(57)【要約】【課題】小型で、化学的、熱的、機械的に頑丈な磁気抵抗装置を提供する。【解決手段】磁気抵抗装置（１）は、シリコンからなる細長いチャネル（２）を有している。チタンシリサイドを含む導体（６）は、チャネルの一側に沿ってチャネルに接続され、そしてリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６）は、チャネルの対向側で前記チャネルに沿って接続され離隔されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部（３；２８）から第２の端部（４；２９）へ伸張する非強磁性半導体材料を含むチャネル（２；２７）と、該非強磁性半導体材料よりも高い導電率をもつ非強磁性材料を含んでいて前記チャネルの少なくとも２つの部分を接続する導体（６；３１）と、前記チャネルに接続されて前記チャネルに沿って離隔された複数のリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）とを備えた磁気抵抗装置（１；２６）。
【請求項２】
前記チャネル（２；２７）は、細長いチャネルである、請求項１に記載の磁気抵抗装置。
【請求項３】
前記チャネル（２；２７）は、湾曲している、請求項１または２に記載の磁気抵抗装置。
【請求項４】
前記チャネル（２；２７）は、シリコンを含む請求項１から３のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項５】
前記チャネル（２；２７）は、シリコン・ゲルマニウムを含む、請求項１から４のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項６】
前記半導体材料は、１×１０１７ｃｍ−３までの濃度を有する不純物がドープされている、請求項１から５のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項７】
前記半導体材料は、１×１０１８ｃｍ−３までの濃度を有する不純物をドープされている、請求項１から６のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項８】
前記半導体材料は、１×１０１９ｃｍ−３までの濃度を有する不純物をドープされている、請求項１から７のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項９】
前記半導体材料は、未ドープである、請求項１から５までのいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１０】
前記チャネル（２；２７）は、５０ｎｍ未満の厚さの層で提供されている、請求項１から９のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１１】
前記導体（６；３１）は、前記チャネル（２；２７）に対し側方に配置されている、請求項１から１０のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１２】
前記導体（６；３１）は、前記チャネル（２；２７）に沿って伸長している、請求項１から１１のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１３】
前記導体（６；３１）は、前記チャネル（２；２７）の第１の端部（３；２８）から前記第２の端部（４；２９）まで伸長している、請求項１から１２のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１４】
前記導体（６；３１）と前記チャネル（２；２７）との間に界面を有し、該界面は、少なくとも２つの別々の部分に分離されている、請求項１から１３のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１５】
前記導体（６；３１）は、半導体材料を含む、請求項１から１４のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１６】
前記導体（６；３１）を含む前記半導体材料は、少なくとも１×１０１９ｃｍ−３の濃度を有する不純物をドープされている、請求項１５に記載の磁気抵抗装置。
【請求項１７】
前記導体（６；３１）は、シリコンを含む、請求項１から１６のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１８】
前記導体（６；３１）は、金属シリサイドを含む、請求項１から１４のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項１９】
前記導体（６；３１）は、チタンシリサイドを含む、請求項１から１４のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項２０】
前記導体（６；３１）は、非強磁性の金属または合金を含む、請求項１から１４のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項２１】
前記導体（６；３１）は、アルミニウムを含む、請求項２０に記載の磁気抵抗装置。
【請求項２２】
前記導体（６；３１）は、５０ｎｍ未満の厚さの層で提供されている、請求項１から２１のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項２３】
前記リード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）は、前記チャネルから側方に伸長している、請求項１から２２のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項２４】
前記導体（６；３１）は、前記チャネルの第１の側（５；３０）に沿って前記チャネル（２、２７）に接続されている、請求項１から２３のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項２５】
前記複数のリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）の少なくともいくつかは、前記チャネルの別の対抗側（７；３２）で前記チャネル（２；３７）に接続されている、請求項２４に記載の磁気抵抗装置。
【請求項２６】
前記複数のリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）の少なくともいくつかは、前記チャネルの上面または下面で前記チャネル（２；３７）に接続されている、請求項２４または２５に記載の磁気抵抗装置。
【請求項２７】
チャネルに沿って整然と配列された第１、第２、第３及び第４のリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）を有する、請求項１から２６のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項２８】
前記第１と第２のリード（３３１、３３２）は、第１の間隔（ｓ１）だけ離隔され、前記第２と第３のリード（３３２、３３３）は、前記第１の間隔（ｓ１）未満の第２の間隔（ｓ２）だけ離隔され、前記第３と第４のリード（３３３、３３４）は、前記第１の間隔未満の第３の間隔だけ離隔されている、請求項２７に記載の磁気抵抗装置。
【請求項２９】
前記リード（３３１、３３２、３３３、３３４）は、半導体材料を含む、請求項１から２８のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３０】
前記リード（３３１、３３２、３３３、３３４）は、前記チャネル（２７）を含む半導体材料を含む、請求項２８に記載の磁気抵抗装置。
【請求項３１】
前記リード（３３１、３３２、３３３、３３４）と前記チャネル（２７）は、一体である、請求項２９記載の磁気抵抗装置。
【請求項３２】
前記リード（３３１、３３２、３３３、３３４）は、シリコンを含む、請求項２９から３１のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３３】
前記リード（８１、８２、８３、８４、８５、８６）は、金属シリサイドを含む、請求項１から２８のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３４】
前記リード（８１、８２、８３、８４、８５、８６）は、チタンシリサイドを含む、請求項１から２８のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３５】
前記リードは、非強磁性の金属また合金を含む、請求項１から２８のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３６】
前記リードは、各々５０ｎｍ未満の厚さを有している、請求項１から３５のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３７】
前記チャネル（２；２７）は、１００ｎｍ未満の幅を有する、請求項１から３６のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３８】
前記チャネル（２；２７）は、１０μｍ未満の長さを有する、請求項１から３７のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項３９】
前記導体（６；３１）は、５００ｎｍまでの幅を有している、請求項１から３８のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項４０】
前記導体（６；３１）は、１０μｍ未満の長さを有する、請求項１から３９のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項４１】
前記リード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）は、各々２００ｎｍまでの幅を有し、この幅は、前記チャネルの長さに対応する方向にある、請求項１から４０のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項４２】
絶縁材料を含むベース（９；３４）を更に有し、前記チャネル（２；２７）、導体（６；３１）及びリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）は、前記ベース上に存在する、請求項１から４１のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項４３】
基盤（１０；３５）を更に有し、前記ベース（９；３４）は、この基盤上に配置されている、請求項４２に記載の磁気抵抗装置。
【請求項４４】
電解効果トランジスタ（３９１、３９２）を提供するように、前記リード（３３１、３３２、３３３、３３４）間で前記基盤（３５）に配列された接触領域（３７１、３７２、３７３、３７４）と、前記リード下の前記接触領域間のチャネル（３８１、３８２）とを更に有する、請求項４３記載の磁気抵抗装置。
【請求項４５】
絶縁材料を含むキャップを更に有し、該キャップは、前記チャネル、領域及びリードの上に存在する、請求項１から４４のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項４６】
前記磁気抵抗装置を制御するための回路（１２）を更に有する、請求項１から４５のいずれかに記載の磁気抵抗装置。
【請求項４７】
前記回路（１２）は、非隣接リード（８１、８５）間に電流を流すように及び前記非隣接リード間のリード（８３）と他のリード（８６）との間に発生する電圧を測定するように構成されている、請求項４６記載の磁気抵抗装置。
【請求項４８】
請求項１から４７のいずれかによる前記磁気抵抗装置を含むハード・ディスク・ドライブ（４０）用の読み取りヘッド（１；２６）。
【請求項４９】
請求項４８に記載の少なくとも１つの読み取りヘッド（１；２６）を有するハード・ディスク・ドライブ（４０）。
【請求項５０】
磁気抵抗装置の組み立て方法において、
非強磁性半導体材料を含み、第１の端（３；２８）から第２の端（４；２９）まで伸張するチャネル（２；２７）を形成し、
非強磁性半導体材料を含み、導体（６；３１）を使用して前記チャネルの少なくとも２つの部分を接続し、
前記チャネルに沿って離隔された複数のリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）を前記チャネルに接続する前記方法。
【請求項５１】
前記半導体材料は、シリコンであり、前記方法は、
シリコン層（２３）を提供し、
前記導体（６；３１）に対応する第１の領域、前記チャネル（２；２７）に対応する第２の領域及び前記リード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）に対応する更なる領域を備えたパターン化層（２３’）を画定するように前記シリコン層をパターン化し、
前記第１の領域の上に金属（２５０）を提供し、
前記第１の領域に金属シリサイドを形成するようにアニーリングをする、請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
第１の端部（３、２８）から第２の端部（４、２９）へ伸張し、非強磁性半導体材料を含むチャネルと、前記非強磁性半導体材料よりも高い導電率をもつ非強磁性材料を含んでいて前記チャネルの２つの領域を接続する導体（６；３１）と、前記チャネルに沿って離隔された複数のリード（８１、８２、８３、８４、８５、８６；３３１、３３２、３３３、３３４）とを備えた磁気抵抗装置を作動する方法であって、
非隣接リード（８１、８５；３３１、３３３）間に電流を流し、
前記非隣接リード間のリード（８３；３３２）と他のリード（８６、；３３４）との間に発生する電圧を測定する方法。
【請求項５３】
非隣接リード（８１、８５；３３１、３３３）間に前記電流を流すことは、少なくとも１μＡの大きさの電流を流すことを含む、請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
磁界（１１）を前記磁気抵抗装置に印加することを更に含む、請求項５２または５３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、しかし専用ではないが、磁界センサまたはハード・ディスク・ドライブでの読み取りヘッドとして使用される磁気抵抗装置に関するものであるものである。
【背景技術】
【０００２】
ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、高密度の情報記憶装置用に広く使用されている。ＨＤＤは、サーバ及びディストップ・コンピュータのようなこの種の記憶装置に伝統的に関連しているコンピュータ・システムで一般に見られる。しかし、１インチ・ドライブのような小さい形状ファクタを有するＨＤＤは、ミュージック・プレーヤ及びデジタル・カメラのようなハンド・ヘルド型電子装置でも見ることができる。
【０００３】
ＨＤＤにおけるより高度な記憶容量は、記憶密度を増大することによって達成することができる。記憶密度は、現在毎年ほぼ二倍になっており、例えば、磁気記録媒体において長手方向配列のビット・セルにデータを記録し、及びいわゆる「スピン値（ｓｐｉｎ  ｖａｌｕｅ）」読み取りヘッドを使用してデータを読み取ることによる，従来技術を使用して現在達成可能な最高の記憶密度は、約１００Ｇｂ／ｉｎ２である。
【０００４】
しかし、ＨＤＤの記憶密度が増大し続けると、記憶媒体と読み取りヘッドは超常磁性効果の問題に遭遇する。
【０００５】
この超常磁性効果が生じるのは、強磁性体粒子のサイズが充分に減少されてこの粒子の磁化の方向を変化するに必要なエネルギーがその熱エネルギーに匹敵する時である。従って、この粒子の磁化は、変動しやすく、従って、データの崩壊につながる。
【０００６】
記録媒体の場合、この問題の解決には、各ビット・セルが超常磁性効果を回避するに充分な大きさになることが可能な記録媒体の表面に対し（長手方向よりむしろ）直角にビット・セルを配列することが必要であるということが示されている。
【０００７】
読み取りヘッドでこの問題を取り扱うために、どのような強磁性体材料の使用をも回避し、いわゆる異常磁気抵抗（ＥＭＲ）効果を利用することが提案された。
【０００８】
ＥＭＲ効果を示す装置は、Ｓ．Ａ．Ｓｏｌｉｎ、Ｔ．Ｔｈｉｏ、Ｄ．Ｒ．Ｈｉｎｅｓ及びＪ．Ｊ．Ｈｅｒｅｍａｎｓによる「Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒｏｏｍ−Ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  Ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｎａｒｒｏｗ−Ｇａｐ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」Ｓｉｅｎｃｅ  ｖｏｌｕｍｅ  ２８９、ｐ．１５３０（２０００）に記載されている。この装置は、ファン・デル・バウ構造（Ｖａｎ  ｄｅｌ  Ｐａｕｗ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）に配列されていて、非磁気アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）のディスクに同心的に埋め込まれた高導電性の金異質物を有している。印加磁界がゼロ（Ｈ＝０）の時に、電流は、その金異質物を流れる。しかし、非ゼロの印加磁界（Ｈ≠０）では、電流は、金異質物のまわりに環形を介して（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  ａｎｎｕｌｕｓ）磁力線分布とは直角に偏移される。これによりコンダクタンスの低下が生じる。
【０００９】
しかし、この装置には幾つかの欠点があるので、読み取りヘッドとして使用するには適しない。例えば、この装置は、より小さな寸法に縮小するには適しない構成を有し、激しく消耗し、そして強力な境界及び界面散乱を示す。更に、アンチモン化インジウムは、高価な材料で、機械的特性は低く、従って、処理をして信頼性ある長寿命のセンサを提供することは困難になる。
【００１０】
現在、アンチモン化インジウム（３００°Ｋでμｎ＝７×１０４
ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）、ヒ化インジウム（３００°Ｋでμｎ＝３×１０４
ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）及びヒ化ガリウム（３００°Ｋでμｎ＝８．５×１０３
ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）のような低キャリア濃度の高移動度挟隙半導体は、ＥＭＲをベースにした読み取りヘッドの最良の候補であるように思われる。しかし、これらの材料も高価な材料となる傾向があり、機械的特性は低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、改良になる磁気抵抗装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、非強磁性半導体材料を有していて、第１の端から第２の端まで伸びるチャネルと、非強磁性半導体材料よりもより高導電率を有していて、チャネルの少なくとも２つの部分を接続する導体と、前記チャネルに接続されチャネルに沿って離間した複数のリードを有する磁気抵抗装置が提供される。
【００１３】
この磁気抵抗装置の構成は、例えば、１００ｎｍ未満のチャネル幅までの縮小寸法への縮小に更に適している一方依然としてチャネルをリードに接触することが可能である。
【００１４】
このチャネルは、シリコンを含んでもよい。従って、磁気抵抗装置は、シリコンの移動度が例えばアンチモン化インジウムに比較して比較的低くても（３００°Ｋでμｎ＝１．５×１０３ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）、異常磁気抵抗効果を示すことができる。しかし、シリコンを使用すると、標準的なシリコン処理技術を使用することができるという利点がある。更に、磁気抵抗装置は、化学的、温度的、機械的に更に頑丈である点で有望である。
【００１５】
チャネルは、シリコン・ゲルマニウムを含んでいてもよい。シリコン・ゲルマニウムは、シリコンよりもより高い移動度を示すことができるので、より高い磁気抵抗をもたらすことができる。
【００１６】
チャネルは、細長いチャネルであってもよい。チャネルは、湾曲してもよい。半導体材料は、１×１０１７ｃｍ−３、１×１０１８ｃｍ−３、または１×１０１９ｃｍ−３までの濃度を有する不純物をドープされてもよい。半導体材料は、ドープされなくてもよい。チャネルは、５０ｎｍ未満の厚さを有する層で提供されてもよい。
【００１７】
導体は、チャネルに対し側方に配列してもよい。導体は、チャネルに沿って伸長してもよい。導体は、チャネルの第１の端から第２の端まで伸張するものであってもよい。磁気抵抗装置は、導体とチャネルとの間に、少なくとも２つの別々の部分に分かれた、界面を有してもよい。
【００１８】
導体は、半導体材料を含んでもよい。この半導体材料は、少なくとも１×１０１９ｃｍ−３の濃度を有する不純物をドープされてもよい。
【００１９】
導体は、シリコンを含んでもよく、従って、磁気抵抗装置は、前にリストアップした利点から利益を得ることができる。
【００２０】
導体は、チタンシリサイドのような金属シリサイドを含んでもよい。チタンシリサイドを使用すると、いくつかの利点を得ることができる。例えば、チタンシリサイドの抵抗率は、３００°ＫでＣ５４相の場合、通常１４〜１６μΩｃｍであり、これは、２．２μΩｃｍの導電率を有する金のような最良導体の一部の抵抗率に充分匹敵する。また、チャネルがシリコンで作られている場合、チタンシリサイドとシリコンとの間の界面は、低接触抵抗を有する。更に、チタンシリサイドは、シリコンをチタニウム内へ拡散することにより形成することができるので、形成が容易である。更に、チタンシリサイドは、電子移動に対し良好な抵抗を示す傾向がある。
【００２１】
導体は、アルミニウムのような非強磁性金属または合金を含んでもよい。
導体は、５０ｎｍ未満の厚さを有する層で提供されてもよい。
【００２２】
リードは、チャネルから側方へ伸長してもよい。導体は、チャネルの第１の側に沿いチャネルに接続されてもよい。リードの少なくとも一部は、チャネルの別の対向側でチャネルに接続されてもよい。リードの少なくとも一部は、チャネルの上面または下面でチャネルに接続されてもよい。
【００２３】
磁気抵抗装置は、チャネルに沿って整然と配列された第１、第２、第３及び第４のリードを有してもよい。第１と第２のリードは、第１の間隔だけ離間されてもよく、第２、第３のリードは、第１の間隔より小さい第２の間隔だけ離間されてもよく、第３と第４のリードは、第１の間隔より小さい第３の間隔にだけ離間されてもよい。
【００２４】
リードは、半導体材料を含んでもよい。リードは、チャネルを含む半導体材料を含んでもよい。リードとチャネルは、一つであってもよい。リードは、シリコンを含んでもよい。リードは、チタンシリサイドのような金属シリサイドを含んでもよい。リードは、非強磁性金属また合金を含んでもよい。リードは、各々５０ｎｍ未満の厚さを有してもよい。
【００２５】
チャネルは、１００ｎｍ未満の幅及び／又は１０μｍ未満の長さを有してもよい。導体は、５００ｎｍまでの幅及び／又は１０μｍ未満の長さを有してもよい。リードは、各々、チャネルの長さに対応する方向の２００ｎｍまでの幅を有してもよい。
【００２６】
磁気抵抗装置は、さらに絶縁材料を含むベースを更に有し、チャネル、導体及びリードがベース上にあるようにしてもよい。磁気抵抗装置は、ベースを配置する基盤を更に有してもよい。磁気抵抗装置は、電解効果トランジスタを提供するために、さらにリード間で基盤に配列された接触領域を有し、リード下で接触領域間にチャネルを有してもよい。従って、利得発生能力は、磁気抵抗装置内に容易に形成することができる。
【００２７】
磁気抵抗装置は、チャネル、領域及びリードの上に存在する絶縁材料より成るキャップを更に有してもよい。例えば、二酸化シリコンの薄い（例えば、２ｎｍ）のキャップが使用可能である。このキャップは、磁気抵抗装置の保護を支援しながらハード・ディスク・プラテンのような磁界源に接近配置可能である。
【００２８】
磁気抵抗装置は、自体を制御するための回路を更に有してもよい。回路は、非隣接リード間に電流を流すため及び非隣接リード間のリードと他のリードとの間に発生する電圧を測定するように構成されてもよい。
【００２９】
本発明の第２の態様によれば、前記磁気抵抗装置を含むハード・ディスク・ドライブ用の読み取りヘッドが提供される。
【００３０】
本発明の第３の態様によれば、少なくとも１つの読み取りヘッドを有するハード・ディスク・ドライブが提供される。
【００３１】
本発明の第４の態様によれば、磁気抵抗装置の組み立て方法が提供される。この方法は、非強磁性半導体材料を含むチャネルの形成を含み、第１の端と第２の端との間を伸張するチャネルを形成し、半導体材料より高導電率の非強磁性体材料を含む導体を使用してチャネルの少なくとも２つの部分を連結し、チャネルに沿って離隔された複数のリードをチャネルに接続することを含む。
【００３２】
半導体材料は、シリコンであってもよい。この組み立て方法は、シリコン層を提供し、導体に対応する第１の領域、チャネルに対応する第２の領域及びリードに対応する更なる領域とを備えたパターン化層を画定するようにシリコン層をパターン化し、第１の領域の上に金属、例えばチタニウム、を提供し、この第１の領域に金属シリサイド、例えばチタンシリサイド、を形成するようにアニーリングをする処理を含んでもよい。
【００３３】
本発明の第５の態様によれば、非強磁性半導体材料を有していて、第１の端から第２の端まで伸びるチャネルと、この半導体材料よりもより高導電率を有していて、チャネルの少なくとも２つの部分を接続する導体と、チャネルに接続されてチャネルに沿って離間した複数のリードを有する磁気抵抗装置を作動する方法が提供される。この方法は、非隣接リード間に電流を流し、非隣接リードの間のリードと他のリードとの間に発生する電圧を測定する処理を含む。
【００３４】
非隣接リード間に電流を流すことは、少なくとも１μＡの大きさを有する電流を流す処理を含でもよい。この方法は、磁界を磁気抵抗装置に印加する処理を更に含んでもよい。
【００３５】
本発明の実施例を次に例として添付図面に関して記載する。
【実施例１】
【００３６】
図１を参照すると、本発明による磁気抵抗装置１の第１の実施例が示してある。この磁気抵抗装置１は、６．４×１０１９ｃｍ−３の濃度にリン（Ｐ）がドープされたｎ型多結晶シリコン（Ｓｉ）から作られた３７ｎｍの厚さｔを持つチャネル２を有している。このチャネル２は、第１と第２の端部３、４の間を延びていて、第１の側５に沿って約４０ｎｍの厚さを持つチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）から作られた導体または領域６と、別の対向側７で同様にチタンシリサイドから作られてチャネル２に沿って離隔された第１、第２、第３、第４、第５及び第６のリード８１、８２、８３、８４、８５、８６とを自体に接続している。第１、第２、第３、第４、第５及び第６のリード８１、８２、８３、８４、８５、８６は、チャネル２に沿って整然と配列され、第１のリード８１は、第１の端部３（図１では左端縁を示す）に最も近く、第６のリード８６は、他の（すなわち別の）端部４に最も近い。領域６は、チャネルの少なくとも２つの部分を接続していて今後「分路」と呼ぶことにする。チャネル２、分路６及びリード８１、８２、８３、８４、８５、８６は、４００ｎｍの（未エッチングの）厚さを有する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から作られたベース９に配列され、そして同様に、ｐ型シリコン基盤１０に配列されている。
【００３７】
この例では、分路６とリード８１、８２、８３、８４、８５、８６は、チャネル２の両側５、７に、すなわち、側面に接続されている。しかし、分路６及び／またはリード８１、８２、８３、８４、８５、８６は、チャネルの上面及び／または下面に、すなわちチャネル２の頂部または底部に亘り接続することもできる。
【００３８】
チャネル２は、細長く、約１７μｍの長さｌ１と約１μｍの幅ｗ１を有する平面図で長方形をしている。分路６も細長く、約１７μｍの長さｌ２と４μｍの幅ｗ２を有する平面図で長方形をしている。リード８１、８２、８３、８４、８５、８６は、各々４６０ｎｍのチャネル２に沿った幅ｌ３すなわち長さを有していて、約２．５μｍの間隙ｓ（すなわちピッチ）で離隔されている。図１において、チャネル２の長手方向軸及び横断方向軸は、それぞれｘ軸及びｙ軸として示してあり、結晶成長軸は、ｚ軸として示してある。
【００３９】
磁気抵抗装置１は、異常磁気抵抗（ＥＭＲ）効果を示し、チャネル２と分路６が例えば結晶成長軸（ｚ軸）に沿って接続されている平面に直角に通る軸に沿う向きに通る（向きの成分を持つ）磁界１１を検出するに適している。
【００４０】
図２ａを参照すると、この磁気抵抗装置１を測定するための第１の回路構成１２が示してある。この回路構成１２は、第１のリード８１と第５のリード８５との間のチャネル２を通して電流Ｉを流すよう構成された電流源１３と、第４と第６のリード８４、８６の間に発生された電圧Ｖを測定するよう構成された電圧計１４を有している。
【００４１】
図２ｂを参照すると、第１の回路構成１２（図２ａ）に対する磁気抵抗装置１の第１の理論的な電流−電圧特性１５を示すグラフが示してある。この磁気抵抗装置は、有限要素モデル化技術を使用して二次元切片としてモデル化されている。このモデル化には如何なる適当なパラメータも必要ではない。このモデル化では、磁気抵抗装置にわたる電流密度及び電位分布が計算されるが、これは、種々のプローブ装置を用いて監視することができる。
【００４２】
図２ｃをみると、第１の回路構成１２（図２ａ）を使用する３００°Ｋでの磁気抵抗装置１の第１の測定された電流−電圧特性１６を示すグラフが示してある。測定された抵抗値は、印加電圧Ｉにより測定電圧Ｖを割ることにより得ることができる。
【００４３】
図３ａをみると、磁気抵抗装置１を測定する第２の回路構成１７が示してある。この回路構成１７は、第１のリード８１と第５のリード８５との間のチャネル２を通して電流Ｉを流すように形成された電流源１８と、第３と第６のリード８３、８６の間に生じる電圧Ｖを測定するように構成された電圧計１９とを有している。
【００４４】
図３ｂをみると、第２の回路構成１７（図３ａ）の磁気抵抗装置１の第２の理論的な電流−電圧特性２０を示すグラフが示してある。この磁気抵抗装置は、また、有限要素モデル化技術を使用して二次元切片としてモデル化されている。
【００４５】
図３ｃを見ると、第２の回路構成１７（図３ａ）を使用する３００°Ｋでの磁気抵抗装置１の第２の測定された電流−電圧特性２１を示すグラフが示してある。測定された抵抗値は、印加電圧Ｉで測定電圧Ｖを割ることにより得られる。
【００４６】
回路構成１２（図２ａ）と１７（図３ａ）のいずれも磁界１１（図１）の測定に使用することができる。印加磁界１１（図１）の大きさ及び向きは測定電位に影響する。特に、更に大きな正の磁界１１（図１）が印加されると、より低い電位が測定される。磁気抵抗装置１は、無印加磁界と１０Ｔの印加磁界との間で１５．３％の磁気抵抗変化を示す。
【００４７】
図４をみると、第１の回路構成１２（図２ａ）を使用する３００°Ｋでの磁気抵抗装置１の測定された抵抗−磁界特性２２を示すグラフが示してある。
【００４８】
第１と第２の回路構成１２（図２ａ）と１７（図３ａ）においては、電流が流されて電圧が測定される。しかし２つのリード間にバイアスを加えるよう構成された電圧源（図示せず）と、それら２つのリード間またはまた別の２つのリード間のチャネルを流れる電流の測定のための電流検出器（図示せず）とを有する他の回路構成を使用してもよい。
【００４９】
図５ａから図５ｄまでを参照して、磁気抵抗装置１の構成方法を次に記載する。
【００５０】
図５ａを特に参照すると、シリコン層２３、埋め込みの二酸化シリコン層２４及び基盤１０を備えた絶縁体上シリコン・ウエーハが設けてある。シリコン層２３は、３７ｎｍの厚さを有していて、６．４×１０１９ｃｍ−３の濃度のリンをドープされている。二酸化シリコン層２４は、４００ｎｍの厚さを有している。通常「表面酸化物」と呼ばれてシリコン層２３上に存在する自然形成の二酸化シリコン層は、明確化のために図５ａ〜図５ｄでは省略してある。
【００５１】
絶縁体上シリコン・ウエーハは、チップに分割されており、チップは、次の方法で処理される。
【００５２】
チップは、ピランハ・エッチング（Ｐｉｒａｎｈａ  Ｅｔｃｈ）と一般的に知られる３：１、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２を使用して浄化され、続いて（「ＳＩＬＯＸエッチング」としても知られる）２：５：３、ＮＨ２Ｆ：Ｃ２Ｈ４Ｏ２：Ｈ２Ｏ内へ浸漬される。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）層がそのチップの上面に加えられ（例えばスパンオン）、そして、ベーキングにより硬化される。ＰＭＭＡ層は、走査電子ビームを使用してパターン化され、そして、このパターン化したＰＭＭＡ層を残すようにＩＰＡと水の混合物を使用して現像される。チップは、短い、例えば３分間の酸素プラズマ灰化（ｏｘｙｇｅｎ  ｐｌａｓｍａ  ａｓｈ）を与えられ、次に、３０ｎｍ厚のアルミニウム層がそのチップのＰＭＭＡのパターン化面に熱により蒸着される。現像されたレジストは、アセトンで「リフト−オフ（ｌｉｆｔｅｄ−ｏｆｆ）」され、次に、アルミニウムのエッチング・マスク２５を残すようにＩＰＡで洗浄される。この段階での磁気抵抗装置の対応構造は、図５ｂに示してある。
【００５３】
シリコン層と二酸化シリコン層２３、２４の露出領域は、供給ガスとして四フッ化炭素と四塩化シリコン（ＣＦ４：ＳｉＣｌ４）の混合物を使用する反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）によりエッチングされる。アルミニウムのエッチング・マスク２５は、（ＣＨ３）４ＮＯＨのような塩基を使用して除去される。この段階での磁気抵抗装置の対応構造は、図５ｃに示してあり、そして連続のパターン化されたシリコン層２３’と一部エッチングした二酸化シリコン層９が示されている。
【００５４】
チップは、アセトンとＩＰＡを使用して浄化される。チップは、（蒸気形の）接着助触媒、この場合はヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）に対し曝される。他のＰＭＭＡ層は、チップのパターン化表面に加えられて硬化される。そのＰＭＭＡ層は、走査電子ビームを使用してパターン化され、他のパターン化したＰＭＭＡ層を残すようにＩＰＡ／水を使用して現像される。チップは、別の短時間酸素プラズマ灰化に曝される。表面の酸化物（図示せず）は、ＳＩＬＯＸエッチングを用いて除去され、４０ｎｍ厚のチタニウム層がそのチップのＰＭＭＡパターン化表面にスパッタリングされる。現像されたレジストは、リフト・オフされ、そして、後に分路６とリード８１、８２、８３、８４、８５、８６を形成することになるパターン化したシリコン層２３’の領域の上に存在するチタニウムの領域
２５０、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６を残すようにＩＰＡで洗浄される。この段階での磁気抵抗装置の対応構造は、図５ｄに示す。
【００５５】
チップは、乾燥チッ素のような不活性雰囲気内で７００°Ｃでアニーリングされる。未反応のチタニウムは、ピランハ・エッチングを用いて除去される。この段階での磁気抵抗装置の対応構造は、図１に示す。図６ａは、この段階での磁気抵抗装置の光学顕微鏡写真である。図６ｂは、チャネル２の一部の電子顕微鏡写真である。
【００５６】
チップは、アセトンとＩＰＡを使用して洗浄される。光レジスト層は、形成される（ｓｐｕｎ−ｏｎ）。光レジスト層は、（レチクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）とも呼ばれる）マスクとＵＶ光源を使用してパターン化され、パターン化された光レジスト層を残すように光レジスト現像液を使用して現像される。チップは、短い、例えば約３０秒の酸素プラズマ灰化が掛けられ、次に、クロムと金との連続層がチップのレジストパターン化表面に熱で蒸着される。このレジストは、アセトンで除去（ｌｉｆｔｅｄ−ｏｆｆ）され、そして、金の接着パッド（図示せず）を残すようにＩＰＡで洗浄される。図６ｃは、磁気抵抗装置１の光顕微鏡写真である。
【実施例２】
【００５７】
図７ａと図７ｂを参照すると、本発明による磁気抵抗装置２６の第２の実施例が示してある。この磁気抵抗装置２６は、１×１０１７ｃｍ−３の濃度にリンＰをドープしたｎ型多結晶シリコンＳｉから作られた４０ｎｍ厚のチャネル２７を有している。このチャネル２７は、第１と第２の端部２８、２９の間を伸長していて、１×１０２１ｃｍ−３の濃度にリンＰをドープしたｎ型多結晶シリコンＳｉから作られた４０ｎｍ厚の側路３１を第１の側３０に沿って自体に接続し、そして、別の、つまり対向側３２に沿って、１×１０２１ｃｍ−３の濃度にリンＰをドープしたｎ型多結晶シリコンＳｉから同様に作られてチャネル２７に沿って離隔された第１、第２、第３、第４のリード３３１、３３２、３３３、３３４を自体に接続している。第１、第２、第３、第４のリード３３１、３３２、３３３、３３４は、整然とチャネル２７に沿って配列されている。
【００５８】
チャネル２７、分路３１及びリード３３１、３３２、３３３、３３４の異なるドーピング濃度は、パターン化された未ドープのシリコン層の上に拡散障壁層（図示せず）、例えばチッ化シリコン、を形成し、前記分路とリードに対応する領域の上の前記拡散障壁層に窓（図示せず）をあけ、そして、その窓を通して前記分路及びリードに対応する領域内にリンのようなドーパントをイオン注入またはガス拡散して達成することができる。拡散障壁層は、ウエット・エッチングにより除去され、そしてサンプルは、アニーリングされる。
【００５９】
または、チャネル２７、分路３１及びリード３３１、３３２、３３３、３３４の異なるドーピング濃度は、走査式イオンビーム注入及びアニーリングにより達成することができる。
【００６０】
チャネル２７、分路３１及びリード３３１、３３２、３３３、３３４は、１０ｎｍ厚のＳｉＯ２から成る絶縁ベース３４に配列され、そして、Ｐ型シリコン基盤３５の上に配列されている。絶縁ベース３４は、Ｐ型シリコン基盤３５において（しばしば「拡散井戸」または単に「井戸」と呼ばれる）ｎ型シリコンの第１、第２、第３及び第４の領域３７１、３７２、３７３、３７４を画定するために組み立て中に使用される窓３６１、３６２、３６３、３６４を有している。
【００６１】
チャネル２７は、約１μｍの長さｌ１と約５０ｎｍの幅ｗ１を有している。分路３１は、約１μｍの長さｌ２と約０．２μｍの幅ｗ２を有している。リード３３１、３３２、３３３、３３４は、各々２００ｎｍの幅ｖ１を有している。第１と第２のリード３３１、３３２は、０．７５μｍの第１の間隔（すなわち、ピッチ）ｓ１だけ分離されている。窓３６１、３６２、３６３、３６４は、各々約２００ｎｍの幅ｖ２を有している。他のリード３３２、３３３、３３４は、０．１μｍの第２の間隔ｓ２だけ隣接のリードから離隔されている。本発明の一部の実施例では、第２の間隔ｓ２は、可能な限り小さく作成されて最小の特徴サイズＦに対応するようにしてもよい。
【００６２】
第１と第２のｎ型の井戸３７１、３７２は、これらの井戸の間を伸長する第１のチャネル３８１に対しソース領域及びドレイン領域を提供する。第２のリード３３２は、第１のチャネル３８１の上にあって絶縁ベース３４の第１の部分３４１だけ第１のチャネル３８１から離隔され、それにより、第１の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）３９１に対しそれぞれゲート電極とゲート酸化物を提供している。同様に、第３と第４のｎ型の井戸３７３、３７４、第２のチャネル３８２、第２のゲート酸化物３４２、第４のリード３３４は、第２のＭＯＳＦＥＴ３９２を提供する。
【００６３】
動作中、電流Ｉは、第１と第３のリード３３１、３３３の間のチャネル２７を介して流される。バイアスは、各ＭＯＳＦＥＴ３９１、３９２のソース領域とドレイン領域３７１、３７２、３７３、３７４との間に印加され、それぞれのソース−ドレイン電流ＩＳＤは、第２と第４のリード３３２、３３４の電位を決定するように測定される。
【００６４】
図８を見ると、磁気抵抗装置１、２６は、ハード・ディスク・ドライブ４０の読み取りヘッドとして使用可能である。スライダ４１は、（図１ａまたは図７ｂで示した構成に関し逆の）磁気抵抗装置１、２６と書き込みヘッド４２を回転可能なプラテン４３上に支持している。磁気抵抗装置１、２６は、その下を通る直角配置のビット・セル４５により発生された磁界４４を測定する。磁気抵抗装置１、２６は、長手方向配列のビット・セルを有するハード・ディスク・ドライブで使用されてもよい。
【実施例３】
【００６５】
図９を見ると、本発明による磁気抵抗装置１’の第３の実施例が示してある。磁気抵抗装置１’は、図１に示した磁気抵抗装置１の変形例である。
【００６６】
分路６’とチャネル２’との間の界面４６は、導電材料のない又は非導電材料の少なくとも一つの領域４７により少なくとも２つの分離した部分４６１、４６２に分割されてもよい。例えば、前記（または各）領域４７は、イオン・ミリング（ｉｏｎ  ｍｉｌｌｉｎｇ）を用いてカットされた空所またはイオン注入により形成された損傷材料の領域であってもよい。これにより磁気抵抗は、増大可能である。
【００６７】
この例では、領域４７は、最も外側のリード８１、８６がチャネル２’に接続されているチャネル２’に沿った少なくとも同一点（すなわち長さ）において、分路６’がチャネル２’に接触するような長さＬを有している。非導電材料の別の領域４８は、最も外側のリード８１、８６がチャネル２’に接続されているチャネル２’に沿った同一点でのみ分路６’がチャネル２’に接触するように、チャネル２’に沿う接触長を更に制限するために設けてもよい。または、分路６’は、チャネル２’の遠い方の端部に最も近い２つの点に接触してもよい。
【００６８】
磁気抵抗装置２６（図７ａ、図７ｂ）は、同様な仕方で変形することができる。
【００６９】
多くの変更が上記の実施例に対して成し得るということは理解されよう。チャネルは、真っ直ぐである必要はなく、平面的に湾曲してもよい。磁気抵抗装置は、シリコンベースの装置であってもよく、例えば、チャネル、分路及び／またはリードは、シリコンまたはシリコン・ゲルマニウム（例えば、Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１）のようなシリコン含有材料を有していてもよい。異なるシリコン含有材料は、磁気抵抗装置の異なる部分で使用することができる。チャネルは、シリコン・ゲルマニウムを含んでもよい。チャネルは、未ドープであってもよく、または１×１０１７ｃｍ−３の濃度まで、１×１０１８ｃｍ−３の濃度まで、１×１０１９ｃｍ−３の濃度まで、または１×１０２０ｃｍ−３の濃度まで不純物（ｎ型またはｐ型）をドープされてもよい。チャネルは、前に記載したものとは異なる厚さ、例えば５０ｎｍ未満の厚さ、好ましくは５ｎｍと４０ｎｍとの間の厚さを持つ層で提供してもよい。
【００７０】
分路は、チャネルの上及び／または下に、すなわち、チャネルの上及び／または下に横たわるように配置することができ、そして、チャネルの上側及び／または下側に接触することができる。チャネルに対する分路の構成を再調整することにより、磁気抵抗装置が磁界を検出する軸を変更してもよい。分路は、チャネルの一部、すなわち、チャネルの全長未満のチャネルの一部に沿って延長してもよい。分路は、平面図で見て多角形であってもよい。分路は、例えば、チャネルに沿う破線の形をした導電領域の一つ以上の離散部分を有してもよい。分路は、チャネルを有する半導体材料より高い導電率を持つ半導体材料を含んでもよい。
【００７１】
分路を有する半導体材料は、少なくとも１×１０１９ｃｍ−３、例えば、１×１０２１ｃｍ−３の濃度を有する不純物をドープされてもよく、そして、一層以上のδドープの層を有してもよい。分路は、金属シリサイドを有してもよいが、チタンシリサイドである必要はない。金属シリサイドの分路を形成して半導体と金属シリサイドとの間の接触を改良するために、金属を付着する前にパターン化されたシリコン層の表面内にリンのようなｎ型不純物（またはある場合にはｐ型不純物）を注入または拡散してもよい。
【００７２】
分路は、アルミニウムのような非強磁性の金属または合金のような非強磁性材料を含んでもよい。分路は、例えば５０ｎｍ未満の別の厚さを有する層で提供されてもよい。リードは、半導体材料を含んでいてもよく、チャネルの半導体材料とは異なる、例えば高い、濃度まで不純物（ｎ型またはｐ型）をドープされてもよい。リードは、チタンシリサイドから作られる必要はないが金属シリサイドを含んでもよい。リードは、非強磁性の金属または合金を含んでもよい。各リードは、５０ｎｍ未満の厚さを有してもよい。チャネルは、１００ｎｍ未満の幅（すなわち、ｗ１）及び／または１０μｍ未満の長さ（すなわち、ｌ１）を有してもよい。分路は、５００ｎｍ未満までの幅（すなわちｗ２）及び／または１０μｍ未満の長さ（すなわち、ｌ２）を有してもよい。この長さは、チャネルの長さと同一であってもよく、または同一でなくてもよい。
【００７３】
各リードは、チャネルの場合の長さに対応する方向の２００ｎｍまでの幅（すなわち、ｌ３）を有してもよい。リードは、チャネルに関して直角配置する必要はない。端部リード、例えば第１と第６のリード８１、８６（図１）は、横断方向よりもむしろ、チャネルの端部、例えば、３、４（図１）からチャネル、例えば、チャネル２（図１）に接近するように配置されてもよい。リードの少なくともいくつかは、チャネルの上及び／または下に、すなわち、チャネルの上及び／または下に横たわるように配置することができる。分路及びリードは、チャネルの両対向側（すなわち、両面）に配置する必要はない。エッチング用の他の濃度及び混合物及び現像液を使用してもよい。他のエッチ液、レジスト及び現像液も使用してもよい。エッチング、露光及び現像の時間は、変えることができ、これは通常の実験によりわかる。アニーリング温度も通常の実験で知り得てもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明による磁気抵抗装置の実施例の斜視図である。
【図２】図２ａは、図１に示した磁気抵抗装置を測定するための第１の回路構成の略図である。  図２ｂは、図２ａに示した回路構成の理論的な電流−電圧特性を示す。  図２ｃは、図２ａに示した回路構成を使用して得られた３００°Ｋで測定された電流−電圧特性を示す。
【図３】図３ａは、図１に示した磁気抵抗装置を測定するための第２の回路構成の略図である。  図３ｂは、図３ａに示した回路構成の理論的な電流−電圧特性を示す。  図３ｃは、図３ａに示した回路構成を使用して得られた３００°Ｋで測定された電流−電圧特性を示す。
【図４】図４は、印加磁界に対する抵抗のグラフである。
【図５】図５ａは、異なる構成段階における図１の磁気抵抗装置の斜視図である。  図５ｂは、異なる構成段階における図１の磁気抵抗装置の斜視図である。  図５ｃは、異なる構成段階における図１の磁気抵抗装置の斜視図である。  図５ｄは、異なる構成段階における図１の磁気抵抗装置の斜視図である。
【図６】図６ａは、異なる構成段階における図１の磁気抵抗装置の顕微鏡写真である。  図６ｂは、異なる構成段階における図１の磁気抵抗装置の顕微鏡写真である。  図６ｃは、異なる構成段階における図１の磁気抵抗装置の顕微鏡写真である。
【図７】図７ａは、本発明による磁気抵抗装置の他の実施例の平面図である。  図７ｂは、線Ａ−Ａ’に沿って得た図７ａで示した実施例の断面図である。
【図８】図８は、本発明による磁気抵抗装置を備えたハード・ディスク・ドライブの略図である。
【図９】図９は、図１に示した磁気抵抗装置の変形例を示す。
【符号の説明】
【００７５】
１  磁気抵抗装置
２  チャネル
３  端部
４  端部
５  側
６  分路
７  対向側
８１  リード
９  ベース
１０  ｐ型シリコン基盤
１１  磁界
１２  回路構成
１３  電流源
１４  電圧計
１５  電流−電圧特性
１６  電流−電圧特性
１７  回路構成
１８  電流源
１９  電圧計
２０  電流−電圧特性
２１  電流−電圧特性
２２  抵抗−磁界特性
２３  シリコン層
２４  二酸化シリコン層
２５  アルミニウム・エッチング・マスク
２６  磁気抵抗装置
２７  チャネル
２８  端部
２９  端部
３０  側
３１  分路
３２  対向側
３３１  リード
３４  ベース
３５  ｐ型シリコン基盤
３６１  窓
３７１  ｎ型シリコンの領域（井戸）
３８１  チャネル
３９１  ＭＯＳＦＥＴ
４０  ハード・ディスク・ドライブ
４１  スライダ
４２  書き込みヘッド
４３  プラテン
４４  磁界
４５  ビット・セル
４６１  界面
４７  領域
４８  追加領域
【図１】
2007335839.tif 000003
【図２】
2007335839.tif 000004
【図３】
2007335839.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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