausgangscharakteristiken der differentiellen Verstärkungsschaltung bezüglich einer Änderung des Spalts zwischen dem GMR-Element 9 und dem magnetischen Drehkörper 21, wobei der Ausgang des differentiellen Verstärkers unabhängig von dem Spalt konstant ist.

Durch Einstellen des Referenzwerts der Vergleichsschaltung derart, daß er durch die Punkte A und B geht, kann deshalb der Ausgang der Vergleichsschaltung an einer vorgegebenen Position geändert werden, und zwar unabhängig von dem Spaltbetrag, und somit ist es möglich, die Spalteigenschaften zufriedenstellend zu machen. Demzufolge kann der Betrag einer Drehung des magnetischen Drehkörpers 21 genau erfaßt werden.

Da wie voranstehend beschrieben in der Ausführungsform 8 das GMR-Element 9 auf einer Oberfläche gebildet wird, die nicht die Oberfläche ist, auf der die integrierte Schaltung 3 gebildet wird, kann ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement 35 und eine höchstgenaue Magnetfeld-Erfassungseinrichtung unter Verwendung des Magnetfeld-Erfassungselements 35 erhalten werden. Da ferner die Fläche des Substrats verkleinert werden kann, können die Kosten des Magnetfeld-Erfassungselements herabgesetzt werden. Ferner kann durch Verkleinern der Fläche des Substrats das Magnetfeld-Erfassungselement miniaturisiert werden.

Obwohl die Struktur, bei der das GMR-Element 9 auf der unteren Oberfläche gebildet ist, beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, daß ein ähnlicher Effekt erhalten werden kann, indem die integrierte Schaltung auf der unteren Oberfläche gebildet wird.

Ausführungsform 9

Die Fig. 46-50 sind Ansichten, die den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 9 zeigen.

Insbesondere ist Fig. 46 eine Aufsicht, die transparent den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements zeigt, Fig. 48 ist eine Aufsicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungs­ elements zeigt, Fig. 47 und 49 sind Querschnittsansichten, die den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements im Schnitt entlang der Linie A-A' in Fig. 46 bzw. der Line B-B' in Fig. 48 zeigen und Fig. 50 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 9 zeigt.

Es sei darauf hingewiesen, daß ein in Fig. 46 gezeigtes GMR-Element, ähnlich wie das in Fig. 44 gezeigte GMR-Element 7, in einer Weise dargestellt ist, die sich von der Darstellungsweise des in Fig. 1 gezeigten GMR-Elements 7 unterscheidet. Jedoch zeigen diese Figuren die GMR-Elemente mit dem gleichen Aufbau.

Wie in Fig. 50 gezeigt, gibt es allgemein eine Niveau- oder Höhendifferenz 3a auf einer integrierten Schaltung 3 und somit ist die Bildung GMR-Elements auf der integrierten Schaltung 3 nicht geeignet. Andererseits existiert auf der oberen Oberfläche eines Elektrodenabschnitts 3b, der einen Kondensator 107 bildet, der integrierten Schaltung 3 eine flache Oberfläche, die fast keine Niveaudifferenz aufweist.

Ein Kondensator 107 ist aus dem Elektrodenabschnitt 3b als einem Kondensatorabschnitt der integrierten Schaltung 3 und einem Si-Substrat 1, zwischen denen ein Isolationsfilm 102 eingebettet ist, gebildet. Eine flache Oberfläche mit einer relativ großen Fläche ist auf der oberen Stirnfläche des Elektrodenabschnitt 3b vorgesehen. Die flache Oberfläche weist eine ausreichende Ebenheit auf, um das GMR-Element 7 darauf zu bilden.

Wenn das GMR-Element 7 auf dem Elektrodenabschnitt 3b der integrierten Schaltung 3 gebildet wird, werden demzufolge Charakteristiken des GMR-Elements 7 nicht ungünstig beeinflußt.

Somit wird ein Magnetfeld-Erfassungselement 100 gemäß der Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung, ähnlich wie das in der Ausführungsform 5 beschriebene Magnetfeld- Erfassungselement, für die in den Fig. 17 und 18 gezeigten Magnetfeld-Erfassungseinrichtungen verwendet, in denen insbesondere der Ausführungsform 9 das GMR-Element 7 auf dem Elektrodenabschnitt 3b der integrierten Schaltung 3 gebildet ist.

Um das in Fig. 50 gezeigte Magnetfeld-Erfassungselement 100 zu bilden, werden zunächst die Isolationsschicht 102, die integrierte Schaltung 3, eine Unterschicht 2 und eine zweite Metallschicht 104 auf dem Substrat 1 in der angegebenen Reihenfolge gebildet. Nach Bilden eines Kontaktlochs 101 in der zweiten Metallschicht 104 wird eine Metallverdrahtung 6 mit der zweiten Metallschicht 104 durch das Kontaktloch 101 verbunden. Hierbei werden, wie in der Ausführungsform 1 beschrieben, die Metallverdrahtung 6 und die integrierte Schaltung des Metallfilms 4 gebildet. Die zweite Metallschicht 104 wird verwendet, um die integrierte Schaltung 3 mit dem GMR-Element 7 zu verbinden, welches danach zu bilden ist.

Dann wird die zweite Metallschicht 104 durch den fotolithografischen Prozess mit einem Muster versehen und ein Ätzschritt wird ausgeführt, um eine Metallverdrahtung 106 als zweite Verdrahtung zu bilden. Danach wird das GMR-Element 7 auf der Metallverdrahtung 106 und der Unterschicht 2 gebildet.

Das GMR-Element 7 wird, nach der Strukturierung der Metallverdrahtung 106, durch Bilden eines GMR-Elementfilms 5 und eines Schutzfilms 108 über der gesamten Oberfläche der Metallverdrahtung 106 und der Unterschicht 2 und durch Strukturieren von diesen unter Verwendung der fotolithografischen Technik gebildet.

Nachdem das GMR-Element 7 und der Schutzfilm 108 gebildet sind, wird danach ein Schutzfilm 109 gebildet, um das Magnetfeld-Erfassungselement 100 mit dem in Fig. 50 gezeigten Aufbau fertigzustellen.

Bei dem Herstellungsverfahren des voranstehend beschriebenen Magnetfeld-Erfassungselements 100 wird vorzugsweise das Naßätzverfahren für den Strukturierungsprozess verwendet, um die Metallverdrahtung 106 aus der zweiten Metallschicht 104 zu bilden. Wenn eine Isotropie des Naßätzverfahrens verwendet wird, kann die Metallverdrahtung 106 eine verjüngte Form (Keilform) im Querschnitt aufweisen, so daß der Verbindungsabschnitt zwischen dem GMR-Element 7 und der Metallverdrahtung 106 eine Querschnittsform aufweist, die hinsichtlich der Festigkeit vorteilhaft ist.

Wie weiter in den Fig. 46 und 47 gezeigt, wird der GMR-Elementfilm so strukturiert, daß nicht nur der Verbindungsabschnitt zwischen GMR-Element 7 und der Metallverdrahtung 106, sondern die gesamte Metallverdrahtung mit dem GMR-Elementfilm überzogen wird, was die elektrische Verbindung zwischen der Metallverdrahtung 106 und dem GMR-Element 7 sicherstellt. Obwohl in diesem Fall bevorzugt wird, daß die gesamte Oberfläche und die Seitenfläche der Metallverdrahtung 106 mit dem GMR-Elementfilm überzogen wird, würde eine ausreichende elektrische Verbindung zwischen der Metallverdrahtung 106 und dem GMR-Element 7 zuverlässig erhalten, wenn eine Beschichtung über mehr als die Hälfte der oberen Oberfläche und der Seitenfläche der Metallverdrahtung 106 ausgeführt wird.

In dem Herstellungsverfahren des voranstehend beschriebenen Magnetfeld-Erfassungselements 100 ist ein Fall beschrieben, bei dem das GMR-Element 7 auf der Unterschicht 2 gebildet wird, die auf dem Elektrodenabschnitt 3b der integrierten Schaltung 3 gebildet ist. In der obigen Beschreibung wird die zweite Metallschicht 104 nur als die zweite Metallverdrahtung 106 strukturiert.

Wenn die zweite Metallschicht 104 nicht nur als die Metallverdrahtung 106, sondern auch als eine zweite integrierte Schaltung (die nicht gezeigt ist) strukturiert wird, dann dient die Unterschicht 2 als ein Zwischenschicht- Isolationsfilm zwischen der integrierten Schaltung und der zweiten integrierten Schaltung.

In diesem Fall, bei dem ein Teil der Metallverdrahtung 106 auch als die zweite integrierte Schaltung strukturiert wird, wird ein Zwischenschicht-Isolationsfilm (mit der gleichen Filmqualität wie die Unterschicht 2) mit der flachen Oberfläche auf dem Elektrodenabschnitt 3b der integrierten Schaltung 3 gebildet. Deshalb wird das GMR-Element 7 in geeigneter Weise auf dem Zwischenschicht-Isolationsfilm gebildet.

Wie in dem voranstehenden Magnetfeld-Erfassungselement 100 gemäß der Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung macht die Bildung des GMR-Elements 7 auf der Unterschicht 2 der integrierten Schaltung 3 den Polierprozess nicht erforderlich, der ansonsten erforderlich gewesen ist, um eine flache Oberfläche zu bilden, auf der GMR-Element 7 gebildet wird, und sie ermöglicht auch, die Fläche des Substrats 1 zu verkleinern. Deshalb wird erwartet, daß die Kosten herabgesetzt werden und das Magnetfeld-Erfassungselement und somit die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung, die dieses verbindet, miniaturisiert wird.

Ausführungsform 10

Die Fig. 51 und 52 sind eine Aufsicht und eine Querschnittsansicht, die ein Magnetfeld-Erfassungselement 105 gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigen.

Überdies wird ein Magnetfeld-Erfassungselement 105 gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung für die in den Fig. 17 und 18 gezeigten Magnetfeld-Erfassungseinrichtungen verwendet, ähnlich wie das Magnetfeld-Erfassungselement, das in Fig. 5 beschrieben wurde.

Wie in Fig. 52 gezeigt, werden auf eine Herstellung des Magnetfeld-Erfassungselements 105 hin, ähnlich wie bei der Herstellung des Magnetfeld-Erfassungselements 100 in der in Fig. 50 gezeigten Ausführungsform, die Metallverdrahtung 6, die Unterschicht 2 und die zweite Metallschicht 104 sequentiell auf dem Substrat gebildet und ein GMR-Element wird auf der Unterschicht 2 gebildet. Jedoch ist die Dicke der Unterschicht 2 in der Ausführungsform 10 dicker als diejenige in der Ausführungsform 9.

Die Filmdicke der Unterschicht 2 wird somit erhöht, weil die Unterschicht 2 mit einer ausreichenden Filmdicke durch eine Wärmebehandlung eine Oberfläche mit einer ausreichenden Ebenheit bereit stellen kann, um das GMR-Element 7 zu bilden, selbst wenn die Unterschicht 2 auf der Metallverdrahtung 6 gebildet wird,.

Durch eine Erhöhung der Dicke der Unterschicht 2 wird es andererseits schwierig, die Metallverdrahtung 6 mit einer Metallverdrahtung 106 über ein Kontaktloch elektrisch zu verbinden. Dies liegt daran, daß, während das Kontaktloch gebildet werden kann, es schwierig ist, in das Kontaktloch die zweite Metallschicht 104, die danach in dem Loch gebildet werden soll, effektiv zu füllen, mit dem Ergebnis, daß die elektrische Verbindung zwischen der Metallverdrahtung 6 und der Metallverdrahtung 106 nicht in zuverlässiger Weise hergestellt wird.

Dann werden in dem Magnetfeld-Erfassungselement 105 gemäß der Ausführungsform 10 Löcher 111 durch die Unterschicht 2 gebildet und die Metallverdrahtung 106, die durch Strukturieren der zweiten Metallschicht durch die Löcher 111 gebildet wird, wird mit der Metallverdrahtung 6 über einen Bondungsdraht 103 verbunden.

Wie in Fig. 52 gezeigt, ist der Bondungsdraht 103 zwischen dem GMR-Element 7 und der Metallverdrahtung 6 verbunden, wodurch die Metallverdrahtung 6 und die Metallverdrahtung 106 über das GMR-Element 7 und den Bondungsdraht 103 verbunden ist. Überdies wird die integrierte Schaltung (die nicht gezeigt ist) aus dem gleichen Aluminiumfilm wie die Metallverdrahtung 6 gebildet.

Wenn die Unterschicht 2 dick ausgebildet wird, dann kann in dieser Weise die Metallverdrahtung 6 elektrisch mit der Metallverdrahtung 106 über den Bondungsdraht 103 verbunden werden. Mit der Unterschicht 2, die die so erhöhte Dicke aufweist, kann eine Oberfläche mit einer ausreichenden Ebenheit lediglich durch eine einfache Wärmebehandlung, wie ein Rückfluß-Verfahren, auf der Oberfläche der Unterschicht 2, die auf der Metallverdrahtung 6 gebildet ist, gebildet werden.

Im Gegensatz zu dem Magnetfeld-Erfassungselement 100 gemäß der Ausführungsform 9 besteht keine Notwendigkeit, die durch das Kontaktloch 101 verursachte Niveau-Differenz zu berücksichtigen. Demzufolge kann in dieser Ausführungsform die Metallverdrahtung 106 mit einer verringerten Dicke gebildet werden, wohingegen die Ausführungsform 9 erfordert, daß die Metallverdrahtung dick ausgebildet wird, um das Kontaktloch 101 zu füllen. Infolgedesssen kann die Differenz in der Filmdicke zwischen der Metallverdrahtung 106 und dem GMR-Element 7 verkleinert werden, wodurch die elektrische Verbindung an dem Verbindungspunkt zwischen der Metallverdrahtung 106 und dem GMR-Element 7 stabilisiert wird.

Somit kann in dem Magnetfeld-Erfassungselement 105 gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung eine flache Oberfläche, die das GMR-Element 7 bildet, durch eine einfache Abflachungsbehandlung, beispielsweise eine Wärmebehandlung, gebildet werden, so daß die Fläche des Substrats 1 verkleinert werden kann, um das Magnetfeld-Erfassungselement und somit die Magnetfeld-Erfassungseinrichtung, die dieses verwendet, zu miniaturisieren. Zusätzlich kann die Verbindungsbedingung zwischen dem GMR-Element 7 und der Metallverdrahtung 106 stabilisiert werden, wodurch die Herstellungskosten davon herabgesetzt werden.

Ausführungsform 11

Fig. 53 ist ein Graph, der Charakteristiken des Wärmewiderstands eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung darstellt.

In dem in Fig. 53 gezeigten Graph ist auf der Abszisse eine Substrattemperatur bei der Bildung eines Schutzfilms auf dem GMR-Element 7 aufgetragen und auf der Ordinate ist das MR- Verhältnis (Magnetoresistanz-Verhältnis) des GMR-Elements 7 aufgetragen. In der Ausführungsform 11 wird für das GMR-Element 7 ein Film verwendet, der durch wiederholtes Auflaminieren eines FE(x) Co(1-x)-Films (0 ≦ x ≦ 0,3) und eines Cu-Films erhalten wird. Die Dicke des Cu-Films pro Schicht in diesem Laminatkörper wird auf einen derartigen Wert (ungefähr 20 Å) eingestellt, der bewirkt, daß das MR-Verhältnis in einer Schicht von Cu um ein zweites Maximum herum ist.

Der Graph in Fig. 53 zeigt, daß das MR-Verhältnis des GMR-Elements 7 schnell abnimmt, wenn es über 300°C in der Substrattemperatur erhöht wird.

Die Substrattemperatur des Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung ist auf 300°C oder niedriger bei einem Schritt zum Bilden von Schutzfilmen 108 und 109 auf dem GMR-Element 7, das die aufeinandergeschichteten (laminierten) Fe(x) Co(1-x) Filme 0 ≦ x ≦ 0,3) und Cu-Filme umfasst, begrenzt.

In diesem Fall, wie in Fig. 53 gezeigt, nehmen die Charakteristiken des GMR-Elements 7 schnell ab, wenn die Substrattemperatur 300°C übersteigt. Da das GMR-Element 7 ein Metallfilm ist, der ein sogenanntes künstliches Gitter umfasst, bei dem magnetische Schichten und nicht-magnetische Schichten alternierend mit einer Dicke von wenigen Angstrom bis wenige Dutzend Angstrom auflaminiert werden, müssen die Schutzfilme nach der Bildung des GMR-Elements 7 gebildet werden, um so zuverlässig die Korrosionsbeständigkeit zu erreichen.

Wenn bei der Bildung dieser Schutzfilme die Substrattemperatur auf eine Temperatur über 300°C eingestellt wird, nehmen die Charakteristiken des GMR-Elements 7 schnell ab, wie in Fig. 53 gezeigt. Deshalb müssen die Schutzfilme 108 und 109 durch einen Aufstäubungsprozess (Sputter-Prozess) oder mit Hilfe eines kalten oder Niedertemperatur-Plasma-CVD-Verfahrens gebildet werden, das eine Verschlechterung der Filmqualität des GMR-Elements 7 nicht verursacht.

Wenn die Schutzfilme 108 und 109 durch einen Sputter-Prozess oder mit Hilfe eines Niedertemperatur-Plasma-CVD-Verfahrens gebildet werden, übersteigt die Substrattemperatur 300°C nicht und somit kann eine Verschlechterung der Charakteristiken des GMR-Elements 7 vermieden werden, so daß ein Magnetfeld- Erfassungselement mit einer ausreichenden Haltbarkeit bereitgestellt werden kann.

Ausführungsform 12

In den Magnetfeld-Erfassungselementen gemäß der Ausführungsformen 1-10 wird das GMR-Element 7 im allgemeinen durch das IBE-Verfahren (Ionenstrahl-Ätz-Verfahren) strukturiert.

Dann erzeugen z. B. für den Fall, daß ein GMR-Element-Film 9 so strukturiert ist, daß nur ein Teil, der als das GMR-Element 7 verwendet wird, nicht-entfernt zurückgelassen wird, wie in der Ausführungsform 1, Ionenkollisionen die elektrische Ladung auf der Oberfläche des Magnetfeld-Erfassungselements. Es besteht die Gefahr, daß diese elektrische Ladung die integrierte Schaltung 3 über die Seitenwände des GMR-Elements 7 erreicht, um die integrierte Schaltung 3 zu beschädigen.

Fig. 54 ist ein Konzeptblockschaltbild, das den Aufbau eines Magnetfeld-Erfassungselements gemäß der Ausführungsform 12 zeigt.

Das Magnetfeld-Erfassungselement gemäß der Ausführungsform 12 ist mit einer Schutzdiode 110 versehen, die zwischen der integrierten Schaltung 3 und dem GMR-Element 7 angeordnet ist. Diese Schutzdiode 110 kann verhindern, daß die elektrische Ladung in die integrierte Schaltung 3 hineinfließt, selbst wenn die Oberfläche des GMR-Elements 7 mit der elektrischen Ladung in dem IBE-Prozess zum Strukturieren des GMR-Elements 7 elektrifiziert wird. Überdies kann die Schutzdiode 110 das Fließen der elektrischen Ladung in die integrierte Schaltung 3 hinein nicht nur dann verhindern, wenn die elektrische Ladung auf der Oberfläche des Magnetfeld-Erfassungselements während des voranstehend erwähnten IBE-Prozesses erzeugt wird, sondern auch dann, wenn z. B. die elektrische Ladung auf der Oberfläche des Magnetfeld-Erfassungselements während eines anderen Prozesses, beispielsweise des Filmbildungsprozesses des Unterschicht 2, erzeugt wird.

Infolgedessen kann verhindert werden, daß die integrierte Schaltung 3 durch die ankommende elektrische Ladung beschädigt wird, wodurch die Zuverlässigkeit des Magnetfeld- Erfassungselements verbessert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die folgenden Vorteile erzielt werden. Da ein Magnetfeld-Erfassungselement eine auf einem Substrat gebildete Unterschicht, ein auf der Unterschicht zum Erfassen einer Änderung des Magnetfelds gebildetes großes Magnetwiderstandselement (Riesenmagnetoresistanzelement), und eine auf dem Substrat zum Ausführen einer vorgegebenen arithmetischen Verarbeitung auf Grundlage einer Änderung des von dem großen Magnetwiderstandselements erfaßten Magnetfeld gebildete integrierte Schaltung umfaßt, und das große Magnetwiderstandselement und die integrierte Schaltung auf der gleichen Oberfläche gebildet sind, kann die Produktivität des Magnetfeld-Erfassungselements verbessert werden, und die Kosten können gesenkt werden.

Da ferner ein Metallfilm, der auf der Unterschicht zum Bilden der integrierten Schaltung, nicht in einem Bereich zum Bilden der integrierten Schaltung, gebildet ist, strukturiert wird, um eine Verdrahtung zum Verbinden des großen Magnetwiderstandselements und der integrierten Schaltung zu bilden, ist es nicht erforderlich, eine neue Verdrahtung zur Verbindung zu bilden. Demzufolge kann ein Magnetfeld-Erfassungselement mit geringen Kosten und einer guten Produktivität gebildet werden.

Da noch weiter die Verdrahtung durch ein Naßätzen des Metallfilms gebildet wird und im Querschnitt eine verjüngte Form aufweist, weist der Metallfilm an dem Verbindungsabschnitt des GMR-Elements eine verjüngte Form im Querschnitt auf und somit kann die Zuverlässigkeit des Verbindungsabschnitts verbessert werden.

Noch weiter kann die Zuverlässigkeit des Verbindungsabschnitts verbessert werden, weil eine erste Niveaudifferenz-Pufferschicht auf der Unterschicht in ein?m Bereich zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements gebildet wird, um eine Differenz in den Niveaus zwischen der Oberfläche des Metallfilms zum Bilden der Verdrahtung und einer Oberfläche zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements zu verkleinern, und das große Magnetwiderstandselement wird auf der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht gebildet.

Da noch weiter die erste Niveaudifferenz-Pufferschicht auf einer isolierenden Schicht gebildet wird und die Differenz in den Niveaus zwischen der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht und der Oberfläche des Metallfilms zum Bilden der Verdrahtung ausreichend kleiner als die Filmdicke des großen Magnetwiderstandselements ist, gibt es keine Niveaudifferenz an dem Verbindungsabschnit 11154 00070 552 001000280000000200012000285911104300040 0002019922136 00004 11035t zwischen dem GMR-Element und dem Metallfilm und somit kann die Zuverlässigkeit des Verbindungsabschnitts verbessert werden.

Da noch weiter die erste Niveaudifferenz-Pufferschicht eine Schutzschicht (Resistschicht) oder eine Harzschicht mit Fluideigenschaften, die durch eine Spinbeschichtung gebildet werden, ist, und die Differenz in den Niveaus zwischen der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht der Oberfläche des Metallfilms zum Bilden der Verdrahtung ausreichend kleiner als die Filmdicke des großen Magnetwiderstandselements ist, gibt es keine Niveaudifferenz an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem GMR-Element und dem Metallfilm und somit kann die Zuverlässigkeit des Verbindungsabschnitts verbessert werden.

Da noch ferner zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements der Abschnitt des Films des großen Magnetwiderstandselements, der auf der integrierten Schaltung gebildet ist, nicht-entfernt gelassen wird und ein Schutzfilm auf dem nicht-entfernten Film des großen Magnetwiderstandselements gebildet wird, nachdem ein Film des großen Magnetwiderstandselements auf der gesamten Oberfläche der integrierten Schaltung und der Verdrahtung gebildet ist, wird verhindert, daß die integrierte Schaltung durch die Strukturierung des GMR-Elements beschädigt wird und somit kann die Zuverlässigkeit des Magnetfeld-Erfassungselements verbessert werden.

Da ferner ein Magnetfeld-Erfassungselement in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine integrierte Schaltung, eine Unterschicht und ein Metallkissen, die auf dem Substrat in der angegebenen Reihenfolge gebildet und mit einer zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht versehen sind, die auf der Unterschicht und den Metallkissen zum Absorbieren des Niveauunterschieds zwischen der Oberfläche der Unterschicht und der Oberfläche der Metallkissen gebildet ist, und ein großes Magnetwiderstandselement, das auf der zweiten zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht gebildet ist, umfaßt, kann die Fläche des Substrats verkleinert werden, und somit kann ein Magnetfeld-Erfassungselement mit geringen Kosten erhalten werden. Ferner gibt es einen Vorteil dahingehend, daß das Magnetfeld-Erfassungselement miniaturisiert werden kann.

Da noch weiter die zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht eine durch einen Poliervorgang geglättete Oberfläche aufweist und das große Magnetwiderstandselement auf der geglätteten Oberfläche der zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht gebildet ist, wird das GMR-Element auf der integrierten Schaltung gebildet, deren Unebenheit durch den Polierprozeß ausgeglättet ist, und somit kann ein Vorteil dahingehend erhalten werden, daß ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement erhalten werden kann.

Da noch weiter die zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht aus einer Schutzschicht oder einer Harzschicht mit einer geglätteten Oberfläche, die durch eine Drehbeschichtung gebildet ist, gebildet ist, und das große Magnetwiderstandselement auf der geglätteten Schutzschicht oder Harzschicht gebildet ist, gibt es einen Vorteil dahingehend, daß ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement erhalten werden kann.

Da noch weiter ein Magnetfeld-Erfassungselement in einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung eine Unterschicht, die auf einer Oberfläche eines Substrats gebildet ist, ein großes Magnetwiderstandselement, das auf der Unterschicht zum Erfassen einer Änderung des Magnetfelds gebildet ist, und eine integrierte Schaltung, die auf der Oberfläche gegenüberliegend zu der Oberfläche gebildet ist, an der das große Magnetwiderstandselement des Substrats gebildet ist, zum Ausführen einer vorgegebenen arithmetischen Verarbeitung auf Grundlage einer Änderung des Magnetfelds, die von dem großen Magnetwiderstandselement erfaßt wird, umfaßt, kann die Fläche des Substrats verkleinert werden und somit gibt es einen Vorteil dahingehend, daß ein Magnetfeld-Erfassungselement mit geringen Kosten erhalten werden kann. Ferner gibt es einen Vorteil dahingehend, daß das Magnetfeld-Erfassungselement miniaturisiert werden kann.

Da noch weiter eine Unterschicht und ein großes Magnetwiderstandselement weiter auf der integrierten Schaltung, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats gebildet ist, gebildet werden, gibt es einen Vorteil dahingehend, daß ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement erhalten werden kann. Ferner gibt es Vorteile dahingehend, daß die Fläche des Substrats verringert werden kann, ein Magnetfeld-Erfassungselement mit geringen Kosten erhalten werden kann und das Magnetfeld-Erfassungselement miniaturisiert werden kann.

Da noch weiter ein Film, der identisch zu dem Film ist, der das große Magnetwiderstandselement (das grosse magnetoresistive Element) bildet, auf der ersten Verdrahtung gebildet wird kann die erste Metallverdrahtung elektrisch mit dem großen Magnetwiderstandselement in einer zuverlässigen Weise elektrisch verbunden werden.

Da noch weiter mehr als die Hälfte der oberen Oberfläche an der Seitenfläche der ersten Verdrahtung mit dem gleichen Film beschichtet ist, der das große Magnetwiderstandselement bildet, kann eine bessere elektrische Verbindung zwischen der ersten Metallverdrahtung und dem grossen Magnetwiderstandselement erhalten werden.

Da noch weiter ein Magnetfeld-Erfassungselement eine integrierte Schaltung, die auf einem Substrat gebildet ist und einen Kondensatorabschnitt aufweist, eine auf der integrierten Schaltung gebildete Unterschicht, eine auf der Unterschicht gebildete zweite Metallschicht und ein auf dem Kondensatorabschnitt der integrierten Schaltung gebildetes großes Magnetwiderstandselement umfasst, kann die Fläche des Substrats verkleinert werden, ohne die Abflachungsbehandlung auszuführen, um das Magnetfeld-Erfassungselement bei geringen Kosten zu erhalten. Ferner kann das Magnetfeld- Erfassungselement miniaturisiert werden.

Da noch weiter das große Magnetwiderstandselement mit der integrierten Schaltung über eine zweite Verdrahtung verbunden ist, die durch Strukturieren der zweiten Metallschicht gebildet ist, kann die Dicke der Unterschicht in vorteilhafter Weise erhöht werden, so daß die Fläche des Substrats ohne Ausführen einer anderen Abflachungsbehandlung als einer Wärmebehandlung verringert werden kann und die Filmdicke der zweiten Metallschicht kann in vorteilhafter Weise verringert werden, so daß die Zuverlässigkeit des Verbindungsabschnitts der zweiten Metallschicht mit dem großen Magnetwiderstandselement verbessert werden kann. Ferner kann das Magnetfeld-Erfassungselement miniaturisiert werden.

Da noch weiter ein Film, der identisch zu dem Film ist, der das große Magnetwiderstandselement bildet, auf der zweiten Verdrahtung gebildet ist, kann eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der zweiten Verdrahtung und dem großen Magnetwiderstandselement sichergestellt werden.

Da noch weiter mehr als die Hälfte der oberen Oberfläche an der Seitenfläche der zweiten Verdrahtung mit dem gleichen Film beschichtet ist, der das große Magnetwiderstandselement bildet, kann eine bessere elektrische Verbindung zwischen der zweiten Verdrahtung und dem großen Magnetwiderstandselement erhalten werden.

Da noch weiter das große Magnetwiderstandselement mit der integrierten Schaltung über einen Bondungsdraht verbunden ist, kann eine ausreichende Ebenheit zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements erhalten werden, indem lediglich eine Wärmebehandlung der Unterschicht ohne eine Polierung der Oberfläche der Unterschicht ausgeführt wird.

Da noch weiter das große Magnetwiderstandselement durch ein wiederholtes Auflaminieren einer Fe(x)Co(1-x) Schicht (0 ≦ x ≦ 0,3) und einer Cu-Schicht gebildet wird, wobei die Filmdicke der Cu-Schichten pro Schicht auf eine derartige Filmdicke eingestellt wird, die bewirkt, daß die Änderungsrate des Magnetwiderstands in einer Schicht der Cu-Schichten um das zweite Maximum herum ist, und da Schutzfilme auf dem großen Magnetwiderstandselement durch eine Spin-Beschichtung oder mit Hilfe eines Niedertemperatur-Plasma-CVD-Verfahrens gebildet werden, kann eine ausreichende Haltbarkeit in dem Magnetfeld- Erfassungselement ohne Verschlechterung der Charakteristiken des GMR-Elements sichergestellt werden.

Da noch weiter eine Diode zwischen dem Magnetwiderstandselement und der integrierten Schaltung gebildet ist, kann eine Beschädigung beseitigt werden, die in der integrierten Schaltung durch die elektrische Ladung in dem elektrifizierten Magnetfeld-Erfassungselement bei dem Herstellungsschritt des GMR-Elements verursacht werden kann, und somit wird das Magnetfeld-Erfassungselement mit einer hohen Zuverlässigkeit bereitgestellt.

Da noch ferner die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht 50 Å oder weniger ist, gibt es einen Vorteil dahingehend, daß ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement erhalten werden kann.

Da noch weiter der Mittelwert der Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht zwischen 1 Å und 25 Å ist, gibt es einen Vorteil dahingehend, daß ein höchstgenaues Magnetfeld-Erfassungselement erhalten werden kann.

Da ferner das Magnetfeld-Erfassungselement einen differentiellen Verstärker und einen Vergleicher auf einer Linie oder Leitung zum Übertragen eines Ausgangs des großen Magnetwiderstandselements an die integrierte Schaltung umfaßt, und da der Vergleicher den Ausgang des differentiellen Verstärkers, der unabhängig von dem Abstand zwischen dem großen Magnetwiderstandselement und dem von dem großen Magnetwiderstandselement zu beobachtenden Element konstant ist, als das Kriterium zum Bestimmen der Position des zu beobachtenden Objekts einstellt, gibt es einen Vorteil dahingehend, daß ein Magnetfeld-Erfassungselement mit einer hohen Genauigkeit erhalten werden kann.

Ferner wird eine Magnetfeld-Erfassungseinrichtung bereitgestellt, die umfaßt: einen magnetischen Drehkörper, der um die Drehachse drehbar ist und einen konkaven Abschnitt und einen konvexen Abschnitt entlang seines äußeren Umfangs aufweist, einen Magneten, der so angeordnet ist, daß er auf den äusseren Umfang des magnetischen Drehkörpers gerichtet ist, und ein Magnetfeld-Erfassungselement, das an der Magnetoberfläche angebracht ist, die dem äußeren Umfang des magnetischen Drehkörpers gegenüberliegt, wobei das Magnetfeld- Erfassungselement eine Änderung in einem Magnetfeld erfaßt, das zwischen dem magnetischen Drehkörper und dem Magneten während der Drehung des magnetischen Drehkörpers erzeugt wird, wobei die Einrichtung einen Drehbetrag des magnetischen Drehkörpers auf Grundlage der erfaßten Änderung in dem Magnetfeld erfaßt. Mit dieser Anordnung kann die Produktivität der Magnetfeld-Erfassungseinrichtung verbessert werden und die Herstellungskosten können herabgesetzt werden.

Claims (21)

1. Magnetfeld-Erfassungselement (28), umfassend:
eine Unterschicht (2), die auf einem Substrat (1) gebildet ist;
ein großes Magnetwiderstandselement (7), das auf der Unterschicht (2) gebildet ist, zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfelds; und
eine integrierte Schaltung (3), die auf der Unterschicht (2) gebildet ist, zum Ausführen einer vorgegebenen arithmetischen Verarbeitung auf Grundlage einer Änderung eines Magnetfelds, das von dem großen Magnetwiderstandselement (7) erfaßt wird, wobei das große Magnetwiderstandselement (7) und die integrierte Schaltung (3) auf der gleichen Oberfläche gebildet sind.

2. Magnetfeld-Erfassungselement (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallfilm (4), der auf der Unterschicht (2) zum Bilden der integrierten Schaltung (3) gebildet ist, und der nicht in einem Bereich zum Bilden der integrierten Schaltung (3) angeordnet ist, zum Bilden einer ersten Verdrahtung (6) zum Verbinden des großen Magnetwiderstandselements (7) und der integrierten Schaltung (3) strukturiert ist.

3. Magnetfeld-Erfassungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verdrahtung (6) durch ein Naßätzen des Metallfilms (4) gebildet wird und im Querschnitt eine verjüngte Form aufweist.

4. Magnetfeld-Erfassungselement (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Niveaudifferenz-Pufferschicht (8) auf der Unterschicht (2) in einem Bereich zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements (7) gebildet wird, um eine Differenz der Niveaus zwischen der Oberfläche des Metallfilms (4) zum Bilden der ersten Verdrahtung (6) und einer Oberfläche zum Bilden des großen Magnetwiderstandselements (7) zu verkleinern, und das große Magnetwiderstandselement (7) auf der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht (8) gebildet ist.

5. Magnetfeld-Erfassungselement (28) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Niveaudifferenz-Pufferschicht (8) auf einer isolierenden Schicht (8) gebildet ist und die Niveaudifferenz zwischen der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht (8) und der Oberfläche des Metallfilms (4) zum Bilden der ersten Verdrahtung (6) ausreichend kleiner als die Filmdicke des großen Magnetwiderstandselements (7) ist.

6. Magnetfeld-Erfassungselement (28) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Niveaudifferenz-Pufferschicht (8) eine verflüssigte Schutzschicht oder Harzschicht mit Flüssigkeitseigenschaften, die durch eine Spinbeschichtung gebildet werden, ist, und die Niveaudifferenz zwischen der ersten Niveaudifferenz-Pufferschicht (B) und der Oberfläche des Metallfilms (4) zum Bilden der ersten Verdrahtung (6) ausreichend kleiner als die Filmdicke des großen Magnetwiderstandselements (7) ist.

7. Magnetfeld-Erfassungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (5a), der auf der integrierten Schaltung (3) gebildet ist, des großen Magnetwiderstandselementfilms (5), der auf der gesamten Oberfläche der integrierten Schaltung (3) und der ersten Verdrahtung (6) gebildet ist, als ein Schutzfilm nicht-entfernt gelassen wird, um die integrierte Schaltung davor zu schützen, von Teilchen während eines Strukturierungsprozesses des großen Magnetwiderstandselements (7) attackiert zu werden.

8. Magnetfeld-Erfassungselement (32, 33), umfassend eine integrierte Schaltung (3), eine Unterschicht (2) und ein Metallkissen (11), die auf einem Substrat (1) in der angegebenen Reihenfolge gebildet sind, versehen mit:
einer zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht (36, 14), die auf der Unterschicht (2) und dem Metallkissen (11) gebildet ist, um die Niveaudifferenz zwischen der Oberfläche der Unterschicht (2) und der Oberfläche des Metallkissens (11) zu absorbieren; und
einem großen Magnetwiderstandselement (9), das auf der zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht (36, 14) gebildet ist.

9. Magnetfeld-Erfassungselement (32) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht (36) eine Oberfläche aufweist, die durch einen Poliervorgang geglättet ist, und das große Magnetwiderstandselement (9) auf der geglätteten Oberfläche der zweiten Niveaudifferenz-Pufferschicht (36) gebildet ist.

10. Magnetfeld-Erfassungselement (33) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Niveaudifferenz-Pufferschicht (14) eine Resistschicht oder eine Harzschicht mit einer geglätteten Oberfläche, die durch eine Spinbeschichtung gebildet ist, ist, und das große Magnetwiderstandselement (9) auf der geglätteten Oberfläche der Resistschicht oder der Harzschicht gebildet ist.

11. Magnetfeld-Erfassungselement (34), umfassend:
eine Unterschicht (2), die auf einer Oberfläche eines Substrats (1) gebildet ist;
ein großes Magnetwiderstandselement (9), das auf der Unterschicht (2) gebildet ist, zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfelds; und
eine integrierte Schaltung (3), die auf der Oberfläche gegenüberliegend zu der Oberfläche, an der das große Magnetwiderstandselement (9) des Substrats (1) gebildet ist, gebildet ist, zum Ausführen einer vorgegebenen arithmetischen Verarbeitung auf Grundlage einer Änderung eines Magnetfelds, die von dem großen Magnetwiderstandselement (9) erfaßt wird.

12. Magnetfeld-Erfassungselement (34) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterschicht (2) und ein großes Magnetwiderstandselement (9) ferner auf der integrierten Schaltung (3) gebildet werden, die auf der anderen Oberfläche des Substrats (1) gebildet ist.

13. Magnetfeld-Erfassungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film (5b), der identisch ist zu dem Film (5) ist, der das große Magnetwiderstandselement (7) bildet, auf der ersten Verdrahtung (6) gebildet ist.

14. Magnetfeld-Erfassungselement (100), umfassend eine integrierte Schaltung (3), die auf einem Substrat gebildet ist und einen Kondensatorabschnitt aufweist, eine Unterschicht (2), die auf der integrierten Schaltung (3) gebildet ist, eine zweite Metallschicht (104), die auf der Unterschicht (2) gebildet ist, und ein großes Magnetwiderstandselement (7), das auf dem Kondensatorabschnitt (3b) der integrierten Schaltung (3) gebildet ist.

15. Magnetfeld-Erfassungselement (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das große Magnetwiderstandselement (7) mit der integrierten Schaltung (3) über eine zweite Verdrahtung (106) verbunden ist, die durch Strukturieren der zweiten Metallschicht (104) gebildet ist.

16. Magnetfeld-Erfassungselement (100), nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film (5b), der identisch zu dem Film ist, der das große Magnetwiderstandselement (7) bildet, auf der zweiten Verdrahtung (106) gebildet ist.

17. Magnetfeld-Erfassungselement (105), nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das große Magnetwiderstandselement (7) mit der integrierten Schaltung (3) über einen Bondungsdraht (103) verbunden ist.

18. Magnetfeld-Erfassungselement, nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Diode (110), die zwischen dem großen Magnetwiderstandselement (7) und der integrierten Schaltung (3) gebildet ist.

19. Magnetfeld-Erfassungselement (34) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Oberflächenrauhigkeit der Unterschicht (2) 50 Å oder weniger beträgt.

20. Magnetfeld-Erfassungselement (34) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen differentiellen Verstärker (24) und einen Vergleicher (25) auf einer Linie zum Übertragen eines Ausgangs des großen Magnetwiderstandselements (9) an die integrierte Schaltung (3), wobei der Vergleicher (25) den Ausgang des differentiellen Verstärkers (24), der unabhängig von dem Abstand zwischen dem großen Magnetwiderstandselement (9) und dem von dem großen Magnetwiderstandselement (9) zu beobachtenden Objekt konstant ist, als das Kriterium zum Bestimmen der Position eines zu beobachtenden Objekts einstellt.

21. Magnetfeld-Erfassungseinrichtung, umfassend:
einen magnetischen Drehkörper (30), der um die Drehachse (29) drehbar ist und einen konkaven Abschnitt und einen konvexen Abschnitt entlang seines äußeren Umfangs aufweist;
einen Magneten (31), der so angeordnet ist, daß er auf den äußeren Umfang des magnetischen Drehkörpers (30) gerichtet ist;
ein Magnetfeld-Erfassungselement (9) nach Anspruch 1, das an der Oberfläche des Magneten (31) dem äußeren Umfang des magnetischen Drehkörpers (30) gegenüberliegend angebracht ist;
wobei das Magnetfeld-Erfassungselement (9) eine Änderung in einem Magnetfeld, das zwischen dem magnetischen Drehkörper (30) und dem Magneten (31) erzeugt wird, während der Drehung des magnetischen Drehkörpers (30) erfaßt, und die Einrichtung einen Umdrehungsbetrag des magnetischen Drehkörpers (30) auf der Basis der erfaßten Änderung in dem Magnetfeld erfaßt.