(57)【要約】【課題】  強磁性体金属薄膜パターンのパターン部の厚みが薄くなった場合において、連結パターン部における抵抗値変化分を小さくすることができる磁気抵抗素子を提供する。【解決手段】  強磁性体金属薄膜の膜厚が４５ｎｍ以下である。隣り合う二本の線状パターン部５間の間隔寸法Ｄ１が一定であり、線状パターン部５が延びる方向と直交する方向の線幅寸法Ｄ２が一定であり、連結パターン部７の線状パターン部５が延びる方向の線幅寸法Ｄ３が一定である。寸法Ｄ１、Ｄ２及びＤ３が、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係と、Ｄ３≧（２×Ｄ２）の関係とを満たすように定められている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に互いに平行に配置され強磁性体金属薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有する複数の線状パターン部と、
これら線状パターン部の延長として前記基板上に前記強磁性体金属薄膜と同一の強磁性体薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有し、前記複数の線状パターン部の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに連結する複数の連結パターン部とを備えて全体としてミアンダ形状の強磁性体金属薄膜パターンを構成する磁気抵抗素子であって、
前記強磁性体金属薄膜の膜厚が４５ｎｍ以下であり、
隣り合う二本の線状パターン部間の間隔寸法Ｄ１が一定であり、
前記線状パターン部が延びる方向と直交する方向の線幅寸法Ｄ２が一定であり、
前記連結パターン部の前記線状パターン部が延びる方向の線幅寸法Ｄ３が一定であり、
前記寸法Ｄ１、Ｄ２及びＤ３が、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係と、Ｄ３≧（２×Ｄ２）の関係とを満たすように定められていることを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】
前記磁性体金属薄膜は、Ｎｉ及びＦｅを含有しているスパッタリング膜である請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記Ｎｉと前記Ｆｅの含有割合は、７９：２１〜８２：１８である請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記基板がＳｉ基板であり、前記Ｓｉ基板と前記磁性体金属薄膜との間には、絶縁性の膜が形成されている請求項２または３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記Ｄ１が、２．５μｍ以下であり、
前記Ｄ３が、１２μｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性体金属の薄膜により形成される磁気抵抗素子の磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開昭６１−２３４０８４号公報には、基板上に互いに平行に配置され強磁性体金属薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有する複数の線状パターン部と、これら線状パターン部の延長として基板上に前記強磁性体金属薄膜と同一の強磁性体薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有し、複数の線状パターン部の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに連結する複数の連結パターン部とを備えて全体としてミアンダ形状の強磁性体金属薄膜パターンを構成する磁気抵抗素子が開示されている。この従来の磁気抵抗素子では、複数の連結パターン部の形状を工夫することにより、連結パターン部における磁気抵抗の抵抗値変化分を小さくして、磁気抵抗素子の抵抗値変化分を複数の線状パターン部の抵抗値変化分だけにすることが試みられている。すなわち従来は、連結パターン部の存在により発生するノイズを連結パターン部の形状を工夫することにより減少させることが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２３４０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
強磁性体金属薄膜パターンのパターン部の厚みは、３０ｎｍから８０ｎｍであるが、可能な範囲で薄いことが望まれる。しかしながらパターン部の厚みが薄くなると、特許文献１に記載の磁気抵抗素子のように、連結パターンの形状を変えるだけで、連結パターン部における抵抗値変化分を小さくすることには限界があることが判った。
【０００５】
本発明の目的は、強磁性体金属薄膜パターンのパターン部の厚みが薄くなった場合において、連結パターン部における抵抗値変化分を小さくすることができる磁気抵抗素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上に互いに平行に配置され強磁性体金属薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有する複数の線状パターン部と、これら線状パターン部の延長として基板上に強磁性体金属薄膜と同一の強磁性体金属薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有し、複数の線状パターン部の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに連結する複数の連結パターン部とを備えて全体としてミアンダ形状の強磁性体金属薄膜パターンを構成する磁気抵抗素子を改良の対象とする。本発明においては、強磁性体金属薄膜の膜厚が４５ｎｍ以下である。そして隣り合う二本の線状パターン部間の間隔寸法Ｄ１が一定であり、線状パターン部が延びる方向と直交する方向の線幅寸法Ｄ２が一定であり、連結パターン部の線状パターン部が延びる方向の線幅寸法Ｄ３が一定である。特に、本発明では、寸法Ｄ１、Ｄ２及びＤ３が、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係と、Ｄ３≧（２×Ｄ２）の関係とを満たすように定められている。
【０００７】
発明者が、種々の実験をした結果、強磁性体金属薄膜パターンを構成する線状パターン部及び連結パターン部の厚みが４５ｎｍ以下になると、線状パターン部と連結パターン部の幅寸法Ｄ３を同じ寸法にしていると、連結パターン部の形状を特許文献１に示されるような形状に変えたとしても、連結パターン部における抵抗値変化分を小さくすることに限界があることが判った。そして発明者は、連結パターン部の幅寸法（Ｄ３）をＤ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係と、Ｄ３≧（２×Ｄ２）の関係とを満たすように定めると、線状パターン部及び連結パターン部の厚みが４５ｎｍ以下になったときに、連結パターン部における抵抗値変化分を小さくできることを見出した。本発明は、発明者によるこの知見に基づいてなされたものであり、現時点で、その原理は理論的には解明されていない。
【０００８】
磁性体金属薄膜の材質は、特に限定されるものではないが、特に磁性体金属薄膜がＮｉ及びＦｅを含有しているスパッタリング膜により形成されているのが好ましい。そしてＮｉ及びＦｅを含有しているスパッタリング膜の場合、ＮｉとＦｅの含有割合は、７９：２１〜８２：１８であることが好ましい。
【０００９】
また基板は、絶縁性を有していればよいが、基板としてＳｉ基板を用いる場合には、Ｓｉ基板と磁性体金属薄膜との間には、絶縁性の膜を形成するのが好ましい。
【００１０】
発明者の実験結果によると、寸法Ｄ１を２．５μｍ以下とした場合に、しかも寸法Ｄ３を、１２μｍ以上にすると、連結パターン部における抵抗値変化分をより小さいものとすることができることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の一例の磁気抵抗素子のミアンダ形状の強磁性体金属薄膜パターンを示す図である。
【図２】図１の強磁性体金属薄膜パターンの寸法関係を説明するために用いるパターンの部分拡大図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｄ）は、本実施の形態の磁気抵抗素子を製造する場合の工程を示す図である。
【図４】実験における測定装置の構成を示す図である。
【図５】（Ａ）は、強磁性体金属薄膜パターンの線状パターンに電流が流れているときに、線状パターンと直交する方向に走査磁界が印加されたときのＭＲ比と磁場の磁界との関係を示す図であり、（Ｂ）は、線状パターンに電流が流れているときに、線状パターンと平行な方向に走査磁界Ｈが印加されているときのＭＲ比と磁場の磁界との関係を示す図である。
【図６】１５通りの試料について、図４の測定装置を用いて抵抗変化率（ＭＲ比）を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明の磁気抵抗素子の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の一例の磁気抵抗素子のミアンダ形状の強磁性体金属薄膜パターン１を示す図である。図２は、図１の強磁性体金属薄膜パターン１の寸法関係を説明するために用いるパターンの部分拡大図である。これらの図においては、ミアンダ形状の強磁性体金属薄膜パターン１は、１１本の直線状に延びる線状パターン部５と１０本の直線状に延びる連結パターン部７とを備えている。１１本の線状パターンは、基板３上に互いに平行に配置され強磁性体金属薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有する。１０本の連結パターン部７は、線状パターン部５の延長として基板３上に強磁性体金属薄膜と同一の強磁性体金属薄膜で形成され且つ共に同じ長さを有しており、１１本の線状パターン部５の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに連結する。
【００１３】
本実施の形態においては、線状パターン部５の長さは４００μｍである。そして隣り合う二本の線状パターン部５，５間の間隔寸法Ｄ１は、一定である。線状パターン部５が延びる方向と直交する方向の線幅寸法Ｄ２及び連結パターン部７の線状パターン部５が延びる方向の線幅寸法Ｄ３も一定である。特に、本発明では、寸法Ｄ１、Ｄ２及びＤ３が、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係と、Ｄ３≧（２×Ｄ２）の関係とを満たすように定められている。なおこれらの寸法Ｄ１、Ｄ２及びＤ３の好ましい範囲について後に説明する。
【００１４】
図３は、本実施の形態の磁気抵抗素子を製造する場合の工程を示している。図３（Ａ）に示すように、本実施の形態においては、基板３として厚み４００μｍのＳｉ基板を用いている。そして基板３の両面には、絶縁膜として厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2膜（熱酸化膜）が形成されている。基板３の片面のＳｉＯ2膜の上には、ＮｉＦｅからなる磁性体金属薄膜８がスパッタリング法に形成されている。スパッタリング後に、磁性体金属薄膜８には歪み取りのために、アニール処理（熱処理）を施してある。なおスパッタリングに代えて蒸着により、磁性体金属薄膜を形成してもよいのは勿論である。ＮｉとＦｅの好ましい比率は、７９：２１〜８２：１８であり、特に本実施の形態ではＮｉとＦｅが８１：１９の比率で、磁性体金属薄膜８に含まれている。磁性体金属薄膜８の厚みは、４５ｎｍより大きくなると、連結パターン部７における抵抗変化率は大幅に小さくなるが、磁気抵抗素子をセンサとして使用する場合には、実用的ではない。そのため膜厚寸法は、４５ｎｍ以下が好ましい。なお現状における製造技術上の理由から、実際上の厚みの下限値は、３０ｎｍである。本実施の形態では、磁性体金属薄膜８の厚みを４０ｎｍにしている。
【００１５】
次に図３（Ｂ）に示すように、磁性体金属薄膜８をエッチングによりパターニングして、図１に示す形状の強磁性体金属薄膜パターン１を形成する。次にレジストで作ったパターンに金属を蒸着して，後でレジストを取り去ることにより，レジストがなかった部分にだけ金属のパターンを残すリフトオフにより、電極９を形成する。本実施の形態では、５０ｎｍの厚みのＮｉＣｒの下地層の上に１００ｎｍの金（Ａｕ）層を形成することにより、電極９を形成している。電極材料は、本実施の形態に限定されるものではなく、厚みは１００ｎｍ以上あることが好ましい。
【００１６】
次にステンシルマスクを利用してスパッタリング法により、厚みが３００ｎｍのＳｉＯ2からなる保護膜１１を形成する。保護膜１１は、電極９の一部を露出してパッド部１０を残すように形成する。保護膜１１は、絶縁性の高い材料であればＳｉＯ2以外の絶縁材料により形成してもよい。また保護膜１１の厚み寸法は、電極９の厚み寸法よりも厚いことが望ましい。なお図１には、電極９及び保護膜１１は図示していない。
【００１７】
次に、寸法Ｄ１、Ｄ２及びＤ３の好ましい範囲を定めるために発明者が行った実験について説明する。図４は、実験における測定装置の構成を示す図である。この測定装置では、強磁性体金属薄膜パターン１を有する磁気抵抗素子を間に挟むように、電磁石１３,１３を配置する。図４に示す状態では、強磁性体金属薄膜パターン１の線状パターン部５が延びる方向と平行な方向に電磁石１３，１３が交流磁界Ｈを発生している。強磁性体金属薄膜パターン１には図示しない直流電源から直流電流Ｉが流され、電流計１５と電圧計１７により電流値と電圧値を測定し、その測定結果から抵抗値を測定する。実験では、−１０ｍＴと＋１０ｍＴの走査磁界Ｈで強磁性体金属薄膜パターン１を交互に走査してＭＲ比を求めた。ここでＭＲ比とは、磁界による電気抵抗の変化率を意味し、ＭＲ＝｛Ｒ（０ｍＴ）−Ｒ（２０ｍＴ）｝／Ｒ（０ｍＴ）の式により計算する。ここでＲ（０ｍＴ）は、走査磁界が無いときの電気抵抗であり、Ｒ（２０ｍＴ）は、走査磁界Ｈで走査しているときの電気抵抗である。
【００１８】
図５（Ａ）は、強磁性体金属薄膜パターン１の線上パターン部５に電流Ｉが流れているときに、線上パターン部５と直交する方向に走査磁界Ｈが印加されたとき、すなわち感磁方向に磁界が印加されているときのＭＲ比と磁場の磁界との関係を示している。この状態が磁気抵抗素子をセンサとして利用するときである。図５（Ｂ）に示すように、線上パターン部５に電流Ｉが流れているときに、線上パターン部５と平行な方向に走査磁界Ｈが印加されているとき、すなわち非感磁方向に磁界が印加されているときのＭＲ比と磁場の磁界との関係を示している。図５（Ｂ）の状態は、連結パターン部７における磁場と電流との関係に相当する。したがって図４の測定装置で測定した場合には、連結パターン部７における抵抗変化率がマイナス成分またはノイズ成分として現れることになる。実験結果から、連結パターン部７における抵抗変化率をできるだけ小さくできる前述の寸法Ｄ１、Ｄ２及びＤ３の関係を求めた。
【００１９】
実験は、強磁性体金属薄膜の厚みを４０ｎｍ一定とし、隣り合う二本の線状パターン部５，５間の間隔寸法Ｄ１を２．５μｍ一定で行った。そして線状パターン部５が延びる方向と直交する方向の線幅寸法Ｄ２を、６μｍ、１０μｍ、１２μｍ、１４μｍ及び１６μｍで変化させ、連結パターン部７の線状パターン部５が延びる方向の線幅寸法Ｄ３をＤ３＝Ｄ２／２、Ｄ３＝Ｄ２、Ｄ３＝２×Ｄ２で変化させて１５通りの試料を作成した。図６は、これら１５通りの試料について、図４の測定装置を用いて抵抗変化率（ＭＲ比）を測定した結果を示している。抵抗変化率が０に近いほど、連結パターン部７において発生するマイナス成分またはノイズ成分が小さいことを意味している。図６から、連結パターン部７の線状パターン部５が延びる方向の線幅寸法Ｄ３を、大きくするほど、抵抗変化率が小さくなり、また線幅寸法Ｄ３を、繊幅寸法Ｄ２の２倍にする場合（Ｄ３＝２×Ｄ２にする場合）には、線幅寸法Ｄ２を１０μｍ以上にしても、抵抗変化率が飽和することが判る。そして線幅寸法Ｄ３を、繊幅寸法Ｄ２の１／２倍または、繊幅寸法Ｄ２と同じにする場合には、抵抗変化率を小さくすることができないことが判る。なおこの実験によって得た傾向は、強磁性体金属薄膜の厚みが４５ｎｍ以下一定で、しかも隣り合う二本の線状パターン部５，５間の間隔寸法Ｄ１を２．５μｍ以下にした場合にも、同様に現れることを実験により確認している。但し、現状の製造技術では、強磁性体金属薄膜の厚みは３０ｎｍが最小値となる。なお強磁性体金属薄膜の膜厚寸法が、４５ｎｍより大きくなると、連結パターン部７における抵抗変化率は大幅に小さくなるが、磁気抵抗素子をセンサとして使用する場合には、実用的ではない。
【００２０】
磁性体金属薄膜の材質は、特に限定されるものではないが、特に磁性体金属薄膜がＮｉ及びＦｅを含有しているスパッタリング膜により形成されているのが好ましい。そしてＮｉ及びＦｅを含有しているスパッタリング膜の場合、ＮｉとＦｅの含有割合は、７９：２１〜８２：１８であることが好ましい。
【００２１】
また基板は、絶縁性を有していればよいが、基板としてＳｉ基板を用いる場合には、Ｓｉ基板と磁性体金属薄膜との間には、絶縁性の膜を形成するのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によれば、線状パターン部及び連結パターン部の厚みが４５ｎｍ以下である場合に、連結パターン部の幅寸法Ｄ３を、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係と、Ｄ３≧（２×Ｄ２）の関係とを満たすように定めたことにより、連結パターン部における抵抗値変化分を小さくして、連結パターン部の存在の影響を低減できる。
【符号の説明】
【００２３】
１  強磁性体金属薄膜パターン
３  基板
５  線状パターン部
７  連結パターン部
８  磁性体金属薄膜
９  電極
１０  パッド部
１１  保護膜
１３  電磁石
１５  電流計
１７  電圧計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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