CN104465073A - 一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法 - Google Patents

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张文旭
杨华
彭斌
余涛
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Abstract

本发明公开了一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，该方法为将清洗干净的基片放入真空腔体，在整个工艺中通入氩气，缓冲层采用脉冲射频作为溅射电源进行沉积，然后沉积NiFe层，最后沉积覆盖层，本发明使用脉冲射频技术，该技术在沉积薄膜时，对靶枪间隙供电，由于脉冲射频为间隙沉积，为材料原子的在基片表面迁移提供了时间，提高了薄膜的平整度，从而增强了薄膜的结晶程度，提高了材料的AMR值；本发明通过脉冲射频沉积技术，使得沉积原子在基片表面充分迁移，提高缓冲层的表面平整度，在常温下能够更好的诱导NiFe薄膜结构的生长，增大晶粒粒径，从而提高坡莫合金薄膜的AMR值，并且会降低矫顽力，使薄膜的灵敏度变得更好。

Description

一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，属于电子产品制备技术领域。 
背景技术
有各向异性磁电阻（AMR)效应的坡莫合金薄膜材料（主要成分为Ni-Fe)被广泛用于制作计算机硬盘读头等各类高灵敏磁传感器，广泛地用于自动化技术、家用电器、导航系统、移动通讯、大容量存储器和计算机等领域。同时由于各向异性磁电阻率与磁场和电流的角度有关系，所以这种材料在地磁导航等领域更具有独特的应用前景，这种AMR薄膜材料通常的结构如图附图5，先在基片上沉积较薄的缓冲层，如钽Ta，MgO或NiFeCr，然后再沉积上10-15nm厚度的Ni0.8Fe0.2，最后再覆盖上保护层，如2nm厚的钽（Ta)，然后将样品在200度或400度下进行热处理。 
为了实现先进的磁传感器等器件的高灵敏度和低噪声等特点，要求NiFe薄膜磁场灵敏度尽可能高，因而材料的矫顽力需要尽量地小，并且AMR值尽可能大，这样，对材料制备工艺的要求是尽可能薄，然而薄膜的AMR大小在薄膜厚度继续减少时，会有大的衰减，因而，人们在如何提高材料的AMR的方面做了大量的研究工作，主要的方法是：1）热处理，在薄膜沉积过程或沉积过后，将材料在300～400度左右进行热处理，提高材料的结晶度；2）磁场取向处理，即在沉积薄膜或薄膜的后处理过程中施加一定的磁场，诱导材料的结晶取向；3）通过不同的缓冲层调节，提高材料的结晶取向性；如在W.Y.Lee等在 J.Appl.Phys.87, 6992 (2000)中提出用NiFe-Cr 或 Ni-Cr 做种子层制备出的Ni-Fe薄膜，其AMR值比以Ta为种子层的Ni-Fe薄膜的AMR 值有显著的提高，如12nm厚NiFe薄膜的AMR值已经达到3.2%，但对于只有几个到十几个纳米的NiFe而言，在退火后难以保证其磁场灵敏度提高。Y.Shimada等在Jpn.J.Appl.Phys., Part 233, L1304(1994)中提出利用退火可以显著提高坡莫合金薄膜材料的AMR值，如20nm厚的坡莫合金薄膜，在 400°C退火以后，AMR值可达到3.5%，Ding 等人 在Appl.Phys.Lett.94,162506(2009)中设计了一种新的结构Ta/Al203/ NiFe/Al203/Ta 薄膜，在380°C退火后磁电阻变化率较Ta /NiFe/Ta提高了 250%。 
上述方法虽然技术上已经成熟，但是对于某些需要薄膜图形化的产品来说，需要先使用光刻胶在硅片上光刻出图形，然后再用来沉积薄膜，这就使得不能用加热基片的方法来沉积薄膜，而在常温下沉积出来的薄膜的AMR很小，并且矫顽力很大，即使事后高温退火，其性能也达不到使用要求，这就使得这种薄膜的使用得到很大限制。 
同时，在有电路的晶圆上沉积功能薄膜，由于电路能承受的温度有限，因而不能通过加热到400度左右的高温，实现材料的晶化。 
发明内容
本发明的目的是：提供一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，该方法采用脉冲射频电源来沉积缓冲层，这样就使得在常温下就能够获得高的磁阻效应的薄膜，就能实现在制作某些需要薄膜图形化的产品时不需加热，以解决目前现有的技术问题。 
本发明的技术方案 
一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，该方法先在基片上沉积出缓冲层，然后再沉积上NiFe，最后再覆盖上保护层，在沉淀缓冲层工序时，采用脉冲射频作为溅射电源在常温下在基片上沉积出缓冲层,通过脉冲射频沉积技术，使得缓冲层沉积原子在基片表面充分迁移，提高缓冲层的表面平整度，在常温下能够更好的诱导NiFe薄膜结构的生长，增大晶粒粒径，从而提高坡莫合金薄膜的AMR值，并且会降低矫顽力，使薄膜的灵敏度变得更好。
前述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法中，具体制作过程为将清洗干净的基片放入真空腔体内，在整个工艺中通入氩气，缓冲层采用脉冲射频作为溅射电源在常温下进行沉积。 
前述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法中，所述真空腔体的压强为1x10-4Pa以下。 
前述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法中，该氩气的纯度为99.999%以上，气压为0.2 Pa～0.8Pa。 
前述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法中，在脉冲射频作为溅射电源时，溅射时间50～90s,功率80～150W，脉冲宽度为30～60% 。 
前述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法中，缓冲层的沉积速率为2～8nm/min。 
前述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法中，NiFe层的沉积采用射频溅射，该射频电源功率为100 W～150W，射频时间为2～5分钟。 
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明使用脉冲射频技术，该技术在沉积薄膜时，对靶枪供电，由于脉冲射频为间断沉积，为材料原子的在基片表面迁移提供了时间，提高了薄膜的平整度，从而增强了薄膜的结晶程度，提高了材料的AMR值；本发明主要是通过脉冲射频沉积技术，使得沉积原子在基片表面充分迁移，提高缓冲层的表面平整度，在常温下能够更好的诱导NiFe薄膜结构的生长，增大晶粒粒径，从而提高坡莫合金薄膜的AMR值，并且会降低矫顽力，使薄膜的灵敏度变得更好。 
附图说明
附图1为本发明中缓冲层的结构示意图； 
附图2为本发明中缓冲层的AMR测量曲线图；
附图3为传统工艺中缓冲层的结构示意图；
附图4为传统工艺中缓冲层的AMR测量曲线图；
附图5为AMR薄膜结构示意图；
附图6为脉冲射频示意图。
附图中的标记为：1-基片、2缓冲层、3-NiFe层、4-保护层。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。 
在实施本发明的一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法时，如附图5和6所示，该方法是在现有的基片基础上进行实施，即先在现有的基片上沉积出缓冲层，然后再沉积上NiFe层，最后再覆盖上保护层，沉淀缓冲层工序采用在常温下用脉冲射频作为溅射电源，本发明制备的结构与传统结构一致。 
其中具体制作过程为将清洗干净的基片（采用硅片）放入真空腔体内并抽真空至5x10-5Pa，在整个工艺中通入氩气，该氩气的纯度为99.999%，气压为0.2 Pa，缓冲层（缓冲层材料采用钽）采用脉冲射频作为溅射电源在常温下进行沉积，溅射时间为90s，溅射电源功率为100W，脉冲宽度为50%（如附图6所示），然后通过射频溅射沉积NiFe层（NiFe层材质采用Ni0.8Fe0.2），溅射时间为3min，溅射电源为100W，最后沉积覆盖层（覆盖层材质采用钽），沉积时间为10s～20s。 
如附图1和3所示的本发明工艺与现有技术制出的缓冲层的表面形貌，本发明中缓冲层表面粗糙度为0.31nm左右，现有技术中缓冲层表面粗糙度为0.63nm左右。 
如附图2和4所示本发明工艺与现有技术工艺沉积薄膜的AMR测量曲线，从图中可得知，本发明工艺比现有技术工艺有明显进度。 

Claims (7)

1.一种各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，该方法是先在基片上沉积出缓冲层，然后再沉积上NiFe层，最后再覆盖上保护层，其特征在于：在沉淀缓冲层工序时，采用脉冲射频作为溅射电源在常温下在基片上沉积出缓冲层。
2.根据权利要求1所述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，其特征在于：具体制作过程为将清洗干净的基片放入真空腔体内，并在溅射时腔体中通入氩气，缓冲层采用脉冲射频作为溅射电源在常温下进行沉积，然后沉积NiFe层，最后沉积覆盖层。
3.根据权利要求2所述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，其特征在于：所述真空腔体的压强为1x10-4Pa以下。
4.根据权利要求2所述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，其特征在于：该氩气的纯度为99.999%以上，气压为0.2 Pa～0.8Pa。
5.根据权利要求2所述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，其特征在于：在脉冲射频作为溅射电源时，溅射时间50 s～90s,功率80 W～150W，脉冲宽度为30%～60% 。
6.根据权利要求2所述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，其特征在于：缓冲层的沉积速率为2～8nm/min。
7.根据权利要求2所述的各向异性磁阻坡莫合金缓冲层的制备方法，其特征在于：NiFe层的沉积采用射频溅射，该射频电源功率为100 W～150W，射频时间为2～5分钟。
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