各向異性磁電阻薄膜的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路的制造方法，特別是涉及一種各向異性磁電阻薄 膜的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料的功能化是材料未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)之一，磁性材料作為功能材料的一部分在新 材料領(lǐng)域中占有重要的一席之地。而且隨著科技的發(fā)展，器件要求小型化、微型化，使得磁 性薄膜材料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，其中最引人注目的是巨磁電阻效應(yīng)。1988年Baibich等 首次發(fā)現(xiàn)（Fe/Cr) n多層膜的磁電阻效應(yīng)可達(dá)60%，此效應(yīng)被稱為巨磁電阻效應(yīng)。國(guó)內(nèi)外的 物理學(xué)家和材料科學(xué)學(xué)家在GMR效應(yīng)的基礎(chǔ)理論研究及實(shí)用上做了大量的工作，相繼開發(fā) 出一系列全新概念的磁電子學(xué)元器件，為電子技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)新的革命。信息存儲(chǔ)密度在 很大程度上依賴于磁性薄膜的研究及應(yīng)用。巨磁電阻（GMR、TMR)材料在信息產(chǎn)業(yè)中得到了 廣泛的應(yīng)用，如：傳感器、磁記錄讀出磁頭、巨磁電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器等。
[0003] 在巨磁電阻多層膜中，如自旋閥、隧道結(jié)等結(jié)構(gòu)中，性能良好的坡莫合金（NiFe) 是最為常見的磁性層材料之一，所以研究NiFe薄膜的制備工藝將有助于磁電阻多層膜的 制備。另一方面，盡管巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引起了全世界的轟動(dòng)和興趣，但目前由GMR薄膜 做出的計(jì)算機(jī)讀出頭存在著環(huán)境穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性差的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，所以用傳統(tǒng)的各 向異性磁電阻（AMR)薄膜做出的計(jì)算機(jī)讀頭或傳感器在市場(chǎng)上仍占主流。由于AMR具有小 的飽和場(chǎng)（約為7.96 X 102A/m)以及高的磁場(chǎng)靈敏度，所以AMR效應(yīng)廣泛應(yīng)用于讀出磁頭和 各類傳感器中。現(xiàn)在國(guó)外有關(guān)各大公司還在不斷地挖掘AMR讀頭的潛力。目前，最先進(jìn)的 AMR讀頭必須具備高磁場(chǎng)靈敏度和低噪音等特點(diǎn)，以擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。為了達(dá)到這個(gè)目的， 用于AMR讀頭的坡莫合金必須磁性能好，并且做的很薄，矯頑力很小，但AMR值盡可能大。但 是隨著坡莫合金膜的厚度減小，其AMR值也會(huì)迅速下降，其原因有：厚度太薄的薄膜的結(jié)晶 度較差，增加了電子散射強(qiáng)度，緩沖層與保護(hù)層的分流作用則會(huì)得到增強(qiáng)，導(dǎo)致AMR值減小 等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種各向異性磁電阻薄膜的制造方法，能在不 增加薄膜厚度的情況下增加薄膜的AMR值，且能使薄膜的磁特性敏感并具有良好的熱穩(wěn)定 性。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的各向異性磁電阻薄膜的制造方法包括如下步 驟：
[0006] 步驟一、提供一氮化硅薄膜基片，采用刻蝕工藝對(duì)所述基片進(jìn)行預(yù)處理以增加所 述基片表面的粗糙度、干擾后續(xù)薄膜晶體趨向成膜。
[0007] 步驟二、采用PVD工藝方法在所述基片表面進(jìn)行Ni81Fe 19薄膜的成膜，Ni81Fe19薄 膜的成膜工藝由多步沉積工藝和刻蝕工藝組成，所述Ni 81Fe19薄膜的成膜工藝中的各步沉 積工藝都采用PVD工藝沉積、在每?jī)刹匠练e工藝之間都進(jìn)行一次在位的刻蝕工藝處理，所 述附8丨619薄膜的成膜工藝中的刻蝕工藝用于增加成膜表面的粗糙度、干擾后續(xù)薄膜晶體 趨向成膜。
[0008] 步驟三、在所述Ni81Fe19薄膜表面進(jìn)行氮化鉭（TaN)薄膜的成膜。
[0009] 步驟四、對(duì)所述Ni81Fe19薄膜和所述氮化鉭薄膜進(jìn)行退火處理從而形成各向異性 磁電阻薄膜。
[0010] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟一中所述預(yù)處理的刻蝕工藝采用等離子體刻蝕工藝。
[0011] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝中的刻蝕工藝采用等離 子體刻蝕工藝。
[0012] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的PVD工藝采用物理濺射工藝，濺 射功率為0. lkw?lkw，壓力為1 X 1(T8托?1 X 1(T5托，根據(jù)襯底偏壓的設(shè)置來(lái)區(qū)分所述 Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的沉積工藝和刻蝕工藝，沉積工藝中襯底偏壓為0,刻蝕工藝中襯 底偏壓為〇. lkw?lkw ;所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的每?jī)刹匠练e工藝之間襯底偏壓所加 時(shí)間為5秒?20秒；所述Ni 81Fe19薄膜的厚度100A?500 A。
[0013] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟三中采用物理濺射成膜工藝形成所述氮化鉭薄膜，所述氮 化鉭薄膜的厚度為200A?1000A，濺射溫度為20°C?50°C，壓力為IX 10_8托?IX 10_5托， 濺射功率為〇. 5kw?2kw。
[0014] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟五中的退火處理的溫度為400°C，處理時(shí)間為30秒?60秒。
[0015] 本發(fā)明通過(guò)在步驟一和二中利用后續(xù)成膜前在成膜表面形成粗糙結(jié)構(gòu)，能干擾后 續(xù)薄膜晶體趨向成膜后，也即使后續(xù)薄膜的生長(zhǎng)方向不再固定于一個(gè)方向，而會(huì)改變生長(zhǎng) 方向，從而能夠提高成膜質(zhì)量，能在不增加薄膜厚度的情況下增加薄膜的AMR值，且能使薄 膜的磁特性敏感并具有良好的熱穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：
[0017] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例方法流程圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例方法形成的薄膜的AMR值和淀積刻蝕循環(huán)次數(shù)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法流程圖；本發(fā)明實(shí)施例各向異性磁電阻薄膜的 制造方法包括如下步驟：
[0020] 步驟一、提供一氮化硅薄膜基片，采用刻蝕工藝對(duì)所述基片進(jìn)行預(yù)處理以增加所 述基片表面的粗糙度、干擾后續(xù)薄膜晶體趨向成膜。
[0021] 步驟二、采用PVD工藝方法在所述基片表面進(jìn)行Ni81Fe19薄膜的成膜，Ni 81Fe19薄 膜的成膜工藝由多步沉積工藝和刻蝕工藝組成，所述Ni81Fe 19薄膜的成膜工藝中的各步沉 積工藝都采用PVD工藝沉積、在每?jī)刹匠练e工藝之間都進(jìn)行一次在位的刻蝕工藝處理，所 述Ni 81Feij^膜的成膜工藝中的刻蝕工藝用于增加成膜表面的粗糙度、干擾后續(xù)薄膜晶體 趨向成膜。步驟一和二中利用后續(xù)成膜前在成膜表面形成粗糙結(jié)構(gòu)，能干擾后續(xù)薄膜晶體 趨向成膜后，也即使后續(xù)薄膜的生長(zhǎng)方向不再固定于一個(gè)方向，而會(huì)改變生長(zhǎng)方向，從而提 高成膜質(zhì)量，并增加薄膜的AMR值。
[0022] 所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的PVD工藝采用物理濺射工藝，濺射功率為0. lkw? lkw，壓力為1X1CT8托?1X1CT5托，根據(jù)襯底偏壓的設(shè)置來(lái)區(qū)分所述Ni 81Fe19薄膜的成膜工 藝的沉積工藝和刻蝕工藝，沉積工藝中襯底偏壓為〇,刻蝕工藝中襯底偏壓為〇. lkw?lkw ; 所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的每?jī)刹匠练e工藝之間襯底偏壓所加時(shí)間為5秒?20秒，利 用工藝腔體中的等離子體進(jìn)行刻蝕工藝。
[0023] 所述Ni81Fe19薄膜的厚度100A?500 A。
[0024] 步驟三、在所述Ni81Fe19薄膜表面進(jìn)行氮化鉭薄膜的成膜。采用物理濺射成膜工藝 形成所述氮化鉭薄膜，所述氮化鉭薄膜的厚度為200A?1000A,濺射溫度為20°C?50°C，壓 力為1X10_8托?1X10_5托，濺射功率為0? 5kw?2kw。
[0025] 步驟四、對(duì)所述Ni81Fe19薄膜和所述氮化鉭薄膜進(jìn)行退火處理從而形成各向異性 磁電阻薄膜。退火處理的溫度為400°C，處理時(shí)間為30秒?60秒。
[0026] 本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在Ni81Fe19薄膜的成膜工藝中采用多步沉積和刻蝕交替進(jìn)行的 方法，能夠提高成膜質(zhì)量，能在不增加薄膜厚度的情況下增加薄膜的AMR值，且能使薄膜的 磁特性敏感并具有良好的熱穩(wěn)定性。如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法形成的薄膜的AMR 值和淀積刻蝕循環(huán)次數(shù)的曲線圖，橫坐標(biāo)為淀積刻蝕循環(huán)次數(shù)，〇表示只進(jìn)行了一次淀積、 沒有進(jìn)行刻蝕，兩次淀積一次刻蝕為1，依次類推，縱坐標(biāo)為ARM值，單位為百分比；各測(cè)試 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的所述Ni 81Fe19薄膜的厚度230A，所述氮化鉭薄膜的厚度為900A,退火處理的溫 度為400°C，處理時(shí)間為50秒?？梢钥闯?，通過(guò)采用多次淀積刻蝕的方法形成Ni 81Fe19薄膜 確實(shí)能提高AMR值。
[0027] 以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限 制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種各向異性磁電阻薄膜的制造方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、提供一氮化硅薄膜基片，采用刻蝕工藝對(duì)所述基片進(jìn)行預(yù)處理以增加所述基 片表面的粗糙度，干擾后續(xù)薄膜晶體趨向成膜； 步驟二、采用PVD工藝方法在所述基片表面進(jìn)行Ni81Fe19薄膜的成膜，Ni81Fe 19薄膜 的成膜工藝由多步沉積工藝和刻蝕工藝組成，所述Ni81Fe1W^膜的成膜工藝中的各步沉積 工藝都采用PVD工藝沉積、在每?jī)刹匠练e工藝之間都進(jìn)行一次在位的刻蝕工藝處理，所述 Ni81Fe1J^膜的成膜工藝中的刻蝕工藝用于增加成膜表面的粗糙度，干擾后續(xù)薄膜晶體趨 向成膜； 步驟三、在所述Ni81Fe19薄膜表面進(jìn)行氮化鉭薄膜的成膜； 步驟四、對(duì)所述Ni81Fe19薄膜和所述氮化鉭薄膜進(jìn)行退火處理從而形成各向異性磁電 阻薄膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟一中所述預(yù)處理的刻蝕工藝采用等離 子體刻蝕工藝。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟二中所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝中的 刻蝕工藝采用等離子體刻蝕工藝。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的PVD工 藝采用物理濺射工藝，濺射功率為0. Ikw?lkw，壓力為I X 10_8托?I X 10_5托，根據(jù)襯底 偏壓的設(shè)置來(lái)區(qū)分所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的沉積工藝和刻蝕工藝，沉積工藝中襯底 偏壓為0,刻蝕工藝中襯底偏壓為0. Ikw?Ikw ;所述Ni81Fe19薄膜的成膜工藝的每?jī)刹匠?積工藝之間襯底偏壓所加時(shí)間為5秒?20秒；所述Ni 81Fe19薄膜的厚度100A?500 A。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟三中采用物理濺射成膜工藝形成所 述氮化鉭薄膜，所述氮化鉭薄膜的厚度為200A?1000A,濺射溫度為20°C?50°C，壓力為 I X 10_8托?I X 10_5托，濺射功率為0. 5kw?2kw。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟五中的退火處理的溫度為400°C，處理 時(shí)間為30秒?60秒。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種各向異性磁電阻薄膜的制造方法，包括步驟：步驟一、提供一氮化硅薄膜基片并進(jìn)行刻蝕預(yù)處理。步驟二、進(jìn)行Ni81Fe19薄膜的成膜，成膜工藝包括多步沉積和刻蝕工藝。步驟三、進(jìn)行氮化鉭薄膜的成膜。步驟四、進(jìn)行退火處理。本發(fā)明通過(guò)在Ni81Fe19薄膜的成膜工藝中采用多步沉積和刻蝕交替進(jìn)行的方法，能夠提高成膜質(zhì)量，能在不增加薄膜厚度的情況下增加薄膜的AMR值，且能使薄膜的磁特性敏感并具有良好的熱穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01F10-14, H01L43-12
【公開號(hào)】CN104538147
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410233996
【發(fā)明人】劉善善
【申請(qǐng)人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年5月29日