[实用新型]用于自旋电子器件钉扎层的快速热处理装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及GMR自旋阀、TMR磁传感器领域，特别涉及自旋电子器件的快速热处理装置。

背景技术

磁性传感器已经广泛用于现代测量系统，用来测量多种物理量，包括但不仅限于磁场强度、电流、位移、方向等物理量。之前已经有多种传感器可以用以测量磁场等物理量。

推挽桥式传感器具有比单电阻、参考电阻桥式传感器更高的灵敏度，同时具有温度补偿功能，能够抑制温度漂移的影响。推挽式桥要求两个桥臂电阻中的磁性隧道结的钉扎层磁矩方向相反，而通常沉积在同一硅片上的磁性隧道结MTJ由于其磁矩翻转所需要的磁场强度大小相同，因而在同一个硅片上磁电阻钉扎层磁矩通常都相同。因此，在同一个硅片上沉积两个钉扎层磁矩相反的相邻磁电阻有点困难。目前人们常用的是两次成膜的工艺，分两次分别沉积钉扎层方向相反的MTJ元件，这使得制作工艺复杂，同时第二次工艺进行退火时会明显影响第一次沉积的薄膜，使得两次成膜的一致性很差，很难对电桥桥臂进行匹配，会产生很大的偏移，影响传感器的整体性能，目前没有很好的技术或者市售的设备能够完成这个过程。

激光直写技术是激光退火的一种，其中，激光束扫描表面以限制晶圆表面特定位置上的退火过程。激光退火系统提供快速升温速率，快速冷却速率，并降低热预算。激光辐射对固体的研究与效果可以追溯到1971年，许多不同类型的激光退火系统已经用于掺杂剂活化中的半导体器件的处理系统。在激光照射期间，固体通过聚焦在样品上的光子束进行轰击。这些光子与样品传递到晶格的能量相互作用，这种能量会局部加热样品。光的波长决定了能量是如何被吸收到固体上。激光退火技术在磁传感器领域中作为一种新兴的技术发展。

然而，现有技术中，已经有通过激光直写技术使用快速偏离聚焦激光照射在自旋电子层积中进行交换偏置磁化方向的重新排列的技术。这种技术已经得到发展，用于MTJ传感器的钉扎层的设置上，如图1所示。如图所述，11为调制器，12为缝隙，13为激光束衰减，14为电流扫描，15为光学镜片，激光系统提供连续和脉冲激光辐射，激光束通过电流计扫描仪快速偏移，聚焦在焦距为80mm的光学镜片上，焦距半径为12μm。附图1(b)中，通过两个装配组成的永磁铁提供外部磁场，通过这种方式，两个磁极之间的磁场出现了相对均匀的磁场。通过改变磁铁之间的距离磁场强度可以在15到335kA/M的范围内变化。MTJ晶圆设置在磁铁上，激光扫描通过表面，以加热某些区域。然而，这个技术的缺点是它很慢，并且精度不高。

另外，在公开号为US2007/0187670A1的美国专利公开了一种光热退火罩和方法，该实用新型增强了热退火精度和空间分辨率，其中光热退火罩层都依次包括热耗散层位于衬底，反光层设置在热耗散层上，透明覆盖层设置反光层上，该光热退火罩在场效应装置中可以用作栅极。

在申请号为201110134982.x的中国专利申请公开了一种单一芯片磁性传感器及其激光加热辅助退火装置与方法，如图2所示，退火装置包括有激光源1，反光镜2，聚焦物镜5，CCD相机3，可移动平台9，X、Y轴电磁铁对7-8，磁场探测器10，温度传感器11等，能够在同一硅片上实现局部加热和局部磁矩翻转，制得的推挽式传感器具有灵敏度高，具备温度补偿功能和噪声抵消的特点，并且适合大规模批量生产等特点。然而，推挽桥梁需要不同的桥臂的铁磁被钉扎层设置在不同的方向，而且没有很好的技术或商用设备执行过程的能力。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于自旋电子器件钉扎层的快速热处理装置，在推挽桥中制造单芯片的TMR、GMR或MTJ传感器，使得生产出来的TMR或者GMR、MTJ传感器性能优良。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于自旋电子器件钉扎层的快速热处理的装置，包括快速热退火光源、反射罩、磁铁、晶圆，所述的反射罩包括至少一个透明绝缘层和一反射层，所述的磁铁用于产生恒定的磁场，所述透明绝缘层和所述反射层依次涂覆在所述晶圆上，所述光源用于通过图形化的所述反射罩发送入射光至所述晶圆的加热区域，通过控制所述的光源的曝光时间，让所述的晶圆上的加热区域加热到其反铁磁层的阻隔温度之上，然后在应用的磁场中冷却下来，关闭磁场。

优选的，所述光源是单个灯泡或者灯泡阵列。

优选的，所述装置还包括有一狭缝，用于限制光入射在晶圆的区域。

优选的，所述的晶圆是可移动的，并设置在传送带上。

优选的，所述的装置设置在快速热退火炉室中。

优选的，所述的磁铁为永磁铁。