(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成したＩｎＳｂ薄膜上に設けた多数の短絡電極を介してＩｎＳｂ薄膜抵抗体を多数直列に接続し、その両端に外部への取り出し電極端子部を接続した構造において、少なくとも、該短絡電極が、ＩｎＳｂ薄膜に接する側から順次Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕの三層の積層構成を有することを特徴とする半導体薄膜磁気抵抗素子。
【請求項２】
基板上に形成したＩｎＳｂ薄膜上に設けた多数の短絡電極を介してＩｎＳｂ薄膜抵抗体を多数直列に接続し、その両端に外部への取り出し電極端子部を接続した構造において、少なくとも、該短絡電極が、ＩｎＳｂ薄膜に接する側から順次Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｕの三層の積層構成を有することを特徴とする半導体薄膜磁気抵抗素子。
【請求項３】
基板上に形成したＩｎＳｂ薄膜上に設けた多数の短絡電極を介してＩｎＳｂ薄膜抵抗体を多数直列に接続し、その両端に外部への取り出し電極端子部を接続した構造において、少なくとも、該短絡電極が、ＩｎＳｂ薄膜に接する側から順次Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌの三層の積層構成を有することを特徴とする半導体薄膜磁気抵抗素子。
【請求項４】
基板上に形成したＩｎＳｂ薄膜上に設けた多数の短絡電極を介してＩｎＳｂ薄膜抵抗体を多数直列に接続し、その両端に外部への取り出し電極端子部を接続した構造において、少なくとも、該短絡電極が、ＩｎＳｂ薄膜に接する側から順次Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌの三層の積層構成を有することを特徴とする半導体薄膜磁気抵抗素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転、変位などの検出に用いられる半導体薄膜磁気抵抗素子に関し、特に素子の耐熱性を飛躍的に改善し、さらに良好なオーミック性を有する電極材料の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、回転センサとしては、光学式、磁気式を初め、種々の方式がある。この中で、特に汚れ、塵埃など雰囲気の影響を受ける用途においては、そうした影響を比較的受けにくい磁気方式が最も有利である。
【０００３】
一方、この磁気方式においても、電磁ピックアップ、ホール素子、磁気抵抗素子など、種々の方式がある。
【０００４】
近年、自動車の電子制御化に伴い、各種センサ素子が装着される中で、回転センサ、特にギヤセンサとしてホール素子（ホールＩＣ）、強磁性薄膜磁気抵抗素子、半導体磁気抵抗素子を用いた回転センサが零速度検知の点から各所で検討されているが、自動車用回転センサとして用いる際、素子の動作温度範囲が−４０〜１５０℃を満足しなければならない。
【０００５】
ところが、そうした温度耐久性を有するホール素子、ホールＩＣ、強磁性薄膜磁気抵抗素子は、いずれも検知素子自体の検出出力が小さく、被検出体との間に十分なエアギャップを確保することが難しく、ギヤセンサとして使いにくいという問題があった。
【０００６】
一方、半導体薄膜磁気抵抗素子は、元々、検出出力が大きく被検出体とのエアギャップを広く取れるため、最もギヤセンサとして適しているものと考えられるが、現状で最も特性の優れた半導体磁気抵抗素子であるＩｎＳｂ磁気抵抗素子では、その動作温度範囲は、−４０〜１２０℃程度で、上記の自動車用回転センサとして必ずしも温度耐久性面で十分なものではなかった。
【０００７】
この現状多用されているＩｎＳｂ磁気抵抗素子は、ＩｎＳｂバルク単結晶薄片化型のものが多い。なぜなら、この素子の検出出力が、素体材料であるＩｎＳｂの電子移動度に比例するため、従って、その結晶性に大きく影響されるためである。一方、この型の素子は、単結晶ウエハを接着層を介して基板上に接着し、次いで無歪み研磨にて十μｍ内外の厚みまで研磨したものを用いるため、結果的に接着層〜ＩｎＳｂ層間の熱膨張係数差により、低温〜高温のヒートショックに弱いという欠点を有していた。
【０００８】
これに対して、特開平５−１４７４２２号公報などに述べられているようにＳｉウエハ基板上にこれを配向基板として直接へテロエピタキシャル成長させたＩｎＳｂ薄膜を有する半導体薄膜磁気抵抗素子は、上記温度耐久性に優れると共に、バルク単結晶型薄片化型素子に比肩する感度を有するという点で有用である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように上記ＩｎＳｂエピタキシャル成長薄膜を直接Ｓｉウエハ上に形成した構成を用いることで、優れた出力感度特性と温度耐久性を有する半導体薄膜磁気抵抗素子の感磁部を実現することができるのであるが、これに加えて、この素子の特徴であるＩｎＳｂ薄膜上に形成する多数の短絡電極とＩｎＳｂ薄膜との間の相互拡散による特性の変化などの耐久劣化を極力抑えることを必要とする。
【００１０】
本発明は、この電極〜ＩｎＳｂ薄膜間の相互拡散を防ぎ、優れた温度安定性を有する半導体薄膜磁気抵抗素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体薄膜磁気抵抗素子は、その電極材料として、ＩｎＳｂ薄膜に対して良好なオーミック性を有し、かつ密着性の良好な層を下層とし、上層を良導電材料層とし、中間層として、拡散防止層を備えた構成としたものである。
【００１２】
本発明によれば、上層材料であるＣｕやＡｌのような良導電材料と下層材料であるＣｒの二層のみの場合に、Ｃｒを通して、上層のＣｕ，ＡｌとＩｎＳｂ薄膜の間で相互拡散が生じ、ＣｕとＩｎの中間化合物が生成したり、ＡｌとＳｂの中間化合物が生成するなどの熱的に不安定な要因を中間層であるＴｉ，Ｎｉなどを介在させることで相互拡散を防止し、これにより、３５０℃程度という高温下においても容易には拡散が生じない状態を保持することが可能となる。
【００１３】
従って、これにより、−４０〜１５０℃のみならず、さらに高温下でも安定に動作する半導体薄膜磁気抵抗素子を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板上に形成したＩｎＳｂ薄膜上に設けた多数の短絡電極を介してＩｎＳｂ薄膜抵抗体を多数直列に接続し、その両端に外部取り出し用の電極端子部を接続した構造を有し、少なくとも、該短絡電極が、ＩｎＳｂ薄膜に接する側から順次Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕの三層の積層構成となるようにした半導体磁気抵抗素子である。この電極構成により、上層Ｃｕは、Ｎｉと固溶するため中間層Ｎｉで拡散は防止され、下層にあるＩｎＳｂ層に拡散しない。また、ＩｎＳｂ薄膜についても、中間層Ｎｉの存在によりＮｉとＳｂは固溶するため拡散は防止され、上層Ｃｕ層に容易に拡散しない。これにより、特に中間層が存在しないときに顕著なＣｕとＩｎの中間化合物が生成され、素子の抵抗値が変化するなどの問題を回避することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、上記半導体薄膜磁気抵抗素子の電極材料としてＩｎＳｂ層に接する側から順次Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｕの三層の積層構成となるようにしたもので、この電極構成により、上層Ｃｕは、中間層Ｔｉが拡散防止効果を有し、さらにＣｕとＴｉも容易には合金化しない。またＴｉの存在によりＩｎＳｂは上層のＣｕ層に拡散しないと共にＴｉとＩｎＳｂも容易には合金化しない。従って高温下で短絡電極の抵抗値も変化せず、素子全体の抵抗値も変化しない極めて熱的に安定な半導体薄膜磁気抵抗素子を実現することができる。
【００１６】
以上、請求項１，２記載の上層材料としてＣｕ層を用いたものは、外部取り出し電極端子部にＮｉ／Ａｕめっき、Ｃｕ／Ａｕめっきなどを施しＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装する場合の短絡電極構成である。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、上記半導体薄膜磁気抵抗素子の電極材料としてＩｎＳｂ層に接する側から順次Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌの三層の積層構成となるようにしたもので、この電極構成により、上層Ａｌは、中間層Ｎｉが拡散防止効果を有し、さらにＡｌとＮｉも容易には合金化しない。またＮｉの存在によりＮｉとＳｂは固溶するため拡散は防止され、ＩｎＳｂは上層のＡｌ層に拡散しない。従って、素子の抵抗値が変化するなどの問題を回避することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、上記半導体薄膜磁気抵抗素子の電極材料としてＩｎＳｂ層に接する側から順次Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌの三層の積層構成となるようにしたもので、この電極構成により、上層Ａｌは、中間層Ｔｉが拡散防止効果を有し、さらにＡｌとＴｉも容易には合金化しない。またＴｉの存在によりＩｎＳｂは上層のＡｌ層に拡散しないと共にＴｉとＩｎＳｂも容易には合金化しない。従って高温下で短絡電極の抵抗値も変化せず、素子全体の抵抗値も変化しない極めて熱的に安定な半導体薄膜磁気抵抗素子を実現することができる。
【００１９】
以上、請求項１，２記載の上層材料としてＡｌ層を用いたものは、外部取り出し電極端子部にワイヤボンド実装する場合の短絡電極構成である。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１に本発明の第１の実施の形態の半導体薄膜磁気抵抗素子を説明するための断面図を示す。Ｓｉなどでなる基板１上にＩｎＳｂ薄膜２を形成し、素子パターンに加工した後、ＩｎＳｂ薄膜に接する下層側より、順次下層Ｃｒ３、中間層Ｎｉ４、上層Ｃｕ５を各々０．１μｍ，０．１μｍ，０．５μｍ厚真空蒸着などの薄膜形成方法によりベタ形成し、パターン形成を施し、短絡電極６を得る。この後、短絡電極６全面とＩｎＳｂ抵抗体部７全面を覆うように、保護膜８を形成する。この一連の製造方法にて半導体薄膜磁気抵抗素子９を作製する。
【００２１】
以上のようにして作製した半導体薄膜磁気抵抗素子９に対して、３５０℃の高温下で放置した際の素子抵抗値の初期値からの変化を図２に示す。同図では、曲線１０が本発明のＣｒ，Ｎｉ，Ｃｕの三層電極構成のものでの結果であり、曲線１１が中間層ＮｉがないＣｒ，Ｃｕ二層電極構成のものでの結果である。
【００２２】
Ｃｒ，Ｃｕ二層電極構成のものでも、２５０℃程度で放置した場合には、拡散が少なく十分な信頼性を有しているが、３５０℃となると、（正確には、２８０℃程度から）時間経過と共に急激に拡散が進行し、ＩｎＳｂ薄膜２と上層Ｃｕ５の間で合金化が起こり（Ｃｕ、Ｉｎの中間化合物が大量に生成される）、ついには、こうした合金化部分は脆く、強い引張り応力が入り、クラックを生じ、これにより、抵抗値が著しく増大する。
【００２３】
一方、図２の曲線１０で示す通り、本発明の三層構成の電極では、初期に数％程度抵抗値が増加するものの（主因は、電極のＣｕ、Ｃｒの固溶合金化による短絡電極抵抗値の増加）以降は変化を生じない。このように、３５０℃という高温下でも十分安定な耐熱性を有する。
【００２４】
尚、中間層Ｎｉ４の層厚は、０．０５μｍ程度あれば、十分な拡散防止効果を有する。
【００２５】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態の半導体薄膜磁気抵抗素子は構成としては、図１と同じためこれを用いて説明する。異なるのは、電極材料のみのため他の製造工程の説明は省略する。電極材料として、ＩｎＳｂ薄膜に接する下層側より、順次下層Ｃｒ３、中間層Ｔｉ４、上層Ｃｕ５を各々０．１μｍ、０．１μｍ、０．５μｍ厚真空蒸着などの薄膜形成方法によりベタ形成し、パターン形成を施し、短絡電極６を得る。この後、実施の形態１と同様に保護膜８を形成する。この一連の製造方法にて半導体薄膜磁気抵抗素子９を作製する。
【００２６】
以上のようにして作製した半導体薄膜磁気抵抗素子９に対して、３５０℃の高温下で放置した際の素子抵抗値の初期値からの変化を図３に示す。同図では、曲線１２が本発明のＣｒ、Ｔｉ、Ｃｕの三層電極構成のものでの結果である。同図で示すように、本実施の形態の三層構成の電極では、初期変動もほとんどなく、３５０℃という高温下でも極めて安定な耐熱性を有する。これは、元々、Ｃｕ，Ｔｉも合金化しにくく、Ｔｉ、ＩｎＳｂも合金化しにくく、従って、短絡電極抵抗値自体も、無論ＩｎＳｂ抵抗体部分も変質しにくいためである。
【００２７】
尚、中間層Ｔｉ４の層厚は、０．０５μｍ程度あれば、十分な拡散防止効果を有する。
【００２８】
以上、実施の形態１、２で述べた上層Ｃｕ５で構成される電極は、特に図４で示すように、外部取り出し電極端子部１３において、Ｎｉ／Ａｕもしくは、Ｃｕ／Ａｕめっきにより実装電極部１４をバンプ状に形成し、この実装電極部１４でＴＡＢ実装をする際などに用いる。
【００２９】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態の半導体薄膜磁気抵抗素子は構成としては、これも図１と同じためこれを用いて説明する。異なるのは、電極材料のみのため他の製造工程の説明は省略する。電極材料として、ＩｎＳｂ薄膜に接する下層側より、順次下層Ｃｒ３、中間層Ｎｉ４、上層Ａｌ５を各々０．１μｍ、０．１μｍ、０．５μｍ厚真空蒸着などの薄膜形成方法によりベタ形成し、パターン形成を施し、短絡電極６を得る。この後、実施の形態１と同様に保護膜８を形成する。この一連の製造方法にて半導体薄膜磁気抵抗素子９を作製する。
【００３０】
以上のようにして作製した半導体薄膜磁気抵抗素子９に対して、３５０℃の高温下で放置した際の素子抵抗値の初期値からの変化を図５に示す。同図では、曲線１５が本実施の形態のＣｒ，Ｎｉ，Ａｌの三層電極構成のものでの結果であり、曲線１６が中間層ＮｉがないＣｒ，Ａｌ二層電極構成のものでの結果である。Ｃｒ，Ａｌ二層電極構成のものでも、２５０℃程度で放置した場合には、拡散が少なく十分な信頼性を有しているが、３５０℃となると、（正確には、３００℃程度から）時間経過と共に急激に拡散が進行し、ＩｎＳｂ薄膜２と下層Ｃｒ３との界面に上層Ａｌ５が拡散し、界面にＡｌＳｂ層が形成される。このＡｌＳｂ層は、ＩｎＳｂ２よりも禁制帯幅が大きく、これにより、界面の接触抵抗が増大し、素子抵抗値の増大を招くと共に、磁気特性も劣化する。一方、図５の曲線１５で示す通り、本実施の形態の三層構成の電極では初期変動も少なく、３５０℃という高温下でも十分安定な耐熱性を有する。
【００３１】
尚、中間層Ｎｉ４の層厚は、０．０５μｍ程度あれば、十分な拡散防止効果を有する。
【００３２】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態の半導体薄膜磁気抵抗素子は構成としては、これも図１と同じためこれを用いて説明する。異なるのは、電極材料のみのため他の製造工程の説明は省略する。電極材料として、ＩｎＳｂ薄膜に接する下層側より、順次下層Ｃｒ３、中間層Ｔｉ４、上層Ａｌ５を各々０．１μｍ、０．１μｍ、０．５μｍ厚真空蒸着などの薄膜形成方法によりベタ形成し、パターン形成を施し、短絡電極６を得る。この後、実施の形態１と同様に保護膜８を形成する。この一連の製造方法にて半導体薄膜磁気抵抗素子９を作製する。
【００３３】
以上のようにして作製した半導体薄膜磁気抵抗素子９に対して、３５０℃の高温下で放置した際の素子抵抗値の初期値からの変化を図６に示す。同図で、曲線１７が本実施の形態のＣｒ，Ｔｉ，Ａｌの三層電極構成のものでの結果である。本実施の形態の三層構成の電極では、初期変動も少なく、３５０℃という、高温下でも十分安定な耐熱性を有する。
【００３４】
尚、中間層Ｔｉ４の層厚は、０．０５μｍ程度あれば、十分な拡散防止効果を有する。
【００３５】
以上実施の形態３、４で述べた上層Ａｌ５で構成される電極は、図４の外部取り出し電極端子部１３において、ワイヤボンド実装をする際などに用いる。
【００３６】
尚、本実施の形態１〜４において、下層材料をＣｒとしたのは、ＩｎＳｂ薄膜に対して良好なオーミック性を有し、接触抵抗が極めて小さく、さらに密着性が良好なためで、この効果は、下層Ｃｒがない場合に得られるものではない。
【００３７】
また、本三層構成の短絡電極は、パターン形成において、ベタ形成した後フォトリソプロセスによりウエット処理（エッチング）で形成しても、先にレジストなどで所望のマスクパターンを形成した後電極形成し、マスクパターンを除去するリフトオフ法により形成しても良いことは、言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、少なくとも短絡電極構成を下層Ｃｒ、中間層をＴｉもしくはＮｉ、上層をＣｕもしくはＡｌとすることで、耐熱性に極めて優れた半導体薄膜磁気抵抗素子を構成することができ、その産業上の利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体薄膜磁気抵抗素子の構造断面図
【図２】本発明の一実施の形態の電極構成（上層Ｃｕ）での耐熱性を説明するための特性図
【図３】本発明の一実施の形態の電極構成（上層Ｃｕ）での耐熱性を説明するための特性図
【図４】上層電極がＣｕである場合の実装形態を示す斜視図
【図５】本発明の他の実施形態の電極構成（上層Ａｌ）での耐熱性を説明するための特性図
【図６】本発明の他の実施形態の電極構成（上層Ａｌ）での耐熱性を説明するための特性図
【符号の説明】
１  基板
２  ＩｎＳｂ薄膜
３  下層電極（Ｃｒ）
４  中間層電極（ＮｉもしくはＴｉ）
５  上層電極（ＣｕもしくはＡｌ）
６  三層構成でなる短絡電極
【図１】
0003588952.tif 000002
【図２】
0003588952.tif 000003
【図３】
0003588952.tif 000004
【図４】
0003588952.tif 000005
【図５】
0003588952.tif 000006
【図６】
0003588952.tif 000007