包括鉭合金層的器件的製作方法
2023-05-07 20:41:31 2
包括鉭合金層的器件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及包括鉭合金層的器件。一種器件，該器件包括傳感器疊層，該傳感器疊層包括參考層、自由層以及位於該參考層和該自由層之間的阻擋層；籽層；以及覆層，其中該傳感器疊層位於該籽層和該覆層之間，並且其中該籽層或該覆層中的至少一層包括TaX，其中X是從Cr、V、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
【專利說明】包括鉭合金層的器件
[0001]優先權要求
[0002]本申請要求2012年6月25日提交的案號為430.17140000的題為「DEVICESINCLUDING TANTALUM ALLOY LAYERS (包括鉭合金層的器件)」的美國臨時申請N0.61/663，721的優先權，其公開內容通過援引包含於此。
【技術領域】
[0003]本發明涉及一種器件，尤其涉及一種包括鉭合金層的器件。
【背景技術】
[0004]當前採用的磁阻器件(諸如在磁讀取器中使用的磁阻頭)採用鉭作為籽層和覆層以便幫助磁層的生長。鉭的研磨速率可低於疊層中的其他材料，從而在研磨和疊合(lap)工藝期間帶來問題。因此，存在對在籽層和/或覆層中使用的其他材料的需要。
【發明內容】
[0005]此處公開的是一種器件，該器件包括傳感器疊層，該傳感器疊層包括參考層、自由層以及位於該參考層和該自由層之間的阻擋層；籽層；以及覆層，其中該傳感器疊層位於該籽層和該覆層之間，並且其中該籽層或該覆層中的至少一個包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
[0006]本文還公開了磁阻器件，該磁阻器件包括底部屏蔽；毗鄰該底部屏蔽的籽層；田比鄰該籽層的傳感器疊層，該傳感器疊層包括參考層、自由層和位於該參考層和該自由層之間的阻擋層；毗鄰該傳感器疊層定位的覆層；以及毗鄰該覆層定位的頂部屏蔽，其中該籽層或該覆層中的至少一個包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
[0007]通過閱讀以下詳細描述，這些以及各個其他特徵將是顯而易見的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]考慮以下結合附圖對本公開的各個實施例的詳細描述，可更完整地理解本公開，在附圖中:
[0009]圖1提供了根據本發明的隧穿磁阻傳感器的一個實施例的側視圖。
[0010]圖2示出了用鉭作為籽和覆層以及用鉭鉻作為籽和覆層時的隧穿磁阻(TMR)效應相對於最小電阻的圖。
[0011]圖3示出了各種材料的因變於研磨角度的研磨速率。
[0012]這些附圖不一定按比例示出。附圖中所使用的相同數字表示相同組件。然而，應當理解，在給定附圖中使用數字表示組件並不旨在限制在另一附圖中用相同數字標記該組件。【具體實施方式】
[0013]在以下描述中，參照構成本說明書一部分的一組附圖，其中通過解說示出了若干具體實施例。應當理解，可構想並作出其他實施例而不背離本公開的範圍或精神。因此，以下詳細描述不具有限制性含義。
[0014]除非另有規定，否則在說明書和權利要求書中使用的表示特徵大小、量和物理性質的所有數字應當理解為在任何情況下均由術語「大約」修飾。因此，除非相反地指出，否則在上述說明書和所附權利要求中闡述的數值參數是近似值，這些近似值可利用本文中公開的教示根據本領域技術人員所尋求獲得的期望性質而變化。
[0015]藉由端點對數值範圍的陳述包括歸入該範圍內的所有數字(例如，I至5包括1、1.5、2、2.75,3,3.80,4和5)以及該範圍內的任何範圍。
[0016]如本說明書和所附權利要求書中所使用的，單數形式「一」、「一個」和「該」涵蓋具有複數引用物的實施例，除非該內容另外明確地指出。如本說明書和所附權利要求書中所使用的，術語「或」一般以包括「和/或」的含義來使用，除非該內容另外明確地指出。
[0017]「包括」、「包含」或類似術語表示涵蓋但不受限於，即表示包括但不是排他的。
[0018]本公開涉及磁疊層(magnetic stack),該疊層包括由鉭合金製造的籽層、覆層或兩者皆有。這種磁疊層可在隧穿磁阻(TMR)傳感器中使用或用作隧穿磁阻(TMR)傳感器。
[0019]圖1提供了磁器件100 (也可被稱為疊層、磁疊層或磁阻器件)的實施例，該磁器件100可被用作隧穿磁阻(TMR)傳感器。該磁阻器件100可包括底部屏蔽102、籽層104、傳感器疊層106、覆層108以及頂部屏蔽110。傳感器疊層106可包括但不限於:釘扎層(pinninglayer) 120、被釘層(pinned layer) 122 (在這樣的實施例中,釘扎層120和被釘層122形成參考層121)、阻擋層124以及自由層126。在所公開的磁器件的一些實施例中，還可包括附加層或可選層，諸如間隔層或絕緣層。
[0020]傳感器疊層106 —般是由各種磁性材料和非磁性材料製造的。例如，自由層126 —般可以是鐵磁材料。可使用的具體的鐵磁材料可包括例如=C0FeX0FeB和NiFe。阻擋或間隔物層124—般是絕緣材料。可使用的具體的絕緣材料可包括例如:Mg0、Al203、Y203、Ce02、TaO、SiN、AIN、CrO2^HfO2, ZrO2以及Ti02。在其中該傳感器是TMR傳感器的情況下，該層為阻擋層，而在其他情況下，該層為間隔物層。被釘層122—般是鐵磁材料。可使用的具體的鐵磁材料可包括例如:CoFe以及CoFeB。釘扎層120—般是反鐵磁材料。可使用的具體的反鐵磁材料可包括例如:PtMn、IrMruNiMn以及FeMn。還應當注意:傳感器疊層106可被配置成隧穿磁阻(TMR)傳感器之外的事物。例如，傳感器疊層106可以被配置，以使其用作巨磁阻(GMR)傳感器，例如電流垂直於平面(CPP)傳感器。
[0021]在這些所公開的磁器件的製造和處理期間，包括所公開結構中的至少一些的疊層可經受離子研磨步驟。在不採用鉭合金作為籽層、覆層或兩者的磁器件中，傳感器疊層和籽/覆層的材料之間的研磨速率的差異可能導致有問題的磁器件。例如，如果籽和/或覆層是由具有比傳感器疊層的材料低得多的研磨速率的材料製造的，那麼必須採用更長的側面研磨，這可能作為更厚的、磁的或電死的層而對傳感器疊層帶來損害。隨著對面密度的要求的提高，屏蔽到屏蔽間隔(SSS)和讀取器寬度(RW)需要被減小；研磨速率的差異所導致的問題可能使得將這些尺寸減小變得很困難，即便不是不可能。
[0022]因此本文公開了磁器件， 所述磁器件包括由鉭合金製造的籽層、覆層或兩者皆有。在一些實施例中，籽層、覆層或兩者可以是單一的層。在一些實施例中，籽層、覆層或兩者不是包括被設計成對構造於其上的層的晶體結構進行定向的第二層的雙層結構。在一些實施例中，籽層、覆層或兩者不是包括由非磁性鎳合金製造的第二層的雙層結構。在一些實施例中，所公開的籽層、覆層或兩者可按任何方式與其他層組合使用。例如，由導電材料(諸如釕(Ru))製成的其他層。例如，所公開的籽層、覆層或兩者可毗鄰於由Ru (或其他材料)製成的層使用。
[0023]在一些實施例中，鉭合金可以是非晶的。非晶層可促進可形成於其上的層的生長。可使用的具體的鉭合金包括例如TaX，其中X可以是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。在一些實施例中，鉭合金可包括例如TaX，其中X可以是V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合。在一些實施例中，具體的鉭合金可包括TaCr。
[0024]各種成分(二元合金中的兩種元素或者三元合金中的三種元素)的量可能變化。可以至少部分基於以下各項來選擇合金中的元素的量:該合金的期望結構(各元素的量可能在確定合金是非晶、晶體還是其某種組合時發揮作用)、該合金對該器件的磁性質的影響、該合金的物理性質(硬度等)、此處未討論的其他因素、或其組合。
[0025]在一些實施例中，TaX (其中X可表示一種或一種以上元素)中的Ta的量的範圍可以是從20原子百分比(at%)到99at%。在一些實施例中，TaX (其中X可表示一種或一種以上元素)中的Ta的量的範圍可以是從40at°/c^lj80at%。在一些實施例中，TaX (其中X可表示一種或一種以上元素)中的Ta的量的範圍可以是從50at%到70at%。在一些實施例中，TaX (其中X可表示一種或一種以上元素)中的X的量的範圍可以是從lat%到80at%。在一些實施例中，TaX (其中X可表示一種或一種以上元素)中的X的量的範圍可以是從20at%到60at%。在一些實施例中，TaX (其中X可表示一種或一種以上元素)中的X的量的範圍可以是從30at%到50at%。在一些實施例中，TaX (其中X是Cr)中的X的量的範圍可以是從lat%到80at%。在一些實施例中，TaX (其中X是Cr)中的X的量的範圍可以是從20at%到60at%。在一些實施例中，TaX (其中X是Cr)中的X的量的範圍可以是從30at%到50at%。
[0026]在一些實施例中，籽層或覆層中僅有一層是由鉭合金製造的。在一些實施例中，籽層和覆層兩者均是由鉭合金製造的。在一些實施例中，籽層和覆層兩者均是由鉭合金製造的，並且籽層和覆層中的鉭合金是相同的。在一些實施例中，籽層和覆層兩者均是由鉭合金製造的，並且籽層和覆層中的鉭合金是不同的，或者成分的身份不同、或者成分的量不同、或者成分的身份和量的組合不同。可以至少部分基於其研磨速率以及期望結構的最終配置來選擇籽層、覆層或兩者中要使用的材料。
[0027]本公開通過以下示例來說明。要理解，特定的示例、材料、量以及過程應當根據如此處所闡述的公開的範圍和精神來寬泛地解釋。
[0028]示例
[0029]形成類似於在圖1中公開的磁疊層。第一疊層採用鉭(Ta)作為籽層和覆層。第二疊層使用鉭鉻(TaCr)合金，其中該鉭鉻合金具有40at%的Cr。圖2示出了這兩種疊層的隧穿磁阻(TMR)效應相對於最小電阻(RMIN)的圖。如該處可見，包括TaCr的疊層與採用Ta的疊層表現一樣好，因為TMR未被降級。
[0030]圖3示出了各種材料(NiFe、Ta和TaCr - 40at%Cr)的因變於研磨角度的研磨速率。如該處可見，TaCr具有比Ta高得多的研磨速率(高約40%)，並且非常接近NiFe的研磨速率。
[0031]因此，公開了包括鉭合金層的器件的實施例。上述實現及其他實現落在以下權利要求書的範圍內。本領域技術人員應當理解，本公開可用除所披露的實施例以外的實施例來實施。給出所揭示的實施例是為了說明而非為了限制。
【權利要求】
1.一種器件，包括: 傳感器疊層，所述傳感器疊層包括參考層、自由層以及位於所述參考層和所述自由層之間的阻擋層； 籽層；以及 覆層； 其中所述傳感器疊層位於所述籽層和所述覆層之間，並且其中所述籽層或所述覆層中的至少一個包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
2.如權利要求1所述的器件，其特徵在於，所述籽層和所述覆層是非晶的。
3.如權利要求1所述的器件，其特徵在於，所述籽層包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
4.如權利要求1所述的器件，其特徵在於，所述覆層包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
5.如權利要求1所述的器件，其特徵在於，所述籽層和所述覆層兩者獨立地包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
6.如權利要求1所述的器件，其特徵在於，所述籽層或所述覆層中的至少一個包括TaCr0
7.如權利要求6所述的 器件，其特徵在於，所述TaCr中的Cr的原子百分比是從約1%到約80%ο
8.如權利要求6所述的器件，其特徵在於，所述TaCr中的Cr的原子百分比是從約20%到約60%。
9.如權利要求6所述的器件，其特徵在於，所述TaCr中的Cr的原子百分比是從約30%到約50%ο
10.一種磁阻器件，包括: 底部屏蔽； 毗鄰所述底部屏蔽定位的籽層； 毗鄰所述籽層定位的傳感器疊層，所述傳感器疊層包括參考層、自由層以及位於所述參考層和所述自由層之間的阻擋層； 毗鄰所述傳感器疊層定位的覆層；以及 毗鄰所述覆層定位的頂部屏蔽； 其中所述籽層或所述覆層中的至少一個包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
11.如權利要求10所述的磁阻器件，其特徵在於，所述籽層和所述覆層是非晶的。
12.如權利要求10所述的磁阻器件，其特徵在於，所述籽層包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
13.如權利要求10所述的磁阻器件，其特徵在於，所述覆層包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
14.如權利要求10所述的磁阻器件，其特徵在於，所述籽層和所述覆層兩者獨立地包括TaX，其中X是從Cr、V、T1、Zr、Nb、Mo、Hf、W或其組合中選擇的。
15.如權利要求10所述的磁阻器件，其特徵在於，所述籽層或所述覆層中的至少一個包括TaCr。
16.如權利要求15所述的磁阻器件，其特徵在於，所述TaCr中的Cr的原子百分比是從約20%到約60%ο
17.如權利要求15所述的磁阻器件，其特徵在於，所述TaCr中的Cr的原子百分比是從約30%到 約50%ο
【文檔編號】H01L43/08GK103515528SQ201310253576
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月24日 優先權日:2012年6月25日
【發明者】E·W·辛格爾頓, 譚利文, 李宰榮 申請人:希捷科技有限公司