專利名稱：磁阻自旋閥層系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及集成電路(IC)傳感器，更具體地，涉及具有增加穩(wěn)定性的磁阻自旋閥層系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在磁阻自旋閥層系統(tǒng)中，層系統(tǒng)的電阻取決于兩個磁化方向之間的角度。參考圖1中傳統(tǒng)巨磁阻(giant magnetoresistive, GMR)自旋閥疊層,這些方向中的一個是自由的，追隨外部施加的磁場。與該方向關(guān)聯(lián)的層被稱為自由層。雖然圖1中示出GMR疊層，但其他磁阻技術(shù)也可用于實(shí)施方式，如隧道式磁阻(tunneling magnetoresistive, TMR)。其他磁化方向被固定并與所謂的基準(zhǔn)層關(guān)聯(lián)?；鶞?zhǔn)層是基準(zhǔn)系統(tǒng)的一部分，基準(zhǔn)系統(tǒng)還包括反鐵磁體層、固定層(pinned layer)、釕(Ru)層。傳統(tǒng)上,例如，固定層和基準(zhǔn)層是勻質(zhì)的并由鈷鐵(CoFe)或鈷鐵硼(CoFeB)合金組成?；鶞?zhǔn)系統(tǒng)的目的是保持基準(zhǔn)層的固定磁化方向盡可能穩(wěn)定。磁化通常通過將鐵磁體的磁化耦合到反鐵磁體而被固定在自旋閥層系統(tǒng)的基準(zhǔn)層中。然后，層系統(tǒng)在磁場中受到熱處理，其中鄰近反鐵磁體的磁化方向在系統(tǒng)冷卻后被固定。使用這種自旋閥層系統(tǒng)的磁阻傳感器可以在高達(dá)某最高溫度和最大磁場中使用。然而，如果傳感器暴露于較高溫度或磁場，則固定磁化方向會被改變，導(dǎo)致不當(dāng)?shù)膫鞲衅鞑僮?。在某些?yīng)用中該有限的范圍是相當(dāng)大的缺陷。例如，較強(qiáng)的磁體可有助于減小噪聲，但如果這些磁體影響傳感器的正常操作，則不能使用。因此需要能夠在較高溫度和磁場中使用的改善的磁阻自旋閥層系統(tǒng)和相關(guān)傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施方式涉及磁阻自旋閥層系統(tǒng)和傳感器。在實(shí)施方式中，磁阻(MR)自旋閥疊層包括反鐵磁體層；鄰接該反鐵磁體層的多層固定層；多層基準(zhǔn)層；多層固定層和多層基準(zhǔn)層之間的非磁性金屬層；自由層；以及自由層和多層基準(zhǔn)層之間的非磁性金屬層。在實(shí)施方式中，形成巨磁阻(GMR)自旋閥疊層的方法包括形成晶種層(seedlayer);形成自由層，自由層的第一側(cè)與晶種層的第一側(cè)鄰接；形成銅(Cu)層，Cu層的第一側(cè)與自由層的第二側(cè)鄰接；形成多層基準(zhǔn)層(reference layer),多層基準(zhǔn)層的第一側(cè)與Cu層的第二側(cè)鄰接；形成非磁性金屬層，非磁性金屬層的第一側(cè)與多層基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接；形成多層固定層，多層固定層的第一側(cè)與非磁性金屬層的第二側(cè)鄰接；形成反鐵磁體層，反鐵磁體層的第一側(cè)與多層固定層的第二側(cè)鄰接；以及形成蓋帽層(cap layer，保護(hù)層)，蓋帽層的第一側(cè)與反鐵磁體層的第二側(cè)鄰接。在實(shí)施方式中，形成隧道式磁阻(TMR)自旋閥疊層的方法包括形成晶種層；形成自由層，自由層的第一側(cè)與晶種層的第一側(cè)鄰接；形成絕緣層，絕緣層的第一側(cè)與自由層的 第二側(cè)鄰接；形成多層基準(zhǔn)層，多層基準(zhǔn)層的第一側(cè)與絕緣層的第二側(cè)鄰接；形成非磁性 金屬層，非磁性金屬層的第一側(cè)與多層基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接；形成多層固定層，多層固定層 的第一側(cè)與非磁性金屬層的第二側(cè)鄰接；形成反鐵磁體層，反鐵磁體層的第一側(cè)與多層固 定層的第二側(cè)鄰接；以及形成蓋帽層，蓋帽層的第一側(cè)與反鐵磁體層的第二側(cè)鄰接。
在實(shí)施方式中，磁阻(MR)自旋閥疊層包括鄰接晶種層的自由層；鄰接自由層的 非磁性層；基準(zhǔn)系統(tǒng)，鄰接非磁性層，包括基準(zhǔn)層、非磁性金屬層以及固定層，基準(zhǔn)層或固定 層中的至少一個是多層；以及鄰接基準(zhǔn)系統(tǒng)的反鐵磁體層。


結(jié)合附圖考慮本發(fā)明不同實(shí)施例的詳細(xì)說明可更完整地理解本發(fā)明，其中
圖1是傳統(tǒng)頂部自旋閥疊層的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是根據(jù)實(shí)施方式的GMR頂部自旋閥疊層的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是根據(jù)實(shí)施方式的GMR頂部自旋閥疊層的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是根據(jù)實(shí)施方式的TMR頂部自旋閥疊層的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是根據(jù)實(shí)施方式的TMR頂部自旋閥疊層的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是根據(jù)實(shí)施方式的應(yīng)力測試方法的框圖。
圖7是底部自旋閥疊層的結(jié)構(gòu)圖。
雖然本發(fā)明易于進(jìn)行不同修改和替換，其中細(xì)節(jié)已經(jīng)通過例子在附圖中示出并在下面詳細(xì)描述。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所述的具體實(shí)施方式
。相反，本發(fā)明涵蓋在 權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍內(nèi)的所有修改、等價物、和替換。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式涉及具有增強(qiáng)穩(wěn)定性的磁阻自旋閥層系統(tǒng)和相關(guān)傳感器。實(shí)施方式包括 至少一種多層固定層或多層基準(zhǔn)層，使得疊層更穩(wěn)定，從而適用于比傳統(tǒng)系統(tǒng)和傳感器更 高的溫度和磁場。
參考圖2，描述了根據(jù)實(shí)施方式的頂部自旋閥疊層100。相比傳統(tǒng)疊層，疊層100 包括多層固定層102和多層基準(zhǔn)層104。雖然疊層100是以固定層102和基準(zhǔn)層104都為 多層描述的，但其他實(shí)施方式可僅包括一個多層，其中固定層102或基準(zhǔn)層104中的一個為 多層。然而，在這里討論的例子中，采用固定層和基準(zhǔn)層都為多層的實(shí)施方式。
在圖2中，固定層102包括兩層，固定層I和固定層2。在其他實(shí)施方式中，固定 層102可包括多于兩個的多層。在一個實(shí)施方式中，固定層I包括CoFe,固定層2包括鎳鐵 (NiFe)，但這些在另一個實(shí)施方式中可相反。固定層102的層可具有相同或基本相同的磁 化方向。在實(shí)施方式中，固定層102的至少一個層包括與固定層102的一個或更多其它層 的材料不同的材料。在實(shí)施方式中，固定層102的不與反鐵磁體鄰接的至少一個內(nèi)層包括 第一材料，第一材料關(guān)于反鐵磁體的磁稱合特性比與反鐵磁體交界(interface )的層的第 二材料的耦合特性水平弱。換句話說，例如，對于材料測試，如果幾何上相同的第一材料和 第二材料的層與反鐵磁體交界，則第一材料與反鐵磁體的磁耦合比第二材料的弱。
包括NiFe和CoFe雙層的固定層102可提供比包括NiFe或CoFe的單層系統(tǒng)更穩(wěn)定的基準(zhǔn)系統(tǒng)。例如，考慮到不顧來自外場的磁化方向，固定層102更穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已 表明NiFe形成的固定層102對反鐵磁體的磁耦合比CoFe的更強(qiáng)。相比之下，如果鄰近鐵 磁體包括C0Fejljg(Ru)層的磁耦合被強(qiáng)化。實(shí)施方式中Ru層可包括諸如適用于鄰近磁 性層的其他非磁性金屬的其他材料，以得到反平行磁化取向。實(shí)例包括銥(Ir)、銅(Cu)、銠 (Rh )、鋨(Os )、鉻鑰(CrMo )和其他合適的材料。
雖然圖2的實(shí)施方式中，基準(zhǔn)層104包括三個層，基準(zhǔn)層1、基準(zhǔn)層2以及基準(zhǔn)層 3，但在其他實(shí)施方式中基準(zhǔn)層104可包括更多或更少的層?；鶞?zhǔn)層104的層可具有相同或 基本相同的磁化方向，如圖2所示。基準(zhǔn)層104的至少一個層可包括與基準(zhǔn)層104其他層 的材料不同的材料。在實(shí)施方式中，基準(zhǔn)層104的層可包括例如，CoFe、NiFe和/或CoFeB。 例如，參考圖3，在一個實(shí)施方式中，疊層110包括包含CoFe且厚度約為O. 2納米(nm)的基 準(zhǔn)層1、包含NiFe且厚度約為O. 6nm的基準(zhǔn)層2、包含CoFe且厚度約為O. 2nm的基準(zhǔn)層3。 在另一個實(shí)施方式中，固定層102被配置為類似于圖3，基準(zhǔn)層104包括厚度約為1. 3nm的 單個CoFe層。
如前面所述，材料和/或厚度可以改變。例如，在不同實(shí)施方式中，包括下面討論 的關(guān)于TMR自旋閥疊層的那些實(shí)施方式，固定層102約O. 4到約4nm厚，基準(zhǔn)層104約O. 9nm 到約5nm厚。固定層102的各多層(如，固定層I或固定層2)每個都可以為約O. 2nm到約 2nm。實(shí)施方式中，基準(zhǔn)層I和3每個都可以是約O. 2到約1. 5nm,同時基準(zhǔn)層2約O. 5nm到 約2nm。疊層100和110中其他層以及其他實(shí)施方式中這些層的厚度也可在下面示例范圍 內(nèi)蓋帽層約2nm到約20nm ;反鐵磁體層約IOnm到約50nm ；Ru層約O. 7nm到約O. 9nm ;銅 (Cu)層約1. 5nm到約4nm ；自由層約Inm到約IOnm ；以及晶種層約Inm到約10nm。因此，實(shí) 施方式中，疊層100和110的總體厚度可為約17nm到約IOOnm或更高。如本領(lǐng)域技術(shù)人員 理解的那樣，每層和/或多層的具體厚度可取決于使用的具體材料、采用的疊層配置、以及 技術(shù)，即GMR對TMR。
雖然實(shí)施方式可包括具有多層固定層102和單層基準(zhǔn)層的疊層，其中單層基準(zhǔn)層 可包括厚度為約Inm到約4nm的CoFe,但根據(jù)當(dāng)前的制造工藝和技術(shù),仍然存在挑戰(zhàn)。例 如，如果磁化過程是在非常強(qiáng)磁場中進(jìn)行，如高于I特斯拉(Tesla，T)，則圖2中示出的雙層 固定層102可穩(wěn)定基準(zhǔn)系統(tǒng)。在這樣的高磁場中,所有鐵磁體層的磁化都平行于磁場取向。 固定層102因此寫入期望的磁化方向。
然而，角度傳感器通常由疊層的電阻器橋組成，其各電阻器在不同方向上磁化，且 疊層物理上彼此非常靠近。在制造這類電阻器橋的過程中，由于實(shí)用原因，可用磁場被限制 在低值。如果磁化過程在弱磁場中發(fā)生，則僅固定層102和基準(zhǔn)層104的兩個磁矩中較大 者平行于外部磁場取向。相比之下，由于Ru層的耦合，具有較小磁矩的層的磁化指向相反 方向。
如果固定層102和基準(zhǔn)層104不包含相同材料，則基準(zhǔn)系統(tǒng)的凈磁矩的方向也取 決于溫度。例如，在使用的溫度范圍內(nèi)，NiFe隨溫度增加磁化減小的程度遠(yuǎn)比CoFe高。結(jié) 果，基準(zhǔn)系統(tǒng)的凈磁矩可在寫入過程中冷卻期間旋轉(zhuǎn)其符號，結(jié)果可獲得以未定義方式寫 入的基準(zhǔn)系統(tǒng)。
為了克服該缺點(diǎn)，實(shí)施方式中基準(zhǔn)層104可包含NiFe。在一個實(shí)施方式中，基準(zhǔn)層 2包含NiFe。如前面的討論，在實(shí)施方式中，在與Ru層的交界面處使用CoFe以提供強(qiáng)反鐵磁耦合。在基準(zhǔn)層104的另一側(cè)(鄰接Cu層)NiFe是不利的，這是因?yàn)镹iFe和Cu混合的趨勢導(dǎo)致的。換句話說，在實(shí)施方式中，基準(zhǔn)層104的兩個交界部分，即圖2中示出的基準(zhǔn)層I和3，包括CoFe是有利的。在實(shí)施方式中，為了補(bǔ)償固定層102中NiFe的溫度響應(yīng)，基準(zhǔn)層104的至少一個內(nèi)層，如基準(zhǔn)層104的中間基準(zhǔn)層2，包括NiFe。在實(shí)施方式中，如果基準(zhǔn)層104的與Ru層交界的層和固定層102的與Ru層交界的層包含相同材料，如CoFe，則對增強(qiáng)穩(wěn)定性是有利的。實(shí)施方式中，如果固定層102的磁矩和基準(zhǔn)層104的磁矩相互補(bǔ)償，則基準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。然而，如前面所討論的，該配 置不能在弱磁場中被寫入。實(shí)施方式中，如果固定層102和基準(zhǔn)層104包括具有不同居里溫度的不同材料，則存在解決方案。例如，基準(zhǔn)層104的層中的一個可包含不包括在固定層102的層中的材料。在這樣的自旋閥構(gòu)造中，固定層102的和基準(zhǔn)層104的磁矩具有不同的溫度響應(yīng)。因此，可以設(shè)計在典型操作溫度范圍(如約40攝氏度到約150攝氏度)內(nèi)具有虛擬補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)系統(tǒng)的自旋閥，以及在典型布線溫度范圍(如約260攝氏度到約340攝氏度)內(nèi)具有無補(bǔ)償基準(zhǔn)系統(tǒng)的自旋閥。在其他實(shí)施方式中，可做出修改以適應(yīng)TMR技術(shù)而非GMR技術(shù)，如關(guān)于這一點(diǎn)所做的主要討論。TMR自旋閥系統(tǒng)類似于GMR自旋閥，除了使用絕緣層取代Cu層從而用作隧道勢壘之外。為了獲得最佳傳感器特性，也可對隧道勢壘/基準(zhǔn)層界面做出調(diào)整。參考圖4，示出了示例性TMR自旋閥疊層120。類似于這里關(guān)于GMR自旋閥疊層討論和描述的其他實(shí)施方式，疊層120包括多層固定層102和多層基準(zhǔn)層104，但其他實(shí)施方式可包括比圖4中實(shí)施方式更多或更少的多層，以及不同層和/或多層厚度。例如，如上所討論的，實(shí)施方式可包括具有多層固定層102和單層基準(zhǔn)層的疊層，其中單層基準(zhǔn)層可包括約Inm到約4nm厚的CoFeB。例如，Ru層也可包括諸如Ir、Cu、Rh、Os和CrMo的其他材料。然而如圖4所示，固定層102包括約Inm厚的CoFe固定層I和約1. 2nm厚的NiFe固定層2?；鶞?zhǔn)層104包括約Inm厚的CoFeB基準(zhǔn)層1、約0. 6nm厚的NiFe基準(zhǔn)層2，以及約0. 2nm厚的CoFe基準(zhǔn)層3。實(shí)施方式中，鄰接基準(zhǔn)層I的是包含氧化鎂(MgO)的隧道勢壘 106。參考圖5，其示出另一個示例性TMR自旋閥疊層130。在疊層130中，基準(zhǔn)層104包括約Inm厚的CoFeB基準(zhǔn)層I和約Inm厚的CoFe基準(zhǔn)層2。為不同實(shí)施方式進(jìn)行了應(yīng)力測試模擬，得到了良好的結(jié)果。參考圖6，應(yīng)力測試包括在150用旋轉(zhuǎn)磁場測量無應(yīng)力疊層的薄膜電阻。以電阻對角度9得到正弦曲線R = RO 二 ASin^)。在152，疊層在磁場中退火，其中磁場方向垂直于疊層的固定方向。在154，再次以旋轉(zhuǎn)磁場測量疊層的薄膜電阻。這里，R對角度q>提供有相移(PO的正弦曲線R = RO + A*sin((p+(|>0)。相移90是疊層穩(wěn)定性的度量。結(jié)果接近0度表示非常穩(wěn)定的系統(tǒng)，而結(jié)果接近或大于10度的那些系統(tǒng)被認(rèn)為是穩(wěn)定性弱的系統(tǒng)。因此,實(shí)施方式受到150攝氏度的應(yīng)力溫度，IT的應(yīng)力磁場,一小時的應(yīng)力時間。傳統(tǒng)疊層提供約5度到約9度的(PO。諸如圖2中疊層100的多層實(shí)施方式，示出僅約2度到約5度的改善的(p0。雖然圖1至圖5主要示出頂部自旋閥疊層，實(shí)施方式也涉及底部自旋閥疊層。頂部自旋閥疊層和底部自旋閥疊層之間的差別涉及層的順序。與圖1至圖5中頂部自旋閥疊 層實(shí)施方式相比，圖7中示出的底部自旋閥疊層160的實(shí)施方式從上到下包括蓋帽層；自 由層；Cu (GMR)或MgO (TMR)層；諸如多層基準(zhǔn)層的基準(zhǔn)層104 ；Ru或其他非磁性金屬層； 諸如多層固定層的固定層102 ;反鐵磁體層；以及晶種層。在具有多層固定層102和/或基 準(zhǔn)層104的實(shí)施方式中，固定層I鄰接Ru層，固定層2鄰接反鐵磁體層，基準(zhǔn)層I鄰接Cu 或MgO層，基準(zhǔn)層3鄰接Ru層。
因此實(shí)施方式涉及具有增強(qiáng)穩(wěn)定性的諸如GMR或TMR的磁阻自旋閥層系統(tǒng)以及相 關(guān)傳感器。實(shí)施方式至少包括多層固定層或多層基準(zhǔn)層之一，使得疊層更穩(wěn)定，從而適于在 比傳統(tǒng)系統(tǒng)和傳感器高的溫度和磁場中使用。
這里描述了系統(tǒng)、器件和方法的不同實(shí)施方式。這些實(shí)施方式僅通過實(shí)例的形式 給出，而并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。而且應(yīng)該理解，已經(jīng)描述的實(shí)施方式的不同特征 以及權(quán)利要求可以以不同方式結(jié)合從而產(chǎn)生無數(shù)額外的實(shí)施方式。而且，雖然為與公開的 實(shí)施方式一起使用描述了多種材料、尺寸、形狀、設(shè)置位置等，但也可不偏離本發(fā)明保護(hù)范 圍使用其他未公開的材料、尺寸、形狀、設(shè)置位置等。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明可包括比上述各實(shí)施方式少的特征。這里描述 的實(shí)施方式不是為了窮舉本發(fā)明的不同特征的可組合的方式。因此，實(shí)施方式不是相互排 斥的特征組合；而是如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，本發(fā)明可包括從不同實(shí)施方式和/或 不同權(quán)利要求中選擇的不同特征的組合。
上面任何以參考的方式包括在此的文獻(xiàn)受限于不包括與這里明確公開的內(nèi)容相 反的主旨。上面任何以參考的方式包括在此的文獻(xiàn)進(jìn)一步受限于文獻(xiàn)中包括的權(quán)利要求都 不包括在此作為參考。上面任何以參考的方式包括在此的文獻(xiàn)還進(jìn)一步受限于文獻(xiàn)中提供 的任何定義都不包括在此作為參考，除非明確地包括在此。
權(quán)利要求
1.一種磁阻(MR)自旋閥疊層，包括反鐵磁體層；鄰接所述反鐵磁體層的多層固定層；多層基準(zhǔn)層；所述多層固定層和所述多層基準(zhǔn)層之間的非磁性金屬層；自由層；以及所述自由層和所述多層基準(zhǔn)層之間的非磁性金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層固定層包括至少兩層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層固定層具有在約O.4納米 (nm)到約4nm范圍內(nèi)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層固定層包括至少一個鈷鐵 (CoFe)層和至少一個鎳鐵(NiFe)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MR自旋閥疊層，其中，通過減小所述MR自旋閥疊層的應(yīng)力測試相移，所述多層固定層增加所述MR自旋閥疊層的穩(wěn)定性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層基準(zhǔn)層包括至少兩層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層基準(zhǔn)層具有在約0.9納米 (nm)到約5nm的范圍內(nèi)的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層基準(zhǔn)層包括三層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層基準(zhǔn)層包括至少一個鈷鐵 (CoFe)層和至少一個鎳鐵(NiFe)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層基準(zhǔn)層進(jìn)一步包括鈷鐵硼 (CoFeB)層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MR自旋閥疊層，其中，所述自由層和所述多層基準(zhǔn)層之間的所述非磁性金屬層包括銅。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MR自旋閥疊層，其中，所述MR自旋閥疊層包括巨磁阻 (GMR)自旋閥疊層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MR自旋閥疊層，其中，所述自由層和所述多層基準(zhǔn)層之間的所述非磁性金屬層包括氧化鎂(MgO)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的MR自旋閥疊層，其中，所述MR自旋閥疊層包括隧道式磁阻 (TMR)自旋閥疊層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MR自旋閥疊層，其中，所述多層固定層和所述多層基準(zhǔn)層之間的所述非磁性金屬層包括釕(Ru)、銥(Ir)、銅(Cu)、銠(Rh)、鋨(Os)或鉻鑰(CrMo)中的至少一種。
16.一種形成巨磁阻(GMR)自旋閥疊層的方法，包括形成晶種層；形成自由層，所述自由層的第一側(cè)與所述晶種層的第一側(cè)鄰接；形成銅(Cu)層，所述Cu層的第一側(cè)與所述自由層的第二側(cè)鄰接；形成多層基準(zhǔn)層，所述多層基準(zhǔn)層的第一側(cè)與所述Cu層的第二側(cè)鄰接；形成非磁性金屬層，所述非磁性金屬層的第一側(cè)與所述多層基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接；形成多層固定層，所述多層固定層的第一側(cè)與所述非磁性金屬層的第二側(cè)鄰接；形成反鐵磁體層，所述反鐵磁體層的第一側(cè)與所述多層固定層的第二側(cè)鄰接；以及形成蓋帽層，所述蓋帽層的第一側(cè)與所述反鐵磁體層的第二側(cè)鄰接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，形成多層基準(zhǔn)層進(jìn)一步包括形成第一基準(zhǔn)層，所述第一基準(zhǔn)層的第一側(cè)作為所述多層基準(zhǔn)層的第一側(cè)；形成第二基準(zhǔn)層，所述第二基準(zhǔn)層的第一側(cè)與所述第一基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接；以及形成第三基準(zhǔn)層，所述第三基準(zhǔn)層的第一側(cè)與所述第二基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接，所述第三基準(zhǔn)層的第二側(cè)作為所述多層基準(zhǔn)層的第二側(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，形成多層基準(zhǔn)層進(jìn)一步包括形成鈷鐵(CoFe)的所述第一基準(zhǔn)層；形成鎳鐵(NiFe)的所述第二基準(zhǔn)層；以及形成CoFe的所述第三基準(zhǔn)層。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，形成多層固定層進(jìn)一步包括形成第一固定層，所述第一固定層的第一側(cè)作為所述多層固定層的第一側(cè)；以及形成第二固定層，所述第二固定層的第一側(cè)與所述第一固定層的第二側(cè)鄰接，所述第二固定層的第二側(cè)作為所述多層固定層的第二側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，形成多層固定層進(jìn)一步包括形成鈷鐵(CoFe)的所述第一固定層；以及形成鎳鐵(NiFe)的所述第二固定層。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，形成非磁性金屬層包括形成包含釕(Ru)、銥 (Ir)、銅(Cu)、銠(Rh)、鋨(Os)、鉻鑰(CrMo)中的至少一種的層。
22.—種形成隧道式磁阻(TMR)自旋閥疊層的方法，包括形成晶種層；形成自由層，所述自由層的第一側(cè)與所述晶種層的第一側(cè)鄰接；形成絕緣層，所述絕緣層的第一側(cè)與所述自由層的第二側(cè)鄰接；形成多層基準(zhǔn)層，所述多層基準(zhǔn)層的第一側(cè)與所述絕緣層的第二側(cè)鄰接；形成非磁性金屬層，所述非磁性金屬層的第一側(cè)與所述多層基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接； 形成多層固定層，所述多層固定層的第一側(cè)與所述非磁性金屬層的第二側(cè)鄰接；形成反鐵磁體層，所述反鐵磁體層的第一側(cè)與所述多層固定層的第二側(cè)鄰接；以及形成蓋帽層，所述蓋帽層的第一側(cè)與所述反鐵磁體層的第二側(cè)鄰接。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，形成多層基準(zhǔn)層進(jìn)一步包括形成第一基準(zhǔn)層，所述第一基準(zhǔn)層的第一側(cè)作為所述多層基準(zhǔn)層的第一側(cè)；以及形成第二基準(zhǔn)層，所述第二基準(zhǔn)層的第一側(cè)與所述第一基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接，所述第二基準(zhǔn)層的第二側(cè)作為所述多層基準(zhǔn)層的第二側(cè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，形成多層基準(zhǔn)層進(jìn)一步包括形成鈷鐵硼(CoFeB)的所述第一基準(zhǔn)層；以及形成鈷鐵(CoFe)的所述第二基準(zhǔn)層。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，形成多層基準(zhǔn)層進(jìn)一步包括形成第一基準(zhǔn)層，所述第一基準(zhǔn)層的第一側(cè)作為所述多層基準(zhǔn)層的第一側(cè)；形成第二基準(zhǔn)層，所述第二基準(zhǔn)層的第一側(cè)與所述第一基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接；形成第三基準(zhǔn)層，所述第三基準(zhǔn)層的第一側(cè)與所述第二基準(zhǔn)層的第二側(cè)鄰接，所述第三基準(zhǔn)層的第二側(cè)作為所述多層基準(zhǔn)層的第二側(cè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，形成多層基準(zhǔn)層進(jìn)一步包括形成鈷鐵硼 (CoFeB)的所述第一基準(zhǔn)層；形成鎳鐵(NiFe)的所述第二基準(zhǔn)層；以及形成CoFe的所述第三基準(zhǔn)層。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，形成多層固定層進(jìn)一步包括形成第一固定層，所述第一固定層的第一側(cè)作為所述多層固定層的第一側(cè)；以及形成第二固定層，所述第二固定層的第一側(cè)與所述第一固定層的第二側(cè)鄰接，所述第二固定層的第二側(cè)作為所述多層固定層的第二側(cè)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，形成多層固定層進(jìn)一步包括形成鈷鐵(CoFe)的所述第一固定層；以及形成鎳鐵(NiFe)的所述第二固定層。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，形成非磁性金屬層包括形成包含釕(Ru)、銥 (Ir)、銅(Cu)、銠(Rh)、鋨(Os)、鉻鑰(CrMo)中的至少一種的層。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，形成絕緣層包括形成氧化鎂(MgO)層。
31.一種磁阻(MR)自旋閥疊層，包括自由層；鄰接所述自由層的非磁性層；基準(zhǔn)系統(tǒng)，鄰接所述非磁性層，包括基準(zhǔn)層、非磁性金屬層和固定層，所述基準(zhǔn)層或所述固定層中的至少一個為多層；以及鄰接所述基準(zhǔn)系統(tǒng)的反鐵磁體層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的MR自旋閥疊層，其中，所述基準(zhǔn)系統(tǒng)的與所述非磁性層交界的層和所述固定層的與所述非磁性層交界的層包含相同的材料。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的MR自旋閥疊層，其中，所述固定層包括包含第一材料的第一層和包含第二材料的第二層，所述第二層與所述反鐵磁體層交界，其中所述第一材料具有關(guān)于所述反鐵磁體層的第一磁耦合特性，所述第二材料具有關(guān)于所述反鐵磁體層的第二磁耦合特性，所述第一磁耦合特性比所述第二磁耦合特性弱。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的MR自旋閥疊層，其中，所述固定層為包括鈷鐵(CoFe)層和鎳鐵(NiFe )層的多層，所述NiFe層與所述反鐵磁體層鄰接。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的MR自旋閥疊層，其中，所述基準(zhǔn)層為包括至少一個鈷鐵 (CoFe)層的多層。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的MR自旋閥疊層，其中，所述非磁性層包含從由銅(Cu)和氧化鎂(MgO )組成的組中選擇的一種。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的MR自旋閥疊層，其中，所述非磁性金屬層包括包含釕 (Ru)、銥(Ir)、銅(Cu)、銠(Rh)、鋨(Os)、鉻鑰(CrMo)中的至少一種的層。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施方式涉及磁阻自旋閥層系統(tǒng)。具體地，實(shí)施方式涉及具有增強(qiáng)穩(wěn)定性的諸如巨磁阻(GMR)或隧道式磁阻(TMR)的MR自旋閥層系統(tǒng)以及相關(guān)傳感器。本發(fā)明實(shí)施方式至少包括多層固定層或多層基準(zhǔn)層之一，使得疊層更穩(wěn)定，從而適用于比傳統(tǒng)系統(tǒng)和傳感器更高的溫度和磁場。
文檔編號G01R33/09GK102998634SQ20121033794
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月12日
發(fā)明者托馬斯·貝維爾, 克萊門斯·普魯格爾, 沃爾夫?qū)だ? 安德烈亞斯·斯特拉瑟, 于爾根·齊默爾 申請人:英飛凌科技股份有限公司