專(zhuān)利名稱(chēng)：異常磁致電阻器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及異常磁致電阻(EMR)傳感器，更特別地，涉及通過(guò)新 穎的接觸結(jié)構(gòu)克服光刻對(duì)準(zhǔn)(l他ographic alignment)卩艮制的EMR傳感器設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)長(zhǎng)期存儲(chǔ)的核心是稱(chēng)為磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的組件。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器包括旋轉(zhuǎn) 磁盤(pán)、被與旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)的表面相鄰的懸臂懸吊的寫(xiě)和讀頭、以及轉(zhuǎn)動(dòng)懸臂從而 將讀和寫(xiě)頭置于旋轉(zhuǎn)盤(pán)上選定環(huán)形道(track)之上的致動(dòng)器。讀和寫(xiě)頭直接 位于具有氣墊面(ABS)的滑塊上。懸臂將滑塊偏置為在盤(pán)不旋轉(zhuǎn)時(shí)與盤(pán)表 面接觸，但是當(dāng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣被旋轉(zhuǎn)的盤(pán)旋動(dòng)。當(dāng)滑塊騎在氣墊上時(shí)，讀 寫(xiě)頭用于寫(xiě)；茲印(magnetic impression)到旋轉(zhuǎn)盤(pán)及從旋轉(zhuǎn)盤(pán)讀出磁印。讀 寫(xiě)頭連接到根據(jù)計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行的處理電路從而實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)功能。
寫(xiě)頭包括嵌入在第一、第二和第三絕緣層(絕緣堆疊)中的線(xiàn)圏層，絕 緣堆疊夾在第一和第二極片層之間。在寫(xiě)頭的氣墊面(ABS)處間隙通過(guò)間 隙層形成在第一和第二極片層之間，極片層在背間隙處連接。傳導(dǎo)到線(xiàn)圈層 的電流在極片中感應(yīng)磁通，其使得磁場(chǎng)在ABS處在寫(xiě)間隙彌散出來(lái)以用于 在移動(dòng)介質(zhì)上的道中寫(xiě)上述^f茲印，例如在上述旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的環(huán)形道中。
在近來(lái)的讀頭設(shè)計(jì)中，自旋閥傳感器，也稱(chēng)為巨磁致電阻(GMR)傳感 器，已被用來(lái)檢測(cè)來(lái)自旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)的磁場(chǎng)。該傳感器包括下文稱(chēng)為間隔層的非 磁導(dǎo)電層，其夾在下文稱(chēng)為被釘扎層和自由層的第一和第二鐵磁層之間。第 一和第二引線(xiàn)(lead)連接到自旋閥傳感器以傳導(dǎo)通過(guò)其的檢測(cè)電流。被釘 扎層的磁化取向?yàn)榛敬怪庇跉鈮|面(ABS),自由層的磁矩取向?yàn)榛酒?行于ABS，但是可以響應(yīng)于外》茲場(chǎng)自由旋轉(zhuǎn)。被釘扎層的^茲化通常通過(guò)與反 鐵磁層交換耦合來(lái)被釘扎。
間隔層的厚度被選擇為小于通過(guò)傳感器的傳導(dǎo)電子的平均自由程。采用
射。當(dāng)被釘扎層和自由層的磁化彼此平行時(shí)，散射最小，當(dāng)被釘扎層和自由層的磁化反平行時(shí)，散射最大。散射的變化與C0S9成比例地改變自旋閥傳 感器的電阻，其中9是被釘扎層和自由層的磁化之間的角。在讀模式中，自 旋閥傳感器的電阻與來(lái)自旋轉(zhuǎn)盤(pán)的磁場(chǎng)的大小成比例地變化。當(dāng)檢測(cè)電流傳 導(dǎo)通過(guò)自旋閥傳感器時(shí)，電阻變化導(dǎo)致電勢(shì)變化，其被檢測(cè)到且作為重放信 號(hào)被處理。
然而，對(duì)日益增大的數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)容量的需求使得研究者探尋能以減 小的道寬實(shí)現(xiàn)提高的靈敏度和高信噪比的新型磁致電阻傳感器。已經(jīng)提出的
一類(lèi)磁致電阻傳感器是異常磁致電阻傳感器(EMR)。 EMR傳感器的優(yōu)點(diǎn)在 于EMR傳感器的有效區(qū)(active region )由非磁半導(dǎo)體材料構(gòu)造，且不會(huì)遇 到巨磁致電阻傳感器(GMR)和隧道閥中存在的磁噪聲問(wèn)題，所述后兩種傳 感器在其有效區(qū)中使用磁膜。
EMR傳感器包括接觸有效區(qū)一側(cè)的一對(duì)電壓引線(xiàn)和一對(duì)電流引線(xiàn)，以 及接觸有效區(qū)另一側(cè)的導(dǎo)電分路(shunt )。在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，通過(guò)電流引 線(xiàn)傳導(dǎo)的檢測(cè)電流進(jìn)入半導(dǎo)體有效區(qū)中且通過(guò)所述分路分流。當(dāng)存在外加磁 場(chǎng)時(shí)，電流偏離該分路且主要經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體有效區(qū)?？邕^(guò)電壓引線(xiàn)檢測(cè)由于外 加磁場(chǎng)引起的電阻改變。EMR傳感器描述于T. Zhou等人的"Extraordinary magnetoresistance in externally shunted van der Pauw plates" ， Appl. Phys. Lett., Vol. 78， No. 5, 29 Jan. 2001, pp. 667-669中。
然而，即使利用這樣的EMR器件的優(yōu)點(diǎn)，仍存在對(duì)能從器件讀取的數(shù) 據(jù)的增大的數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)密度的急切需求。隨著這些EMR器件變得更小， 制造必需的極小引線(xiàn)和極小引線(xiàn)間隔的能力受到當(dāng)前光刻技術(shù)的分辨率極 限以及需要對(duì)準(zhǔn)多個(gè)光刻構(gòu)圖步驟的限制。
因此，強(qiáng)烈感到需要一種EMR傳感器設(shè)計(jì)及制造方法，其能允許這樣 的傳感器以非常小的尺寸構(gòu)造，而不管當(dāng)前可得的光刻工藝的分辨率限制。 這樣的結(jié)構(gòu)和/或方法優(yōu)選允許該器件的引線(xiàn)以非常小的引線(xiàn)間隔構(gòu)造，從而 允許非常短的磁位被讀取。此外，隨著磁記錄的數(shù)據(jù)密度增大，磁位所必需 的更小的尺寸要求讀回傳感器的磁有效部件更接近盤(pán)，從而分辯各磁位。因 此，強(qiáng)烈需要EMR傳感器的磁有效層接近氣墊面(ABS)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種異常磁致電阻(EMR)傳感器，其具有新穎的自對(duì)準(zhǔn)引和電流引線(xiàn)，這允許引線(xiàn)以大大減小的引線(xiàn)間隔形成。
該EMR傳感器能包4舌臺(tái)(mesa )結(jié)構(gòu)，多個(gè)凹口 (notch)形成在該臺(tái) 結(jié)構(gòu)一側(cè)。電壓和電流引線(xiàn)能形成為延伸到所述凹口中，接觸EMR傳感器 的磁有效部分。
該EMR傳感器還能構(gòu)造得沒(méi)有凹口。在該情況下，引線(xiàn)仍能彼此自對(duì) 準(zhǔn)且與所述分路結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)，且能以公共光刻工藝形成。
還能形成該EMR傳感器而不形成臺(tái)結(jié)構(gòu)。形成該EMR傳感器的磁有 效部分且薄導(dǎo)電層形成在該EMR傳感器之上。多條引線(xiàn)和分路結(jié)構(gòu)可形成 得延伸穿過(guò)絕緣層以接觸該EMR傳感器的磁有效部分。
結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的這些和其他特 征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯然，附圖中相似的附圖標(biāo)記始終表示相似的元件。


為了全面理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，以及優(yōu)選使用模式，請(qǐng)結(jié)合附圖參 照下面的詳細(xì)說(shuō)明，附圖不是按比例的。
圖1是其中能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)EMR器件的示意性俯視圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的EMR器件的示意性立體圖4是從圖3的線(xiàn)4-4取得的俯視剖面圖5-11是在制造的各中間階段EMR器件的視圖，示出根據(jù)本發(fā)明一供 選實(shí)施例制造EMR傳感器的方法；
圖12-14是在制造的各中間階段EMR器件的視圖，示出根據(jù)本發(fā)明一 供選實(shí)施例制造EMR傳感器的方法；
圖15是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的EMR傳感器的示意性立體圖；以及
圖16是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的EMR傳感器的示意性立體圖。
具體實(shí)施例方式
下面的說(shuō)明是關(guān)于當(dāng)前構(gòu)思的實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施例。進(jìn)行該說(shuō)明是 為了示出本發(fā)明的基本原理，而無(wú)意限制這里要求保護(hù)的發(fā)明概念。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1,示出能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100。如圖1所示，至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的》茲盤(pán)112被支承在主軸(spindle) 114上且被盤(pán)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)118 所旋轉(zhuǎn)。每個(gè)盤(pán)上的磁記錄是磁盤(pán)112上同心數(shù)據(jù)道(未示出)的環(huán)形圖案 形式。
至少一個(gè)滑塊113位于磁盤(pán)112附近，每個(gè)滑塊113支4義一個(gè)或更多磁 頭組件121。當(dāng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊113在盤(pán)表面122上徑向進(jìn)出移動(dòng)，使得 磁頭組件121可存取磁盤(pán)的寫(xiě)有所需數(shù)據(jù)的不同磁道。每個(gè)滑塊113借助于 懸臂115附著到致動(dòng)器臂119。懸臂115提供輕微的彈力，其將滑塊113偏 向盤(pán)表面122。每個(gè)致動(dòng)器臂119附著到致動(dòng)器裝置127。致動(dòng)器裝置127 如圖1所示可以是音圈馬達(dá)(VCM)。 VCM包括在固定磁場(chǎng)內(nèi)可動(dòng)的線(xiàn)圈， 線(xiàn)圏移動(dòng)的方向和速度通過(guò)控制器129提供的馬達(dá)電流信號(hào)來(lái)控制。
在盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行期間，磁盤(pán)112的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生滑塊113與盤(pán)表面122 之間的氣墊，其對(duì)滑塊113施加向上的力或舉力。因此在正常運(yùn)行期間氣墊 平衡懸臂115的輕微彈力且支承滑塊113離開(kāi)盤(pán)表面并稍微在盤(pán)表面之上相 距一小的基本恒定的間隔。
盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)的各種組元在運(yùn)行時(shí)由控制單元129產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)控 制，例如存取控制信號(hào)和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。通常，控制單元129包括邏輯控制 電路、存儲(chǔ)裝置和微處理器?？刂茊卧?29產(chǎn)生控制信號(hào)從而控制各種系統(tǒng) 操作，例如線(xiàn)123上的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)控制信號(hào)和線(xiàn)128上的頭定位和尋道控制信 號(hào)。線(xiàn)128上的控制信號(hào)提供所需電流曲線(xiàn)來(lái)優(yōu)化地移動(dòng)和定位滑塊113至 盤(pán)112上的所需數(shù)據(jù)道。寫(xiě)和讀信號(hào)借助于記錄通道125傳送到寫(xiě)和讀頭121 且從其傳出。頭121的讀部分可以是異常磁致電阻(EMR)傳感器，例如下 面的描述的那樣。
參照?qǐng)D2,現(xiàn)有技術(shù)的EMR傳感器的示例包括臺(tái)(mesa)結(jié)構(gòu)202和 分路(shunt)結(jié)構(gòu)204。臺(tái)結(jié)構(gòu)配置有接片(tab) 206,其從臺(tái)結(jié)構(gòu)202的 與分路204相反的側(cè)面延伸。這些接片206提供導(dǎo)電引線(xiàn)208能連接到的接 觸點(diǎn)。EMR傳感器的功能將在下面關(guān)于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述更詳細(xì)地說(shuō)明。
繼續(xù)參照?qǐng)D2，接片206通過(guò)定義臺(tái)結(jié)構(gòu)202期間的光刻工藝構(gòu)造，且 與臺(tái)結(jié)構(gòu)成一整體。引線(xiàn)208通過(guò)單獨(dú)的光刻工藝定義，其必須與前面的光 刻工藝產(chǎn)生的接片206對(duì)準(zhǔn)。分路結(jié)構(gòu)204能在又一光刻處理步驟中定義。 如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的那樣，這些各光刻工藝步驟的對(duì)準(zhǔn)是非常困難的，且以非常小的尺寸對(duì)準(zhǔn)變得不可能，由此限制了 EMR傳感器的尺寸和
分辨率為了提高數(shù)據(jù)密度而能減小的量。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，根據(jù)本發(fā)明一可行實(shí)施例示出用于磁頭121 (圖2)中的 異常磁致電阻傳感器(Extraordinary MagnetoResistive sensor, EMR ) 300。 EMR傳感器300包括形成在襯底304例如晶片上的臺(tái)結(jié)構(gòu)301。臺(tái)結(jié)構(gòu)301 包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)302,其包括夾在第一和第二高電阻半導(dǎo)體層306、 310之間的 2維電子氣(2-DEG) 308。臺(tái)結(jié)構(gòu)301還能包括在結(jié)構(gòu)302下面的緩沖層 312。蓋帽層314還可設(shè)置在臺(tái)結(jié)構(gòu)上以保護(hù)下面的臺(tái)結(jié)構(gòu)301的層306-310。 EMR傳感器301還包括導(dǎo)電分路結(jié)構(gòu)316，其頂端被示出，但是其向下延伸 到臺(tái)結(jié)構(gòu)301中，如下面將更詳細(xì)描述的那樣。
EMR傳感器300可包括結(jié)構(gòu)302，其是形成在半導(dǎo)體襯底304例如GaAs 上的ni-v異質(zhì)結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明描述的EMR傳感器不限于III-V半導(dǎo)體 材料。例如，其還可基于硅或鍺形成。異質(zhì)結(jié)構(gòu)302可包括具有第一帶隙的 半導(dǎo)體材料的第一層306、形成在第一層306上且具有比第一層306的帶隙 小的第二帶隙的半導(dǎo)體材料的第二層308、以及形成在第二層308上且具有 比第二帶隙大的第三帶隙的半導(dǎo)體材料的第三半導(dǎo)體層310。第一和第三層 306、 310中的材料可類(lèi)似或相同。由于不同材料的不同帶隙，通過(guò)第一、第 二和第三半導(dǎo)體材料層306、 308、 310產(chǎn)生能勢(shì)阱(量子阱)。因此，載流 子能限制在層308內(nèi)，其被視為傳感器300中的EMR有效膜。因?yàn)閷?08 非常薄，且因?yàn)殡娮觽鞑シ浅？烨覀鞑シ浅ｉL(zhǎng)的距離而沒(méi)有散射，所以該層 308形成所稱(chēng)的二維電子氣(2DEG)。
第一層306通常形成在可以是一層或多層的緩沖層312上。緩沖層312 包括若干周期的超晶格結(jié)構(gòu)，其用來(lái)防止存在于襯底中的雜質(zhì)遷移到功能層 306、 308、 310中。另外，緩沖層312被選擇來(lái)調(diào)和襯底304和異質(zhì)結(jié)構(gòu)302 的功能層的一般不同的晶格常數(shù)，因此用作襯底和功能層之間的應(yīng)力釋放 層。
一個(gè)或更多摻雜層可引入到第一層306、第三層310、或者兩層306和 310中的半導(dǎo)體材料中，且與第一和第三半導(dǎo)體材料的邊界間隔開(kāi)。摻雜劑 有時(shí)還引入到層312或314中在靠近層306或310的位置處。摻雜的層向量 子阱提供電子(如果n摻雜的話(huà))或空穴(如果p摻雜的話(huà))。電子或空穴 分別以二維電子氣或空穴氣的形式聚集在量子阱中。層306、308、310可以是Alao9Ino.91 Sb/InSb/Al。.09In。91 Sb或AlSb/InAs/AlSb 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其生長(zhǎng)在半絕緣GaAs襯底304上，緩沖層312位于其間。InSb 和InAs是窄帶隙半導(dǎo)體。窄帶隙半導(dǎo)體通常具有高的電子遷移率，因?yàn)橛?效電子質(zhì)量大大減小。代表性的窄帶隙材料是InSb和InAs。例如，InSb和 InAs的室溫電子遷移率分別是70000cmVVs和35000cm2/Vs。
形成在緩沖層312上的底部Al,In,Sb或GaAlSb層306具有約1-3 微米范圍內(nèi)的厚度，頂部Al,In固Sb或AlSb層310具有約2-1000nm范圍 內(nèi)的厚度。引入到層306、 310中的摻雜層具有從一個(gè)單層(德耳塔摻雜層 (delta-doped layer))到lOnm的厚度。摻雜層與第 一和第二或第二和第三半 導(dǎo)體材料的InSb/Alo.o9lno.wSb邊界間隔開(kāi)10-300埃的距離。n摻雜是優(yōu)選的， 因?yàn)殡娮油ǔ＞哂斜瓤昭ǜ叩倪w移率。代表性的n摻雜劑是約1 x I019/cm3 濃度的硅。用于異質(zhì)結(jié)構(gòu)302的沉積工藝優(yōu)選是分子束外延，但是可以使用 其他外延生長(zhǎng)方法。
蓋帽層314形成在異質(zhì)結(jié)構(gòu)302之上以保護(hù)器件免于侵蝕。蓋帽層314 由絕緣材料例如鋁或硅的氧化物或氮化物(例如SbN4、 A1203 )或者非侵蝕 性半絕緣半導(dǎo)體形成。層312、 306、 308、 310、 314—起形成能稱(chēng)為臺(tái)結(jié)構(gòu) 301的結(jié)構(gòu)。
可以看出，在圖3中，臺(tái)結(jié)構(gòu)301可配置有形成在臺(tái)結(jié)構(gòu)側(cè)面的切除凹 口 326。凹口為圖3未示出但將在后面的圖中示出且描述的電引線(xiàn)提供接觸 區(qū)。引線(xiàn)以及可選的填充層已從圖3去除，以更清楚地示出臺(tái)結(jié)構(gòu)301和相 關(guān)的凹口 326?？梢钥闯觯伎?326 >^人臺(tái)結(jié)構(gòu)301頂部延伸到量子阱層308 (亦稱(chēng)為磁有效區(qū)或2-DEG 308 )下面的點(diǎn)。將在下面看出，凹口 326是可 選的(例如他們可配置有距該側(cè)面的能變小到零的深度)。然而，凹口的存 在增加了引線(xiàn)(圖3未示出)能接觸于其上的表面積。
圖4示出從圖3的線(xiàn)4-4取得的剖面圖。因此圖4示出臺(tái)結(jié)構(gòu)301的量 子阱部分308以及穿過(guò)其的分路316的俯視圖。 一組導(dǎo)電引線(xiàn)402 、 404 、 406、 408延伸到形成在臺(tái)結(jié)構(gòu)中的凹口中。引線(xiàn)402、 404、 406、 408能由導(dǎo)電材 料例如Au或AuGe構(gòu)造，且因?yàn)橄旅鎸⒆兊蔑@然的原因，能優(yōu)選地由與分 路結(jié)構(gòu)316相同的材料構(gòu)造。
繼續(xù)參照?qǐng)D4，引線(xiàn)中的兩條例如404和408是電流引線(xiàn)，用于向傳感 器300提供檢測(cè)電流，更具體地，向2-DEG層308提供檢測(cè)電流。因此，引線(xiàn)層408可以是第一電流引線(xiàn)II ，引線(xiàn)層404可以是第二電流引線(xiàn)層12。 引線(xiàn)層406和402能提供用于測(cè)量與磁場(chǎng)的存在相關(guān)的電阻變化的電壓引 線(xiàn)，如下面將描述的那樣。因此，引線(xiàn)層406能提供第一電壓引線(xiàn)VI，引 線(xiàn)層402能提供第二電壓引線(xiàn)V2。
如上所述，電流引線(xiàn)408、 404提供通過(guò)傳感器300的檢測(cè)電流。在沒(méi) 有磁場(chǎng)時(shí)，該電流的大多數(shù)(虛線(xiàn)410所示)從第 一 電流《I線(xiàn)408流到分路 結(jié)構(gòu)。然后該電流在重經(jīng)2DEG層308回到第二電流51線(xiàn)404之前流過(guò)具有 較低電阻的分路結(jié)構(gòu)316。然而，在存在基本垂直于2-DEG層的平面取向的 磁場(chǎng)H時(shí)，相對(duì)更大部分的電流偏離分路316以行經(jīng)2-DEG層308,如虛 線(xiàn)412所示。這增大了電阻，其能通過(guò)測(cè)量跨電壓引線(xiàn)406、 402的電壓而 被檢測(cè)。
在圖4中可以看出，引線(xiàn)402-408能延伸到凹口 326中。因此，引線(xiàn)和 凹口 326之間的接觸的周長(zhǎng)基本是凹口深度的兩倍加上引線(xiàn)寬度。這增大了 電接觸區(qū)域，有利地減小了引線(xiàn)402-408與2-DEG 308之間的電阻。也許更 重要地，引線(xiàn)402-408可以通過(guò)單個(gè)光刻步驟與凹口 326自對(duì)準(zhǔn)且還與分路 自對(duì)準(zhǔn)，如下面將更充分地說(shuō)明的那樣。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5-ll，描述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的EMR傳感器的制造方法。 特別參照?qǐng)D5，提供襯底502。該襯底502可以是半導(dǎo)體晶片，例如GaAs。 多個(gè)EMR臺(tái)結(jié)構(gòu)層501生長(zhǎng)在該晶片上。EMR臺(tái)結(jié)構(gòu)層501可包括緩沖層 504,層504可以是一個(gè)以上的層且可包括若干周期的超晶格結(jié)構(gòu)。第一摻 雜半導(dǎo)體層506、第二半導(dǎo)體層(2-DEG) 508、第三半導(dǎo)體層510和蓋帽層 512生長(zhǎng)在緩沖層504上。第一和第三半導(dǎo)體層506、 510可每個(gè)由諸如 Al,In091Sb的材料構(gòu)成。2畫(huà)DEG層(第二半導(dǎo)體層)508可以是InSb。然 而，這些僅是示例。其他材料可用于層506、 508、 510, 2-DEG材料層具有 比層506、 510之一或兩者更小的帶隙。蓋帽層512可以由絕緣材料例如Si 或Al的氧化物或氮化物構(gòu)成。
參照?qǐng)D6,掩模602例如光致抗蝕劑掩模形成在層504-512之上，諸如 離子研磨或蝕刻工藝的材料去除被用來(lái)去除層504-512的未被掩模層602保 護(hù)的部分。這得到具有側(cè)壁601的臺(tái)結(jié)構(gòu)600。非磁電絕緣填充層604能被 沉積，然而這是可選步驟，因?yàn)镋MR傳感器能構(gòu)造得沒(méi)有填充層604。然 后，掩模602能被浮脫(liftoff)，留下圖7所示的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8和9，第二掩模802形成在臺(tái)層504-512以及填充層604 (如果設(shè)置的話(huà))之上。如圖9所示，掩模結(jié)構(gòu)包括用于定義多條引線(xiàn)的開(kāi) 口 902。掩模802還包括用于定義分路結(jié)構(gòu)的開(kāi)口 904。在圖9中，臺(tái)結(jié)構(gòu) 600以虛線(xiàn)示出，以表明其隱藏在掩模802下面。開(kāi)口 902能延伸得越過(guò)臺(tái) 結(jié)構(gòu)600的邊緣或側(cè)面601。延伸超越邊緣601的該部分將形成先前參照?qǐng)D 3描述的凹口 326。供選地，參照?qǐng)D10，開(kāi)口 902可恰好到達(dá)臺(tái)結(jié)構(gòu)600的 邊緣601。在該情況下，臺(tái)結(jié)構(gòu)600將不會(huì)配置有凹口 326 (圖3)。代替地， 引線(xiàn)406 (圖4 )將接觸臺(tái)結(jié)構(gòu)600的側(cè)邊緣601,而不延伸到凹口結(jié)構(gòu)326 (圖3)中。
掩模結(jié)構(gòu)802能通過(guò)光刻工藝形成，該光刻工藝能包括沉積材料例如光 致抗蝕劑，然后利用光步進(jìn)設(shè)備(photo stepper tool)光刻構(gòu)圖該光致抗蝕劑。 抗蝕劑然后能被顯影以形成掩模結(jié)構(gòu)例如所示的掩模結(jié)構(gòu)802。然后參照?qǐng)D 9,可以看出，通過(guò)單個(gè)公共光刻掩?；襟E定義引線(xiàn)和分路(其將通過(guò)下 面描述的后面的工藝形成)。這有利地避免了需要對(duì)準(zhǔn)多個(gè)光刻步驟，大大
非常高分辨率的引線(xiàn)的能力。另外，用單個(gè)掩模在單個(gè)光步驟中形成這些結(jié) 構(gòu)通過(guò)減少必須進(jìn)行的制造步驟的數(shù)目而減少了制造時(shí)間和成本。
仍參照?qǐng)D9和10，掩模802仍在位，材料去除工藝?yán)缥g刻工藝可被進(jìn) 行以去除填充材料604和臺(tái)結(jié)構(gòu)600的未被掩模保護(hù)的部分。該材料去除工 藝在填充層604 (如果設(shè)置填充層的話(huà))中且在臺(tái)結(jié)構(gòu)600中形成溝槽。導(dǎo) 電材料1102例如Au然后能沉積到這些溝槽中。這得到圖11所示的結(jié)構(gòu)， 圖11是從圖9的線(xiàn)11-11取得的側(cè)剖面圖。導(dǎo)電材料的沉積導(dǎo)致先前參照?qǐng)D 3描述的引線(xiàn)402-408和分路結(jié)構(gòu)316的形成，盡管僅引線(xiàn)406示于圖11的 剖面圖中。在圖ll中可以看出，蝕刻能形成具有延伸到2-DEG之下的水平 且優(yōu)選超過(guò)第一半導(dǎo)體層的底部的溝槽。圖11所示的結(jié)構(gòu)是通過(guò)圖9所示 的掩模結(jié)構(gòu)802形成的凹口結(jié)構(gòu)。然而，如果圖IO所示的掩模1002被使用， 則將沒(méi)有凹口 ，且引線(xiàn)406將僅接觸臺(tái)結(jié)構(gòu)600的側(cè)面。
應(yīng)指出，掩模602 (圖6 )和掩模802 (圖8和9 )可組合成單個(gè)掩模結(jié) 構(gòu)。在該情況下，臺(tái)結(jié)構(gòu)600、引線(xiàn)902和分^各904可以全部通過(guò)單個(gè)光刻 工藝中形成的單個(gè)掩模來(lái)定義。另外，臺(tái)結(jié)構(gòu)600的形成可省略，如下面將 描述的那樣?，F(xiàn)在參照?qǐng)D12-14,描述根據(jù)本發(fā)明 一供選實(shí)施例制造EMR傳感器的方 法。前面描述的層504-52生長(zhǎng)于晶片502上。然后，另外，絕緣層1202 全膜生長(zhǎng)或沉積于層504-512之上。掩模結(jié)構(gòu)1204然后形成在絕緣層之上。 掩模1204可以是抗蝕劑掩模，通過(guò)例如前面描述的那些方法被光刻構(gòu)圖。 參照?qǐng)D12和13可以看出，掩模1204形成于絕緣層1202和EMR層504-512 之上，而沒(méi)有首先形成臺(tái)結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D13，多個(gè)引線(xiàn)開(kāi)口 1302形成在掩模結(jié)構(gòu)1204中。另外，掩模結(jié) 構(gòu)包括分路開(kāi)口 1304。掩模1204保持在位，可進(jìn)行材料去除工藝以去除絕 緣層1202的未被掩模層保護(hù)的部分以及下面的層504-512。導(dǎo)電材料1402 例如Au可然后被沉積，得到具有引線(xiàn)402-408 (圖4 )以及分路結(jié)構(gòu)316的 結(jié)構(gòu)，但是沒(méi)有實(shí)際的具有側(cè)壁的臺(tái)結(jié)構(gòu)。盡管僅一條引線(xiàn)406示于圖14 中，但是應(yīng)理解，這僅是因?yàn)閳D14是側(cè)剖面圖，其僅能示出引線(xiàn)中的一條。 因此，應(yīng)理解，其他引線(xiàn)402、 404、 408也被包括。
引線(xiàn)相對(duì)于彼此以及相對(duì)于分路結(jié)構(gòu)的位置對(duì)于EMR傳感器的性能而 言是重要的。因此，由于引線(xiàn)402-404和分路316在公共光刻步驟中形成， 且因?yàn)镋MR結(jié)構(gòu)的其余部分覆蓋有絕緣層，所以不需形成前面描述的盒形 臺(tái)結(jié)構(gòu)。
在EMR器件例如參照?qǐng)D12-14描述的EMR器件中，氣墊面(如果該器 件用于數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中的話(huà))可位于器件下面，如圖12-14所示。在該情況 下，ABS可位于緩沖層504內(nèi)或者在下半導(dǎo)體層506處。這將通過(guò)回研磨工 藝(back lapping process )實(shí)現(xiàn)，該工藝中晶片從下面被研磨直到到達(dá)EMR 傳感器內(nèi)的期望位置。供選地，這可以通過(guò)蝕刻浮脫工藝實(shí)現(xiàn)。例如，全部 或部分緩沖層504可以由可選擇蝕刻的材料構(gòu)成。該材料可使用期望的蝕刻 劑被蝕刻掉，直到EMR傳感器從晶片502浮脫。該工藝可稱(chēng)為外延浮脫工 藝(epitaxial liftoff process)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1.5,描述本發(fā)明的另一可行實(shí)施例。在該實(shí)施例中，上面參 照?qǐng)D3描述的蓋帽層314被去除，上半導(dǎo)體層310制得盡可能小。上半導(dǎo)體 層可實(shí)際上小于2nm厚。這促進(jìn)磁有效層308 (例如2-DEG層)更接近于 臺(tái)結(jié)構(gòu)301的頂部。實(shí)際上，》茲有效層308可以距ABS l-50nm,或者甚至 更優(yōu)選地距ABS l-30nm或l-10nm。如果EMR傳感器1500用作磁數(shù)據(jù)記 錄器件例如盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的磁致電阻傳感器，這允許磁有效層308更接近磁介質(zhì)(圖15未示出)。在當(dāng)前的以及未來(lái)的數(shù)據(jù)記錄器件中，磁間隔是非常重
要的參數(shù)，甚至磁間隔的數(shù)納米(nm)的減小能產(chǎn)生巨大的性能差異。因此， 通過(guò)促使磁有效層308接近臺(tái)結(jié)構(gòu)301的表面，磁數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的磁間隔和 相關(guān)磁性能可大大改善。
現(xiàn)在參照?qǐng)D16，本發(fā)明另一實(shí)施例甚至還可減小磁數(shù)據(jù)記錄器件中的磁 間隔。如圖16所示，上面參照?qǐng)D15描述的上半導(dǎo)體層310已被完全去除。 這將磁有效層308置于頂表面(ABS)，最小化了磁數(shù)據(jù)記錄器件中的磁間 隔。
參照?qǐng)D15和16描述的實(shí)施例可與上面描述的引線(xiàn)結(jié)構(gòu)一起使用或者沒(méi) 有所述引線(xiàn)結(jié)構(gòu)。因此，關(guān)于參照?qǐng)D15和16描述的實(shí)施例，凹口 326是可 選的。此外，磁有效層308設(shè)置在ABS處或附近還可在諸如參照?qǐng)D11-13 描述的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，其中構(gòu)成EMR傳感器的層不被蝕刻或掩模以定義臺(tái)結(jié)構(gòu)。
雖然上面已經(jīng)描述了各實(shí)施例，但是將理解，他們僅以示例的方式給出， 而不是限制。落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的其他實(shí)施例也會(huì)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得 顯然。例如，盡管本發(fā)明已被描述為提供用于磁數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)例如盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 中的EMR傳感器，但是本發(fā)明還可用于在另一器件例如掃描磁強(qiáng)計(jì) (magnetometer)中或者在能讀取磁信號(hào)的任何其他應(yīng)用中使用的EMR傳 感器的構(gòu)造中。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)受限于任何上述示例性實(shí)施 例，而僅應(yīng)根據(jù)所附權(quán)利要求及其等價(jià)物來(lái)定義。
權(quán)利要求
1. 一種異常磁致電阻傳感器，包括臺(tái)結(jié)構(gòu)，包括形成磁有效量子阱的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該臺(tái)結(jié)構(gòu)具有側(cè)面；多個(gè)凹口，形成在該臺(tái)結(jié)構(gòu)的該側(cè)面中；多條導(dǎo)電引線(xiàn)，該導(dǎo)電引線(xiàn)的每條延伸到所述多個(gè)凹口之一中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異常磁致電阻傳感器，其中該異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括2 維電子氣的形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異常磁致電阻傳感器，其中該異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括第 一、第二和第三半導(dǎo)體層，每個(gè)具有帶隙，該第二半導(dǎo)體層夾在該第一和第 三半導(dǎo)體層之間且具有比該第一和第三半導(dǎo)體層小的帶隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異常磁致電阻傳感器，其中該凹口、該引線(xiàn)、 以及導(dǎo)電分路結(jié)構(gòu)通過(guò)公共光刻工藝定義。
5. —種異常磁致電阻傳感器結(jié)構(gòu)，包括 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其形成磁有效量子阱；薄電絕緣層，形成在該半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)之上，該薄電絕緣層形成有多個(gè) 引線(xiàn)開(kāi)口和分路開(kāi)口；以及多條導(dǎo)電引線(xiàn)，每個(gè)延伸到所述引線(xiàn)開(kāi)口之一 中以接觸該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 構(gòu)；以及導(dǎo)電分路結(jié)構(gòu)，通過(guò)該分路開(kāi)口延伸以接觸該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的異常磁致電阻傳感器，其中該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu) 橫向延伸超過(guò)該引線(xiàn)和分路結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的異常磁致電阻傳感器，其中該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu) 未形成有定義臺(tái)結(jié)構(gòu)的側(cè)面，由此該異常磁致電阻傳感器的有效部分通過(guò)該 1線(xiàn)彼此之間以及該引線(xiàn)與該分路結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系來(lái)定義。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的異常磁致電阻傳感器，其中該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu) 形成2維電子氣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的異常磁致電阻傳感器，其中該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu) 包括第一、第二和第三半導(dǎo)體層，每個(gè)具有帶隙，該第二半導(dǎo)體層夾在該第 一和第三半導(dǎo)體層之間，該第二半導(dǎo)體層的帶隙小于該第一和第三半導(dǎo)體層 的帶隙。
10. —種制造異常磁致電阻傳感器的方法，包括 提供襯底；在該襯底上生長(zhǎng)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)； 在該異質(zhì)結(jié)構(gòu)上形成第一掩模結(jié)構(gòu)；進(jìn)行第 一材料去除工藝以去除該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的未被該第 一掩模結(jié) 構(gòu)保護(hù)的部分以形成臺(tái)結(jié)構(gòu)； 去除該第一掩模結(jié)構(gòu)；形成第二掩模結(jié)構(gòu)，該第二掩模結(jié)構(gòu)具有分路定義開(kāi)口和多個(gè)引線(xiàn)定義 開(kāi)口；口和該分路定義開(kāi)口暴露的部分；以及 沉積導(dǎo)電材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中該第一和第二材料去除工藝包括 蝕刻。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中該異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括第一、第二和第 三半導(dǎo)體層，每個(gè)具有帶隙，該第二半導(dǎo)體層夾在該第一和第三半導(dǎo)體層之 間且具有比該第 一和第三半導(dǎo)體層的帶隙小的帶隙。
13. —種制造異常磁致電阻傳感器的方法，包括 提供襯底；在該襯底上生長(zhǎng)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)；在該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)上形成掩模結(jié)構(gòu)，該掩模結(jié)構(gòu)具有分路定義開(kāi)口和 多個(gè)引線(xiàn)定義開(kāi)口；進(jìn)行材料去除工藝以去除該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的未被該掩模結(jié)構(gòu)保護(hù)的 部分；以及沉積導(dǎo)電材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括，在生長(zhǎng)該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)之 后且在形成該掩模結(jié)構(gòu)之前，沉積電絕緣材料薄層于該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)之 上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中該引線(xiàn)定義開(kāi)口交疊該臺(tái)結(jié)構(gòu)， 由此該第二材料去除工藝在該臺(tái)結(jié)構(gòu)中形成凹口 。
16. —種異常磁致電阻傳感器，其具有氣墊面，該異常磁致電阻傳感器包括襯底；以及半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成在該襯底上且包括磁有效層，其中該磁有效層設(shè) 置在氣墊面的l-50nm內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的異常磁致電阻傳感器，其中該磁有效層是2 維電子氣。
18. —種異常磁致電阻傳感器，包括 襯底；以及半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成在該襯底上且包括磁有效層，其中該磁有效層設(shè) 置在氣墊面處。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的異常磁致電阻傳感器，其中該磁有效層是2 維電子氣。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的異常磁致電阻傳感器，其中該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 構(gòu)包括第一、第二和第三半導(dǎo)體層，每個(gè)具有帶隙，且其中該第二半導(dǎo)體層夾在該第一和第三半導(dǎo)體層之間； 該第二半導(dǎo)體層的帶隙小于該第一和第三半導(dǎo)體層的帶隙；以及 該第三半導(dǎo)體層與所述氣墊面相鄰地定位且具有l(wèi)-10nm厚度。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的異常磁致電阻傳感器，其中該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 構(gòu)包括第一和第二半導(dǎo)體層，每個(gè)具有帶隙，該第二半導(dǎo)體層與所述氣墊面 相鄰地定位且具有比該第 一半導(dǎo)體層的帶隙小的帶隙。
22. —種異常磁致電阻傳感器，其具有氣墊面，該異常磁致電阻傳感器 包括半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括磁有效層，其中該磁有效層設(shè)置所述氣墊面的 l-10nm內(nèi)；以及多條導(dǎo)電引線(xiàn)，接觸該磁有效層。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的異常磁致電阻傳感器，其中該磁有效層是2 維電子氣。
24. —種異常磁致電阻傳感器，包括半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括磁有效層，其中該磁有效層設(shè)置在氣墊面處；以及多條導(dǎo)電引線(xiàn)，接觸該磁有效層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的異常磁致電阻傳感器，其中該磁有效層是2 維電子氣。
26. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括，在形成該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)之 前，沉積可選擇性蝕刻的緩沖層在該襯底上；以及在沉積該電絕緣材料之后，進(jìn)行蝕刻工藝以去除至少一部分該緩沖層從 而使該異常磁致電阻傳感器從該村底浮脫。
27. —種異常磁致電阻傳感器，其具有表面，該異常磁致電阻傳感器包括襯底；以及半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成在該襯底上且包括磁有效層，其中該磁有效層設(shè) 置在該表面的l-10腿內(nèi)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的異常磁致電阻傳感器，其中該傳感器被包括 到掃描^f茲強(qiáng)計(jì)中。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異常磁致電阻傳感器，還包括與該半導(dǎo)體異 質(zhì)結(jié)構(gòu)電連接的導(dǎo)電分路結(jié)構(gòu)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的異常磁致電阻傳感器，其中該磁有效層設(shè)置 在所述氣墊面的l-10nm內(nèi)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的異常磁致電阻傳感器，其中該磁有效層設(shè)置 在所述氣墊面的l-30nm內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種異常磁致電阻器件。一種具有減小的尺寸和提高的分辨率的異常磁致電阻傳感器包括接觸磁有效層的多條導(dǎo)電引線(xiàn)且還包括導(dǎo)電分路結(jié)構(gòu)。傳感器的該導(dǎo)電引線(xiàn)和分路結(jié)構(gòu)可以以公共光刻掩模化和蝕刻工藝形成從而它們彼此自對(duì)準(zhǔn)。這避免了需要對(duì)準(zhǔn)多個(gè)光刻處理步驟，由此允許大大提高的分辨率和減小的引線(xiàn)間隔。該異常磁致電阻傳感器能形成有磁有效層，該磁有效層能接近或處于氣墊面處以獲得與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的相鄰磁介質(zhì)的改善的磁間隔。
文檔編號(hào)H01L43/12GK101304071SQ20081009595
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者喬丹·A·凱坦, 小托馬斯·D·布恩, 尼爾·史密斯, 布魯斯·A·格尼, 歐內(nèi)斯托·E·馬林羅, 莉斯?fàn)枴じ？怂?申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司