[发明专利]磁阻自旋阀层系统

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及集成电路（IC）传感器，更具体地，涉及具有增加稳定性的磁阻自旋阀层系统。

背景技术

在磁阻自旋阀层系统中，层系统的电阻取决于两个磁化方向之间的角度。参考图1中传统巨磁阻（giant magnetoresistive，GMR）自旋阀叠层，这些方向中的一个是自由的，追随外部施加的磁场。与该方向关联的层被称为自由层。虽然图1中示出GMR叠层，但其他磁阻技术也可用于实施方式，如隧道式磁阻（tunneling magnetoresistive，TMR）。

其他磁化方向被固定并与所谓的基准层关联。基准层是基准系统的一部分，基准系统还包括反铁磁体层、固定层（pinned layer）、钌（Ru）层。传统上，例如，固定层和基准层是匀质的并由钴铁（CoFe）或钴铁硼（CoFeB）合金组成。基准系统的目的是保持基准层的固定磁化方向尽可能稳定。

磁化通常通过将铁磁体的磁化耦合到反铁磁体而被固定在自旋阀层系统的基准层中。然后，层系统在磁场中受到热处理，其中邻近反铁磁体的磁化方向在系统冷却后被固定。

使用这种自旋阀层系统的磁阻传感器可以在高达某最高温度和最大磁场中使用。然而，如果传感器暴露于较高温度或磁场，则固定磁化方向会被改变，导致不当的传感器操作。在某些应用中该有限的范围是相当大的缺陷。例如，较强的磁体可有助于减小噪声，但如果这些磁体影响传感器的正常操作，则不能使用。

因此需要能够在较高温度和磁场中使用的改善的磁阻自旋阀层系统和相关传感器。

发明内容

实施方式涉及磁阻自旋阀层系统和传感器。

在实施方式中，磁阻（MR）自旋阀叠层包括：反铁磁体层；邻接该反铁磁体层的多层固定层；多层基准层；多层固定层和多层基准层之间的非磁性金属层；自由层；以及自由层和多层基准层之间的非磁性金属层。

在实施方式中，形成巨磁阻（GMR）自旋阀叠层的方法包括：形成晶种层（seed layer）；形成自由层，自由层的第一侧与晶种层的第一侧邻接；形成铜（Cu）层，Cu层的第一侧与自由层的第二侧邻接；形成多层基准层（reference layer），多层基准层的第一侧与Cu层的第二侧邻接；形成非磁性金属层，非磁性金属层的第一侧与多层基准层的第二侧邻接；形成多层固定层，多层固定层的第一侧与非磁性金属层的第二侧邻接；形成反铁磁体层，反铁磁体层的第一侧与多层固定层的第二侧邻接；以及形成盖帽层（cap layer，保护层），盖帽层的第一侧与反铁磁体层的第二侧邻接。

在实施方式中，形成隧道式磁阻（TMR）自旋阀叠层的方法包括：形成晶种层；形成自由层，自由层的第一侧与晶种层的第一侧邻接；形成绝缘层，绝缘层的第一侧与自由层的第二侧邻接；形成多层基准层，多层基准层的第一侧与绝缘层的第二侧邻接；形成非磁性金属层，非磁性金属层的第一侧与多层基准层的第二侧邻接；形成多层固定层，多层固定层的第一侧与非磁性金属层的第二侧邻接；形成反铁磁体层，反铁磁体层的第一侧与多层固定层的第二侧邻接；以及形成盖帽层，盖帽层的第一侧与反铁磁体层的第二侧邻接。

在实施方式中，磁阻（MR）自旋阀叠层包括：邻接晶种层的自由层；邻接自由层的非磁性层；基准系统，邻接非磁性层，包括基准层、非磁性金属层以及固定层，基准层或固定层中的至少一个是多层；以及邻接基准系统的反铁磁体层。

附图说明

结合附图考虑本发明不同实施例的详细说明可更完整地理解本发明，其中：

图1是传统顶部自旋阀叠层的结构图。

图2是根据实施方式的GMR顶部自旋阀叠层的结构图。

图3是根据实施方式的GMR顶部自旋阀叠层的结构图。

图4是根据实施方式的TMR顶部自旋阀叠层的结构图。

图5是根据实施方式的TMR顶部自旋阀叠层的结构图。

图6是根据实施方式的应力测试方法的框图。

图7是底部自旋阀叠层的结构图。

虽然本发明易于进行不同修改和替换，其中细节已经通过例子在附图中示出并在下面详细描述。然而，应该理解，本发明不限于所述的具体实施方式。相反，本发明涵盖在权利要求限定的本发明的精神和保护范围内的所有修改、等价物、和替换。

具体实施方式

实施方式涉及具有增强稳定性的磁阻自旋阀层系统和相关传感器。实施方式包括至少一种多层固定层或多层基准层，使得叠层更稳定，从而适用于比传统系统和传感器更高的温度和磁场。