DE102014104114A1

DE102014104114A1 - Magnetoresistive Bauelemente und Verfahren zur Herstellung von magnetoresistiven Bauelementen

Info

Publication number: DE102014104114A1
Application number: DE102014104114.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Zimmer; Wolfgang Raberg; Stephan Schmitt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US9240546B2; CN104078561A; US9691970B2; US20140291788A1; US20160099405A1

Abstract

Ein magnetoresistives Bauelement enthält ein Substrat und eine elektrisch isolierende Schicht, die über dem Substrat angeordnet ist. Das magnetoresistive Bauelement enthält weiterhin eine erste freie Schicht, die in die elektrisch isolierende Schicht eingebettet ist, und eine zweite freie Schicht, die in die elektrisch isolierende Schicht eingebettet ist. Die erste freie Schicht und die zweite freie Schicht sind durch einen Teilbereich der elektrisch isolierenden Schicht getrennt.

Description

Die Offenbarung bezieht sich auf magnetoresistive Bauelemente. Die Offenbarung bezieht sich ferner auf Verfahren zur Herstellung magnetoresistiver Bauelemente.
Magnetoresistive Bauelemente basieren möglicherweise auf magnetischem Tunnelwiderstand (engl. Tunnel Magneto Resistance, TMR), Riesenmagnetowiderstand (engl. Giant Magneto Resistance, GMR), anisotropem Magnetowiderstand (Anisotropic Magneto Resistance, AMR) und anderen Technologien, die möglicherweise insgesamt als xMR-Technologien bezeichnet werden. Einige magnetoresistive Bauelemente erfordern möglicherweise eine zusätzliche obere Metallschicht, was möglicherweise zu zusätzlichen Herstellungsschritten führt. Magnetoresistive Bauelemente und Verfahren zur Herstellung magnetoresistiver Bauelemente müssen kontinuierlich verbessert werden. Insbesondere ist es möglicherweise wünschenswert, die Komplexität der magnetoresistiven Bauelemente zu reduzieren und ferner die Kosten zur Herstellung der magnetoresistiven Bauelemente zu reduzieren.
Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis für Aspekte bereitzustellen, und sie sind in dieser Beschreibung eingeschlossen und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen Aspekte und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien von Aspekten zu erklären. Andere Aspekte und viele der beabsichtigten Vorteile von Aspekten werden besser verstanden werden, weil sie unter Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen möglicherweise entsprechende ähnliche Teile.
1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines TMR-Stapels 100.
2 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 200 gemäß der Offenbarung.
Die 3A bis 3F veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetoresistiven Bauelements 300 gemäß der Offenbarung.
Die 4A bis 4G veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetoresistiven Bauelements 400 gemäß der Offenbarung.
5 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 500 gemäß der Offenbarung.
6 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 600 gemäß der Offenbarung.
7 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 700 gemäß der Offenbarung.
8A veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 800A gemäß der Offenbarung.
8B veranschaulicht schematisch eine Draufsicht auf ein magnetoresistives Bauelement 800B gemäß der Offenbarung.
9 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht einer magnetoresistiven Struktur 900 gemäß der Offenbarung.
10 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 1000 gemäß der Offenbarung.
Die 11A bis 11F veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetoresistiven Bauelements 1100 gemäß der Offenbarung.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die hiervon einen Teil bilden und in denen veranschaulichend spezifische Aspekte gezeigt werden, in denen die Offenbarung möglicherweise angewendet wird. In dieser Hinsicht wird möglicherweise richtungsbezeichnende Begrifflichkeit, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ usw., hinsichtlich der Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet. Weil Komponenten beschriebener Bauelemente möglicherweise in mehreren unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert werden, wird die richtungsbezeichnende Begrifflichkeit möglicherweise für Zwecke der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass möglicherweise andere Aspekte genutzt werden und möglicherweise bauliche oder logische Änderungen vorgenommen werden, ohne dadurch vom Konzept der Offenbarung abzuweichen. Deswegen soll die folgende ausführliche Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne aufgenommen werden, und das Konzept der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen beispielhaften, hierin beschriebenen Aspekte möglicherweise miteinander kombiniert werden, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ sind, wie sie in dieser Beschreibung eingesetzt werden, nicht so gemeint, dass sie bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen. Möglicherweise werden zwischengeschaltete Elemente zwischen den „gekoppelten“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen bereitgestellt. In dem Maße, in dem der Begriff „beispielhaft“ hierin verwendet wird, soll ein solcher Begriff eher ein Beispiel als bevorzugt meinen.
1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines TMR-Stapels 100. Der TMR-Stapel 100 enthält möglicherweise die folgenden Schichten, die möglicherweise in der beispielhaften Reihenfolge aus 1 angeordnet sind: eine Keimschicht 1, eine (natürliche oder synthetische) antiferromagnetische Schicht 2, eine gepinnte Schicht (engl. pinned layer) 3, eine Kopplungsschicht 4, eine Referenzschicht 5, eine Tunnelbarriereschicht 6, eine freie Schicht 7 und eine Deckschicht 8.
Die Keimschicht 1 enthält möglicherweise wenigstens eines von Folgenden: Ta, TaN, NiCr, und irgendein anderes geeignetes Material. Die Keimschicht 1 ist möglicherweise elektrisch mit einem unteren Kontakt (siehe „Masse“) verbunden, der möglicherweise ein erstes elektrisches Potential bereitstellt, insbesondere Masse in einem Beispiel. Die antiferromagnetische Schicht 2 enthält möglicherweise wenigstens eines von Folgenden: PtMn, IrMn, und irgendein anderes geeignetes Material, während die gepinnte Schicht 3 möglicherweise ein ferromagnetisches Material umfasst, zum Beispiel CoFe oder irgendein anderes geeignetes Material. Die Kopplungsschicht 4 ist möglicherweise über der gepinnten Schicht 3 angeordnet und enthält möglicherweise z.B. Ru oder irgendein anderes geeignetes Material. Die Referenzschicht 5 enthält möglicherweise ein ferromagnetisches Material, zum Beispiel CoFeB oder irgendein anderes geeignetes Material. Ferner umfasst die freie Schicht 7 möglicherweise wenigstens eines von z.B. Folgenden: NiFe, CoFe, CoFeB, oder irgendein anderes geeignetes Material. Die Tunnelbarriereschicht 6, die zwischen der Referenzschicht 5 und der freien Schicht 7 angeordnet ist, enthält möglicherweise z.B. MgO. Die Deckschicht 9 enthält möglicherweise Ta, TaN, oder irgendein anderes geeignetes Material und ist möglicherweise elektrisch mit einem oberen Kontakt (siehe „V_DD“) verbunden. Der obere Kontakt stellt möglicherweise ein zweites elektrisches Potential bereit, so dass möglicherweise in einem Beispiel eine Spannung V_DD ungleich Null zwischen dem unteren Kontakt und dem oberen Kontakt angelegt wird.
Eine Magnetisierung der antiferromagnetischen Schicht 2 ist möglicherweise fest, während eine Magnetisierung der freien Schicht 7 möglicherweise dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf ein externes Magnetfeld frei zu rotieren. In Ausführungsformen sind freie Schichten möglicherweise die einzigen Schichten, welche die Magnetisierungsrichtung mit dem externen Magnetfeld ändern. In Ausführungsformen bestimmt möglicherweise der Winkel der Magnetisierung in der Schichtebene der freien Schicht und der Referenzschicht das Ausgangssignal des Sensors. Eine Magnetisierung der gepinnten Schicht 3 wird möglicherweise durch Austauschkopplung mit der antiferromagnetischen Schicht 2 gepinnt. Die gepinnte Schicht 3 und die Referenzschicht 5 sind möglicherweise magnetisch durch die Kopplungsschicht 4 gekoppelt. Die Keimschicht 1 und die Deckschicht 8 sind möglicherweise dazu ausgelegt, eine elektrische Kopplung mit dem unteren Kontakt bzw. dem oberen Kontakt bereitzustellen.
Während des Betriebs erfordert der TMR-Stapel 100 möglicherweise einen Stromfluss senkrecht zu den Stapelschichten, um einen Strom durch die Tunnelbarriereschicht 6 zu zwingen. Ein derartiger Stromfluss wird möglicherweise durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Potentials an den unteren Kontakt und den oberen Kontakt aufgebaut. In 1 wird ein möglicher elektrischer Strom I_Barr durch einen Pfeil in einer Abwärtsrichtung, vom oberen Kontakt zum unteren Kontakt, aufgezeigt.
2 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 200 gemäß der Offenbarung. Das magnetoresistive Bauelement 200 enthält möglicherweise ein Substrat 9 und eine elektrisch isolierende Schicht 10, die über dem Substrat 9 angeordnet ist. Das magnetoresistive Bauelement 200 enthält möglicherweise ferner eine erste freie Schicht 11A, die in die elektrisch isolierende Schicht 10 eingebettet ist, und eine zweite freie Schicht 11B, die in die elektrisch isolierende Schicht 10 eingebettet ist. Die erste freie Schicht 11A und die zweite freie Schicht 11B sind möglicherweise durch die elektrisch isolierende Schicht 10 getrennt. Es ist anzumerken, dass unten magnetoresistive Bauelemente ähnlich dem magnetoresistiven Bauelement 200 ebenso wie Verfahren zur Herstellung derartiger magnetoresistiver Bauelemente ausführlicher beschrieben werden.
Die 3A bis 3F veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetoresistiven Bauelements 300 gemäß der Offenbarung. In einem ersten Vorgang (siehe 3A) wird möglicherweise ein Substrat 9 bereitgestellt. In einem zweiten Vorgang (siehe 3B) wird möglicherweise eine elektrisch isolierende Schicht 10 über dem Substrat 9 abgeschieden. In einem dritten Vorgang (siehe 3C) wird möglicherweise eine erste Rille (oder Vertiefung) 12A in der elektrisch isolierenden Schicht 10 gebildet. In einem vierten Vorgang (siehe 3D) wird möglicherweise eine zweite Rille (oder Vertiefung) 12B in der elektrisch isolierenden Schicht 10 gebildet, wobei die erste Rille 12A möglicherweise von der zweiten Rille 12B getrennt ist. In einem fünften Vorgang (siehe 3E) wird möglicherweise eine erste freie Schicht 11A in der ersten Rille 12A abgeschieden. In einem sechsten Vorgang (siehe 3F) wird möglicherweise eine zweite freie Schicht 11B in der zweiten Rille 12B abgeschieden. Das erlangte magnetoresistive Bauelement 300 ist möglicherweise dem magnetoresistiven Bauelement 200 aus 2 ähnlich. Es ist anzumerken, dass ein Verfahren ähnlich dem spezifizierten Verfahren in Verbindung mit den 4A bis 4G ausführlicher beschrieben wird.
Die 4A bis 4G veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetoresistiven Bauelements 400 gemäß der Offenbarung. Zum Beispiel wird möglicherweise wenigstens einer der spezifizierten Verfahrensvorgänge in einem komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor)Herstellungsprozess integriert. Das hergestellte magnetoresistive Bauelement 400 wird möglicherweise als eine Implementierung der magnetoresistiven Bauelemente 200 und 300 angesehen, so dass Details des unten beschriebenen magnetoresistiven Bauelements 400 möglicherweise gleichermaßen auf die Bauelemente 200 und 300 angewandt werden. In einem Beispiel ist das magnetoresistive Bauelement 400 möglicherweise zum Betrieb als ein TMR-Bauelement ausgelegt. Allerdings wird das beschriebene Verfahren möglicherweise auch zur Herstellung magnetoresistiver Bauelemente eingesetzt, die auf anderen xMR-Effekten basieren. Das in den 4A bis 4G veranschaulichte Verfahren wird möglicherweise als eine Implementierung des in den 3A bis 3F veranschaulichten Verfahrens angesehen. Details des Herstellungsverfahrens, die unten beschrieben werden, werden daher möglicherweise gleichermaßen auf das Verfahren aus den 3A bis 3F angewandt.
In 4A wird möglicherweise ein Substrat 9 bereitgestellt. Das Substrat 9 ist möglicherweise hergestellt aus oder es enthält möglicherweise ein elektrisch isolierendes Material, zum Beispiel wenigstens eines der folgenden: Siliziumoxid (SiO₂), Siliziumnitrid (Si₃N₄), und irgendein anderes geeignetes Material.
In 4B werden möglicherweise Durchgangslöcher im Substrat 9 durch Anwenden einer geeigneten Technik gebildet, zum Beispiel Ätzen, Laserstrahlbohren, usw. Die Durchgangslöcher erstrecken sich möglicherweise von einer oberen Hauptoberfläche des Substrats 9 bis zu einer unteren Hauptoberfläche des Substrats 9. Jedes der Durchgangslöcher wird möglicherweise mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt, so dass möglicherweise ein erster elektrischer Kontakt 13A und ein zweiter elektrischer Kontakt 13B gebildet werden. Jeder der elektrischen Kontakte 13A, 13B ist möglicherweise dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen der oberen Hauptoberfläche des Substrats 9 und der unteren Oberfläche des Substrats 9 an der Position des jeweiligen Durchgangslochs bereitzustellen. Insbesondere erstrecken sich die elektrischen Kontakte 13A, 13B möglicherweise wenigstens teilweise durch das Substrat 9 und sind möglicherweise dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen freien Schichten, die in einem späteren Prozessschritt gebildet werden sollen, und einer Verdrahtungsstruktur (nicht dargestellt), die möglicherweise z.B. unterhalb des Substrats 9 angeordnet wird, bereitzustellen. Irgendein geeignetes elektrisch leitfähiges Material wird möglicherweise zur Herstellung der elektrischen Kontakte 13A, 13B verwendet, zum Beispiel ein Metall (z.B. Cu, W, Al) und/oder eine Metalllegierung.
In 4C wird möglicherweise eine elektrisch isolierende Schicht oder eine dielektrische Schicht 10 über dem Substrat 9 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 10 enthält möglicherweise wenigstens eines von Folgenden: ein Nitrid (z.B. Siliziumnitrid), ein Oxid (z.B. Siliziumoxid), und irgendein anderes geeignetes Material. Irgendeine geeignete Technik wird möglicherweise verwendet, um die dielektrische Schicht 10 zu bilden, zum Beispiel ein Plasmaabscheidungsprozess, Laminieren, Drucken, Dosieren, Spin Coating, usw. Insbesondere bedeckt die dielektrische Schicht 10 möglicherweise vollständig die obere Oberfläche des Substrats 9 und wird möglicherweise später strukturiert. Eine Dicke der dielektrischen Schicht 10 liegt möglicherweise in einem Bereich von etwa 0,5 Nanometer bis etwa 50 Nanometer, insbesondere in einem Bereich von etwa 2 Nanometer bis etwa 20 Nanometer. Die Dicke der dielektrischen Schicht 10 ist möglicherweise im Wesentlichen gleich einer Soll-Dicke einer oder mehrerer freier Schichten, die später gebildet werden sollen.
In 4D werden möglicherweise eine erste Rille 12A und eine zweite Rille 12B in der dielektrischen Schicht 10 gebildet. Hier wird die dielektrische Schicht 10 möglicherweise an den Positionen der elektrischen Kontakte 13A, 13B geöffnet, so dass die elektrischen Kontakte 13A, 13B möglicherweise freigelegt werden. Zum Beispiel weist jede Rille 12A, 12B möglicherweise eine maximale Breite im Bereich von etwa 100 Nanometer bis etwa 300 Nanometer auf. Eine Form oder Grundriss der Rillen 12A, 12B wird möglicherweise gewählt, um eine magnetische Eigenschaft der freien Schichten zu optimieren, die später in den Rillen 12A, 12B angeordnet werden sollen. Im Fall, dass ein magnetoresistives Winkelmessgeber-Bauelement hergestellt werden soll, weisen die Rillen 12A, 12B möglicherweise z.B. eine Kreisform auf. Irgendeine geeignete Technik wird möglicherweise zum Bilden der Rillen 12A, 12B eingesetzt, zum Beispiel Techniken, die möglicherweise auf Photolithografie, Ätzen (z.B. Nassätzen, Plasmaätzen), usw. basieren.
In 4E wird möglicherweise ein freies Schichtsystem 11 in der ersten Rille 12A, in der zweiten Rille 12B und über der dielektrischen Schicht 10 abgeschieden. Das freie Schichtsystem 11 enthält möglicherweise eine freie Schicht, die möglicherweise z.B. NiFe, CoFe, CoFeB, oder irgendein anderes geeignetes Material enthält. Zusätzlich enthält das freie Schichtsystem 11 möglicherweise eine Keimschicht und optional zusätzliche Funktionsschichten. Eine Dicke des freien Schichtsystems 11 hängt möglicherweise insbesondere von einer Dicke der dielektrischen Schicht 10 und damit von der Tiefe der Rillen 12A, 12B ab. Insbesondere wird eine Dicke des freien Schichtsystems 11 möglicherweise so gewählt, dass die Rillen 12A, 12B möglicherweise vollständig mit dem freien Schichtsystem 11 gefüllt sind. Irgendeine geeignete Technik wird möglicherweise zum Bilden des freien Schichtsystems 11 verwendet, zum Beispiel Laminieren, Metallisieren, CVD (chemical vapor deposition, chemische Gasphasenabscheidung), PVD (physical vapor deposition, physikalische Gasphasenabscheidung), usw.
In 4F werden möglicherweise Teile des freien Schichtsystems 11, das über der dielektrischen Schicht 10 angeordnet ist, entfernt, so dass möglicherweise nur die Rillen 12A, 12B mit dem Material des freien Schichtsystems 11 gefüllt bleiben. Auf diese Weise werden möglicherweise eine erste freie Schicht 11A und eine zweite freie Schicht 11B in der ersten Rille 12A bzw. der zweiten Rille 12B gebildet. Eine Dicke der ersten freien Schicht 11A und der zweiten freien Schicht 11B hängt möglicherweise von einer Dicke der früher abgeschiedenen dielektrischen Schicht 10 ab und liegt möglicherweise in einem Bereich von etwa 0,5 Nanometer bis etwa 50 Nanometer, bzw. insbesondere in einem Bereich von etwa 2 Nanometer bis etwa 20 Nanometer. Die erste freie Schicht 11A kontaktiert elektrisch möglicherweise den ersten elektrischen Kontakt 13A, während die zweite freie Schicht 11B möglicherweise den zweiten elektrischen Kontakt 13B elektrisch kontaktiert. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Anordnung der elektrischen Kontakte 13A, 13B in 4F von beispielhafter Art ist. In einem anderen Beispiel wird möglicherweise wenigstens einer der elektrischen Kontakte 13A, 13B durch einen elektrischen Kontakt ersetzt, der möglicherweise eine elektrische Verbindung zwischen der jeweiligen freien Schicht und einer seitlichen Oberfläche des Substrats 9 bereitstellt.
Irgendeine geeignete Technik wird möglicherweise verwendet, um die Teile des freien Schichtsystems 11 zu entfernen, insbesondere ein CMP-Prozess (Chemical Mechanical Polishing). Im letzteren Fall bestimmt eine Dicke der dielektrischen Schicht 10 möglicherweise die Dicke der ersten freien Schicht 11A und der zweiten freien Schicht 11B, weil der CMP-Prozess möglicherweise insbesondere auf der dielektrischen Schicht 10 stoppt. Nach dem Entfernen der Teile des freien Schichtsystems 11 sind die Oberfläche der ersten freien Schicht 11A, die dem Substrat 9 abgewandt ist, und die Oberfläche der zweiten freien Schicht 11B, die dem Substrat 9 abgewandt ist, möglicherweise bündig zur Oberfläche der dielektrischen Schicht 10, die dem Substrat 9 abgewandt ist.
Weil sowohl die erste freie Schicht 11A als auch die zweite freie Schicht 11B möglicherweise aus dem freien Schichtsystem 11 gebildet werden, werden die erste freie Schicht 11A und die zweite freie Schicht 11B möglicherweise aus einem gleichen Material gefertigt. In einem anderen Beispiel unterscheidet sich das Material der ersten freien Schicht 11A möglicherweise vom Material der zweiten freien Schicht 11B. In diesem Fall werden möglicherweise die in Verbindung mit den 4E und 4F beschriebenen Verfahrensschritte zwei Mal ausgeführt, wobei möglicherweise unterschiedliche Materialien zum Bilden der freien Schichten 11A und 11B verwendet werden.
In 4G wird möglicherweise ein Schichtstapel 14 über der ersten freien Schicht 11A, der zweiten freien Schicht 11B und der dielektrischen Schicht 10 gebildet. Der Schichtstapel 14 enthält möglicherweise eine oder mehrere Schichten, die in Verbindung mit 1 spezifiziert worden sind. In Verbindung mit 1 gemachte Ausführungen gelten somit möglicherweise auch für 4G. Zum Beispiel wird möglicherweise eine Tunnelbarriereschicht über den freien Schichten 11A, 11B und der dielektrischen Schicht 10 angeordnet. Ferner wird möglicherweise ein Referenzsystem über der Tunnelbarriereschicht angeordnet, wobei das Referenzsystem möglicherweise wenigstens eine der folgenden Schichten in der spezifizierten Reihenfolge enthält: eine Referenzschicht, eine Kopplungsschicht, eine gepinnte Schicht, eine antiferromagnetische Schicht, und eine Deckschicht. Der Schichtstapel 14 wird möglicherweise durch einen Ätzprozess strukturiert, wie zum Beispiel chemisches Ätzen, Plasmaätzen, Sputterätzen, usw. In einem Beispiel weist der Schichtstapel 14 möglicherweise eine Dicke von etwa 5 Nanometer bis etwa 100 Nanometer auf.
Während eines Betriebs des erhaltenen magnetoresistiven Bauelements 400 werden möglicherweise elektrische Potentiale an die elektrischen Kontakte 13A, 13B angelegt, so dass möglicherweise ein Strom I_Barr einen Strompfad entlang zwischen der ersten freien Schicht 11A und der zweiten freien Schicht 11B fließt. In 4G wird ein beispielhafter Strompfad durch einen Pfeil angezeigt. Das heißt, es wird möglicherweise eine elektrische Verbindung zwischen einem Schichtstapelteilbereich über der ersten freien Schicht 11A und der zweiten freien Schicht 11B aufgebaut. Hier wird möglicherweise der gesamte Strom I_Barr durch die Tunnelbarriereschicht gezwungen, was möglicherweise zu einer maximal verfügbaren Höhe des CPP-(Current Perpendicular to Plane)TMR-Effekts führt. Ein Widerstand eines so gebildeten TMR-Elements wird möglicherweise durch Auswahl einer gewünschten Kombination von Tunnelbarriereschichtwiderstand und Tunnelbarriereschichtfläche gestaltet. Im Fall eines TMR-Elements wird der Schichtstapel 14 möglicherweise auch als TMR-Referenzschichtstapel bezeichnet.
Es ist anzumerken, dass das magnetoresistive Bauelement 400 z.B. möglicherweise als eine magnetoresistive Struktur angesehen wird, die zwei magnetisch unabhängige TMR-Elemente enthält, die in Reihe verbunden sind, wobei jedes der in Reihe verbundenen TMR-Elemente möglicherweise eine dem TMR-Stapel 100 aus 1 ähnliche Struktur enthält. Das erste TMR-Element enthält möglicherweise die erste freie Schicht 11A, während das zweite TMR-Element möglicherweise die zweite freie Schicht 11B enthält. Sowohl das erste TMR-Element als auch das zweite TMR-Element sind möglicherweise zum Betrieb in einem CPP-Modus ausgelegt. Es ist anzumerken, dass das magnetoresistive Bauelement 400 keinen elektrischen Kontakt von oben erfordert. Stattdessen ist das vorliegende Verfahren zur Herstellung eines TMR-Elements geeignet, das möglicherweise eine elektrische CIP-(Current In Plane)Konfiguration bereitstellt, die nur Kontakte von einer Seite aufweist, jedoch in einer CPP-Konfiguration arbeitet. Es ist weiterhin anzumerken, dass die resultierende Struktur des magnetoresistiven Bauelements 400 möglicherweise für optische Verfahren zugänglich ist, zum Beispiel für einen Laser zur Wärmebehandlung.
Es versteht sich, dass möglicherweise weitere magnetoresistive Bauelemente, die eine ähnliche Funktionalität wie das magnetoresistive Bauelement 400 aufweisen, durch Ausführen eines ähnlichen Verfahrens hergestellt werden. In einem Beispiel wird möglicherweise eine ähnliche Funktionalität erreicht, indem ein erster Schichtstapel, der ein Referenzsystem in der ersten Rille 11A enthält, gebildet wird, ein zweiter Schichtstapel, der ein Referenzsystem in der zweiten Rille 11B enthält, gebildet wird und eine Barriereschicht und eine freie Schicht oberhalb des gebildeten ersten Schichtstapels und des gebildeten zweiten Schichtstapels gebildet wird.
Es versteht sich ferner, dass das magnetoresistive Bauelement 400 möglicherweise eine oder mehrere Komponenten (nicht dargestellt) enthält. Zum Beispiel enthält das magnetoresistive Bauelement 400 möglicherweise eine Verdrahtungsstruktur, die möglicherweise z.B. unterhalb der unteren Hauptoberfläche des Substrats 9 angeordnet ist. Eine derartige Verdrahtungsstruktur ist möglicherweise dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Kontakten 13A, 13B und einer externen Anwendung bereitzustellen, die das magnetoresistive Bauelement 400 möglicherweise während eines Betriebs verwendet.
Die 5 bis 7 veranschaulichen schematisch Querschnittsansichten der magnetoresistiven Bauelemente 500 bis 700 gemäß der Offenbarung. Jedes der magnetoresistiven Bauelemente 500 bis 700 ähnelt möglicherweise dem magnetoresistiven Bauelement 400, so dass in Verbindung mit den 4A bis 4G gemachte Ausführungen möglicherweise auch für jede der 5 bis 7 gelten. Insbesondere werden die magnetoresistiven Bauelemente 500 bis 700 aus den 5 bis 7 möglicherweise auf Basis eines Verfahrens hergestellt, das wenigstens zum Teil dem in Verbindung mit den 4A bis 4G beschriebenen Verfahren ähnelt.
Das magnetoresistive Bauelement 500 aus 5 enthält möglicherweise ein Substrat 9 und elektrische Kontakte 13A bis 13D, die sich möglicherweise jeder von einer oberen Hauptoberfläche des Substrats 9 zu einer unteren Hauptoberfläche des Substrats 9 erstrecken. Eine dielektrische Schicht 10 wird möglicherweise über dem Substrat 9 angeordnet, wobei möglicherweise eine erste freie Schicht 11A, eine zweite freie Schicht 11B, eine dritte freie Schicht 11C und eine vierte freie Schicht 11D in der dielektrischen Schicht 10 eingebettet sind. Die Oberflächen der freien Schichten 11A bis 11D, die dem Substrat 9 abgewandt sind, sind möglicherweise bündig zur Oberfläche der dielektrischen Schicht 10, die dem Substrat 9 abgewandt ist. Eine elektrische Verbindung 15 ist möglicherweise auf der unteren Hauptoberfläche des Substrats 9 angeordnet. Die elektrische Verbindung 15 stellt möglicherweise eine elektrische Kopplung zwischen der zweiten freien Schicht 11B und der dritten freien Schicht 11C bereit. Zum Beispiel ist die elektrische Verbindung 15 möglicherweise ein Teil einer Verdrahtungsstruktur, die unterhalb der unteren Hauptoberfläche des Substrats 9 angeordnet ist.
Das magnetoresistive Bauelement 500 ist möglicherweise zum Betrieb als ein TMR-Bauelement ausgelegt. Insbesondere wird das magnetoresistive Bauelement 500 möglicherweise als ein erstes TMR-Element und ein zweites TMR-Element angesehen, die über die elektrische Verbindung 15 in Reihe verbunden sind, wobei sowohl das erste als auch das zweite TMR-Element möglicherweise dem magnetoresistiven Bauelement 400 aus 4G ähneln. Insbesondere ist das erste TMR-Element möglicherweise dadurch gekennzeichnet, dass es die erste freie Schicht 11A und die zweite freie Schicht 11B enthält, während das zweite TMR-Element möglicherweise dadurch gekennzeichnet ist, dass es die dritte freie Schicht 11C und die vierte freie Schicht 11D enthält. Es ist anzumerken, dass möglicherweise ähnliche magnetoresistive Bauelement entworfen werden, die möglicherweise eine gerade Anzahl (d.h. zwei, vier, sechs, usw.) von in Reihe verbundenen TMR-Bauelementen enthalten, wobei jedes der in Reihe verbundenen Bauelemente möglicherweise dem magnetoresistiven Bauelement 400 aus 4G ähnelt.
Während eines Betriebs des magnetoresistiven Bauelements 500 werden möglicherweise elektrische Potentiale an die elektrischen Kontakte 13A und 13D angelegt, so dass möglicherweise ein Strom einen Strompfad entlang durch das magnetoresistive Bauelement 500 fließt. Insbesondere fließt möglicherweise ein Strom von der ersten freien Schicht 11A zur zweiten freien Schicht 11B über den Schichtstapel 14, von der zweiten freien Schicht 11B zur dritten freien Schicht 11C über die elektrische Verbindung 15 und von der dritten freien Schicht 11C zur vierten freien Schicht 11D über den Schichtstapel 14.
Das magnetoresistive Bauelement 600 aus 6 ist möglicherweise zum Betrieb als ein TMR-Bauelement ausgelegt. Mit Rückbezug auf 4G: Ein magnetoresistives Bauelement 400 enthält möglicherweise eine im Schichtstapel 14 enthaltene Tunnelbarriereschicht. Im Gegensatz zu 4G enthält das magnetoresistive Bauelement 600 aus 6 möglicherweise eine erste Tunnelbarriereschicht 6A, die über einer ersten freien Schicht 11A in einer ersten Rille 12A angeordnet ist, und eine zweite Tunnelbarriereschicht 6B, die über einer zweiten freien Schicht 11B in einer zweiten Rille 12B angeordnet ist. Im Gegensatz zum Schichtstapel 14 aus 4G enthält demzufolge ein Schichtstapel 14' des magnetoresistiven Bauelements 600 nicht notwendigerweise eine Tunnelbarriereschicht. Jede der Tunnelbarriereschichten 6A und 6B ist möglicherweise durch einen CMP-Prozess strukturiert worden, wie in Verbindung mit 4F beschrieben wurde, so dass eine Oberfläche der ersten Tunnelbarriereschicht 6A, die dem Substrat 9 abgewandt ist, und eine Oberfläche der zweiten Tunnelbarriereschicht 6B, die dem Substrat 9 abgewandt ist, möglicherweise bündig zu einer Oberfläche der dielektrischen Schicht 10 sind, die dem Substrat 9 abgewandt ist.
Das magnetoresistive Bauelement 700 aus 7 ist möglicherweise zum Betrieb als ein TMR-Bauelement ausgelegt. Im Gegensatz zum magnetoresistiven Bauelement 400 aus 4G enthält das magnetoresistive Bauelement 700 möglicherweise eine zusätzliche ferromagnetische Zwischenschicht 16, die möglicherweise sowohl zwischen der ersten freien Schicht 11A und dem Schichtstapel 14 als auch zwischen der zweiten freien Schicht 11B und dem Schichtstapel 14 angeordnet ist. Insbesondere ist die ferromagnetische Zwischenschicht 16 möglicherweise sowohl zwischen der ersten freien Schicht 11A und einer im Schichtstapel 14 enthaltenen Tunnelbarriereschicht 6 als auch zwischen der zweiten freien Schicht 11B und der Tunnelbarriereschicht 6 angeordnet. Die ferromagnetische Zwischenschicht 16 enthält möglicherweise z.B. wenigstens eines von Folgenden: CoFe, CoFeB, und irgendein anderes geeignetes Material. Eine Dicke der ferromagnetischen Zwischenschicht 16 wird möglicherweise so gewählt, dass eine magnetische Reaktion auf ein externes Feld möglicherweise durch ein Material der freien Schichten 11A, 11B, das in den Rillen 12A, 12B angeordnet ist, definiert wird. Die Dicke der ferromagnetischen Zwischenschicht 16 ist demzufolge möglicherweise geringer als die Dicke der freien Schichten 11A, 11B. Es ist anzumerken, dass die ferromagnetische Zwischenschicht 16 möglicherweise für die Funktionalität eines magnetischen Tunnelübergangs wünschenswert ist, weil sie eine Bildung von sauberen Schnittstellen der Tunnelbarriere gestattet. Ein kleiner Nebenschlussstrom, der möglicherweise innerhalb der ferromagnetischen Zwischenschicht 16 fließt, führt möglicherweise zu einer leichten Qualitätsminderung eines TMR-Signals im Vergleich zu einem reinen CPP-Signal.
8A veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 800A gemäß der Offenbarung. Zum Beispiel ist das magnetoresistive Bauelement 800A möglicherweise zum Betrieb als ein GMR-Bauelement ausgelegt. Das magnetoresistive Bauelement 800A wird möglicherweise insbesondere auf Basis wenigstens eines der in Verbindung mit den 4A bis 4G spezifizierten Verfahrensschritte hergestellt. Dazugehörige Bemerkungen gelten somit möglicherweise auch für 8A. Das in 8A gezeigte Bauelement 800A stellt den Vorteil bereit, dass es eine oder mehrere freie Schichtelemente beliebiger Größe und Form aufweist.
Das magnetoresistive Bauelement 800A enthält möglicherweise ein Substrat 9 und elektrische Kontakte 13A, 13B, von denen sich möglicherweise jeder von einer oberen Hauptoberfläche des Substrats 9 zu einer unteren Hauptoberfläche des Substrats 9 erstreckt. Eine dielektrische Schicht 10 wird möglicherweise über dem Substrat 9 angeordnet, wobei möglicherweise eine erste freie Schicht 11A, eine zweite freie Schicht 11B und eine dritte freie Schicht 11C in der dielektrischen Schicht 10 eingebettet werden. Eine Oberfläche der ersten freien Schicht 11A, eine Oberfläche der zweiten freien Schicht 11B und eine Oberfläche der dritten freien Schicht 11C, die jede dem Substrat 9 abgewandt ist, sind möglicherweise bündig zu einer Oberfläche der dielektrischen Schicht 10, die dem Substrat 9 abgewandt ist. Die erste freie Schicht 11A wird möglicherweise von der unteren Hauptoberfläche des Substrats 9 über den ersten elektrischen Kontakt 13A elektrisch kontaktiert, während die zweite freie Schicht 11B möglicherweise über den zweiten elektrischen Kontakt 13B elektrisch kontaktiert wird. Das magnetoresistive Bauelement 800A enthält möglicherweise ferner einen Schichtstapel 14, der über jeder der drei freien Schichten 11A bis 11C und der dielektrischen Schicht 10 angeordnet ist. Insbesondere ist der Schichtstapel 14 möglicherweise dazu ausgelegt, einen GMR-Effekt bereitzustellen, so dass er möglicherweise auch als GMR-Referenzschichtstapel bezeichnet wird.
Während eines Betriebs des magnetoresistiven Bauelements 800A werden möglicherweise elektrische Potentiale an die elektrischen Kontakte 13A, 13B angelegt, so dass möglicherweise Ströme einen Strompfad entlang durch das magnetoresistive Bauelement 800A fließen. Insbesondere fließt möglicherweise ein Strom von der ersten freien Schicht 11A zur zweiten freien Schicht 11B bzw. zur dritten freien Schicht 11C über den Schichtstapel 14. Zusätzlich fließt möglicherweise ein Strom von der dritten freien Schicht 11C zur zweiten freien Schicht 11B über den Schichtstapel 14. Demzufolge stellt der GMR-Referenzschichtstapel 14 möglicherweise eine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten (magnetisch unabhängigen) freien Schichtelementen 11A bis 11C bereit. Die Anordnung aus 8A ist möglicherweise wünschenswerter als ein Integrationsschema, bei dem eine Verbindung zwischen GMR-Elementen möglicherweise durch eine Metallschicht bereitgestellt wird, die möglicherweise die GMR-Schichten mittels Durchkontaktierungen kontaktiert.
8B veranschaulicht schematisch eine Draufsicht auf ein magnetoresistives Bauelement 800B gemäß der Offenbarung. Das Bauelement 800B ist möglicherweise dem Bauelement 800A aus 8A ähnlich, so dass in Verbindung mit 8A gemachte Ausführungen möglicherweise auch für 8B gelten. Es ist anzumerken, dass 8B zur Veranschaulichung nicht notwendigerweise alle Komponenten des Bauelements 800B zeigt. Zum Beispiel veranschaulicht 8B nicht explizit einen dem Schichtstapel 14 aus 8A ähnlichen Schichtstapel, obwohl das Bauelement 800B möglicherweise einen derartigen Schichtstapel enthält.
Das Bauelement 800B enthält möglicherweise ähnliche Komponenten wie das Bauelement 800A in 8A. Das Bauelement 800B enthält möglicherweise eine dielektrische Schicht 10 und mehrere magnetisch aktive freie Schichtbereiche 11, die möglicherweise in der dielektrischen Schicht 10 eingebettet sind. Die mehreren freien Schichtelemente werden möglicherweise in unterschiedlichsten Geometrien und Größen bereitgestellt, wie in 8B veranschaulicht wird. Die freien Schichtbereiche 11 werden möglicherweise über einen ersten elektrischen Kontaktbereich 13A und einen zweiten elektrischen Kontaktbereich 13B kontaktiert, wie es in Verbindung mit den vorhergehenden Figuren beschrieben worden ist. Das Bauelement 800B enthält möglicherweise ferner eine erste Verdrahtungsstruktur 21A und eine zweite Verdrahtungsstruktur 21B, die möglicherweise dazu ausgelegt sind, eine elektrische Verbindung zu anderen Schaltungselementen und externen Anwendungen bereitzustellen, die das magnetoresistive Bauelement 800B möglicherweise während eines Betriebs verwenden.
Möglicherweise ist es ein Vorteil von Ausführungsformen, wie zum Beispiel den Anordnungen nach den 8A und 8B, dass möglicherweise ein erhöhter Freiheitsgrad in Hinsicht auf Größe und Form der freien Schichtelemente durch die Vermeidung separater Kontaktbereiche erlangt wird. Möglicherweise ist es ein weiterer Vorteil von Ausführungsformen, dass möglicherweise eine erhöhte Kontaktzuverlässigkeit erreicht wird, weil der Schichtstapel auf der freien Schicht möglicherweise als eine elektrische Verbindung für die freien Schichtelemente fungiert, gegenüber anderen separaten Verbindungsschemata. In Ausführungsformen können eine Vielzahl freier Schichtelemente in unterschiedlichsten Geometrien und Größen bereitgestellt werden, wie in 8B veranschaulicht wird. Die Vielzahl von Elementen wird zwischen zwei Kontaktbereichen angeordnet, die von freien Schichtelementen gebildet werden, die nur zum elektrischen Kontaktieren der Verdrahtung fungieren. Das neue Konzept ermöglicht jedwede mögliche Ausrichtungen, wie zum Beispiel Ellipsen mit unterschiedlichen Ausrichtungen oder Kreise oder streifenförmige Strukturen. Die lateralen Abmessungen der freien Schichtstrukturen variieren möglicherweise in einer Ausführungsform in einem Bereich zwischen 50 nm und 50 µm (Mikrometer). In einer weiteren Ausführungsform variiert der Bereich möglicherweise zwischen 100 nm und 10 µm (Mikrometer). Mit den oben genannten Bereichen können flache Oberflächen bereitgestellt werden, und das Bilden inhomogener Dicken kann vermieden werden, während die beabsichtigten magnetischen Eigenschaften möglicherweise innerhalb der oben genannten Bereiche noch beeinflusst werden. Elemente mit Größen über den oben genannten Bereichen neigen dazu, in der Mitte zu sehr durch ein chemisch-mechanisches Polieren gedünnt zu werden.
9 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht einer magnetoresistiven Struktur 900 gemäß der Offenbarung. Die magnetoresistive Struktur 900 ähnelt möglicherweise gemäß der Offenbarung vorher spezifizierten Bauelementen, so dass vorher gemachte Bemerkungen möglicherweise auch für 9 gelten. Zusätzlich wird möglicherweise wenigstens einer der in Verbindung mit den 4A bis 4G beschriebenen Verfahrensschritte zur Herstellung der magnetoresistiven Struktur 900 verwendet.
Die magnetoresistive Struktur 900 enthält möglicherweise eine erste freie Schicht 11A in einer ersten Öffnung 12A einer elektrisch isolierende Schicht 17 und eine zweite freie Schicht 11B in einer zweiten Öffnung 12B in der elektrisch isolierenden Schicht 17. Die erste freie Schicht 11A und die zweite freie Schicht 11B sind möglicherweise durch elektrisch isolierendes Material der elektrisch isolierenden Schicht 17 getrennt. Wenigstens eine Schicht eines magnetoresistiven Schichtstapels 14 erstreckt sich möglicherweise durchgängig oberhalb der elektrisch isolierenden Schicht 17, wenigstens von der ersten Öffnung 12A bis zur zweiten Öffnung 12B. Die magnetoresistive Struktur 900 enthält möglicherweise ferner einen ersten elektrischen Kontakt 13A, um die erste freie Schicht 11A zu kontaktieren, und einen zweiten elektrischen Kontakt 13B, um die zweite freie Schicht 11B zu kontaktieren.
In einem Beispiel ist die magnetoresistive Struktur 900 möglicherweise eine TMR-Struktur, wobei sich wenigstens eine Tunnelschicht eines TMR-Stapels durchgängig oberhalb der elektrisch isolierenden Schicht 17 wenigstens von der ersten Öffnung 12A bis zur zweiten Öffnung 12B erstreckt.
In einem Beispiel erstreckt sich möglicherweise eine Referenzschicht oberhalb der elektrisch isolierenden Schicht 17 wenigstens von der ersten Öffnung 12A bis zur zweiten Öffnung 12B.
In einem Beispiel ist die magnetoresistive Struktur 900 möglicherweise elektrisch mit einer Stromversorgung verbunden, so dass möglicherweise der magnetoresistiven Struktur 900 vom ersten elektrischen Kontakt 13A ein Strom zugeführt wird, und der Strom wird möglicherweise von der magnetoresistiven Struktur 900 durch den zweiten elektrischen Kontakt 13B abgeleitet.
In einem Beispiel weist möglicherweise wenigstens eine der beiden Schichten, die erste freie Schicht 11A oder die zweite freie Schicht 11B, keine lateral geätzten Oberflächen auf.
10 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetoresistiven Bauelements 1000 gemäß der Offenbarung. Das magnetoresistive Bauelement 1000 enthält möglicherweise eine elektrisch isolierende Schicht 18, einen ersten magnetoresistiven Schichtstapel 14A, der über der elektrisch isolierenden Schicht 18 angeordnet ist, und einen zweiten magnetoresistiven Schichtstapel 14B, der über der elektrisch isolierenden Schicht 18 angeordnet ist. Das magnetoresistive Bauelement 1000 enthält möglicherweise ferner eine elektrisch leitfähige Schicht 20, die in die elektrisch isolierende Schicht 18 eingebettet ist und die den ersten magnetoresistiven Schichtstapel 14A und den zweiten magnetoresistiven Schichtstapel 14B elektrisch verschaltet. Es ist anzumerken, dass ein Bauelement ähnlich dem magnetoresistiven Bauelement 1000 in Verbindung mit den 11A bis 11F ausführlicher beschrieben wird.
Die 11A bis 11F veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetoresistiven Bauelements 1100 gemäß der Offenbarung. Das hergestellte magnetoresistive Bauelement 1100 wird möglicherweise als eine Implementierung des magnetoresistiven Bauelements 1000 angesehen, so dass unten beschriebene Details des magnetoresistiven Bauelements 1100 möglicherweise gleichermaßen auf das Bauelement 1000 angewandt werden.
In 11A wird möglicherweise eine elektrisch isolierende Schicht 18 bereitgestellt. Zum Beispiel ist die elektrisch isolierende Schicht 18 möglicherweise gemacht aus oder sie enthält möglicherweise wenigstens eines von Folgenden: Siliziumoxid (SiO₂), Siliziumnitrid (Si₃N₄), und irgendein anderes geeignetes Material.
In 11B wird die elektrisch isolierende Schicht 18 möglicherweise strukturiert, so dass möglicherweise eine erste Rille 12A, eine zweite Rille 12B und eine dritte Rille 12C gebildet werden. Zusätzlich werden möglicherweise ein erstes Durchgangsloch 19A, das sich vom Boden der ersten Rille 12A bis zur unteren Hauptoberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 18 erstreckt, und ein zweites Durchgangsloch 19B, das sich vom Boden der zweiten Rille 12B bis zur unteren Hauptoberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 18 erstreckt, bereitgestellt. Irgendeine geeignete Technik wird möglicherweise eingesetzt, um die elektrisch isolierende Schicht 18 auf die beschriebene Art und Weise zu strukturieren. Insbesondere gelten in Verbindung mit den 4B und 4D gemachte Ausführungen möglicherweise ebenso für 11B.
In 11C wird möglicherweise jedes der Durchgangslöcher 19A und 19B mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt, so dass möglicherweise die elektrischen Kontakte 13A und 13B gebildet werden. In dieser Hinsicht gelten in Verbindung mit 4B gemachte Ausführungen möglicherweise ebenso für 11C.
Zusätzlich wird möglicherweise ein elektrisch leitfähiges Material 20 in der ersten Rille 12A, der zweiten Rille 12B und der dritten Rille 12C ebenso wie über der elektrisch isolierenden Schicht 18 abgeschieden. Irgendein gewünschtes Metall wird möglicherweise als das elektrisch leitfähige Material 20 verwendet, zum Beispiel wenigstens eines von Folgenden: Al, Cu, Ni, Sn, Au, Ag, Pt, Pd, und eine Legierung aus einem oder mehreren dieser Metalle. Das elektrisch leitfähige Material 20 muss nicht homogen sein oder aus nur einem Material hergestellt sein. Verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der im elektrisch leitfähigen Material 20 enthaltenen Materialien sind möglich. Das elektrisch leitfähige Material 20 hat möglicherweise zum Beispiel die Form einer Schicht, die eine Fläche bedeckt. Insbesondere bedeckt das elektrisch leitfähige Material 20 möglicherweise vollständig die obere Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 18 und wird möglicherweise später strukturiert.
In 11D werden möglicherweise Teile des elektrisch leitfähigen Materials 20, das über der elektrisch isolierenden Schicht 18 angeordnet ist, entfernt. Danach bleibt jede der Rillen 12A bis 12C möglicherweise mit einem jeweiligen Teilbereich 20A bis 20C des elektrisch leitfähigen Materials 20 gefüllt. Es ist anzumerken, dass das Entfernen der Teile des elektrisch leitfähigen Materials 20 möglicherweise dem Entfernen der Teile des freien Schichtsystems 11 ähnelt, wie es in Verbindung mit 4F beschrieben wurde. Entsprechende Bemerkungen gelten somit möglicherweise ebenso für 11D. Nach dem Entfernen der Teile des elektrisch leitfähigen Materials 20 ist die obere Oberfläche des ersten Teilbereichs 20A möglicherweise bündig zur oberen Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 18. Analog sind die oberen Oberflächen des zweiten Teilbereichs 20B bzw. des dritten Teilbereichs 20C möglicherweise bündig zur oberen Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 18.
In 11E wird möglicherweise ein erster Schichtstapel 14A so gebildet, dass er sich durchgängig oberhalb der elektrisch isolierenden Schicht 18 vom ersten Teilbereich 20A bis zum dritten Teilbereich 20C erstreckt. Zum Beispiel enthält der erste Schichtstapel 14A möglicherweise einen TMR-Schichtstapel, wie er z.B. in Verbindung mit 4G beschrieben wurde, oder eine GMR-Schicht, wie sie z.B. in Verbindung mit 8A beschrieben wurde. In einem anderen Beispiel ist der erste Schichtstapel 14A möglicherweise dazu ausgelegt, als ein AMR-Schichtstapel zu fungieren. In analoger Weise wird möglicherweise ein zweiter Schichtstapel 14B so gebildet, dass er sich durchgängig oberhalb der elektrisch isolierenden Schicht 18 vom zweiten Teilbereich 20B bis zum dritten Teilbereich 20C erstreckt. In Verbindung mit dem ersten Schichtstapel 14A gemachte Ausführungen gelten somit möglicherweise auch für den zweiten Schichtstapel 14B.
Das magnetoresistive Bauelement 1100 ist möglicherweise dazu ausgelegt, auf Basis wenigstens eines der Folgenden betrieben zu werden: eines AMR-Effekts, eines GMR-Effekts, und eines TMR-Effekts. Der dritte Teilbereich 20C des elektrisch leitfähigen Materials ist möglicherweise dazu ausgelegt, den ersten Schichtstapel 14A und den zweiten Schichtstapel 14B elektrisch zu verbinden. Demzufolge werden möglicherweise zusätzliche elektrische Verbindungen (z.B. Durchkontaktierungen) vermieden, die sich durch die elektrisch isolierende Schicht 18 erstrecken. Zusätzlich wird möglicherweise wenigstens einer der Teilbereiche 20A bis 20C als eine sogenannte Barberpol-Struktur verwendet. Barberpole sind hochgradig leitfähige Bereiche, die parallel mit einem AMR-Film verbunden sind, um eine definierte Stromrichtung in Bezug auf die magnetische Vorzugsachse zu erlangen. Diese Technik wird üblicherweise in der AMR-Technologie verwendet.
In 11F werden möglicherweise die Verdrahtungsstrukturen 21A und 21B gebildet, z.B. unterhalb der unteren Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 18. Die Verdrahtungsstrukturen 21A und 21B stellen möglicherweise z.B. eine elektrische Verbindung zu anderen Schaltungselementen und externen Anwendungen bereit, die das magnetoresistive Bauelement 1100 möglicherweise während eines Betriebs verwenden.
Während ein besonderes Merkmal oder ein besonderer Aspekt der Offenbarung möglicherweise in Hinsicht auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart worden ist, wird möglicherweise solch ein Merkmal oder Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert, wie es möglicherweise für irgendeine gegebene oder besondere Anwendung erwünscht und vorteilhaft ist. Soweit die Begriffe „enthalten“, „aufweisen“, „mit“ oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, ist ferner beabsichtigt, dass solche Begriffe in ähnlicher Art und Weise einschließend sind wie der Begriff „umfassen“. Auch ist der Begriff „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel gemeint, anstatt als das Beste oder das Optimum. Es versteht sich auch, dass hierin der Einfachheit halber und zur Erleichterung des Verständnisses aufgezeigte Merkmale und/oder Elemente mit relativen besonderen Abmessungen zueinander veranschaulicht werden und dass sich eigentliche Abmessungen möglicherweise wesentlich von den hierin veranschaulichten unterscheiden.
Obwohl hierin spezifische Beispiele veranschaulicht und beschrieben worden sind, versteht es sich für Durchschnittsfachleute, dass möglicherweise unterschiedlichste alternative und/oder äquivalente Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Aspekte ausgetauscht werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jedwede Anpassungen oder Varianten der hierin erörterten spezifischen Aspekte abdecken. Es ist demzufolge beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente eingeschränkt wird.

Claims

Magnetoresistives Bauelement, umfassend: ein Substrat; eine elektrisch isolierende Schicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine erste freie Schicht, die in die elektrisch isolierende Schicht eingebettet ist; und eine zweite freie Schicht, die in die elektrisch isolierende Schicht eingebettet ist, wobei die erste freie Schicht und die zweite freie Schicht durch einen Teilbereich der elektrisch isolierenden Schicht getrennt sind.
Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche der ersten freien Schicht, die dem Substrat abgewandt ist und eine Oberfläche der zweiten freien Schicht, die dem Substrat abgewandt ist, bündig zu einer Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht sind, die dem Substrat abgewandt ist.
Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen Schichtstapel, der über der ersten freien Schicht und der zweiten freien Schicht angeordnet ist.
Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch 3, wobei der Schichtstapel eine Tunnelbarriereschicht und eine Referenzschicht umfasst, wobei eine elektrische Verbindung zwischen einem Schichtstapelteilbereich über der ersten freien Schicht und einem Schichtstapelteilbereich über der zweiten freien Schicht hergestellt wird.
Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch 3 oder 4, ferner umfassend: eine ferromagnetische Zwischenschicht, die zwischen der ersten freien Schicht und dem Schichtstapel, und zwischen der zweiten freien Schicht und dem Schichtstapel angeordnet ist.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine erste Tunnelbarriereschicht, die über der ersten freien Schicht angeordnet ist; und eine zweite Tunnelbarriereschicht, die über der zweiten freien Schicht angeordnet ist, wobei die erste Tunnelbarriereschicht und die zweite Tunnelbarriereschicht durch einen Teilbereich der elektrisch isolierenden Schicht getrennt sind, und wobei eine Oberfläche der ersten Tunnelbarriereschicht, die dem Substrat abgewandt ist, und eine Oberfläche der zweiten Tunnelbarriereschicht, die dem Substrat abgewandt ist, bündig zu einer Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht sind, die dem Substrat abgewandt ist.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein elektrisches Kontaktelement, das sich wenigstens zum Teil durch das Substrat erstreckt und das elektrisch mit der ersten freien Schicht gekoppelt ist.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine dritte freie Schicht, die in der elektrisch isolierenden Schicht zwischen der ersten freien Schicht und der zweiten freien Schicht eingebettet ist, wobei die dritte freie Schicht von der ersten freien Schicht und der zweiten freien Schicht durch Teilbereiche der elektrisch isolierenden Schicht getrennt ist.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl die erste freie Schicht, die zweite freie Schicht als auch die elektrisch isolierende Schicht eine Dicke in einem Bereich von 0,5 Nanometer bis 50 Nanometer aufweisen.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste freie Schicht und die zweite freie Schicht aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetoresistive Bauelement ein erstes tunnel-magnetoresistives Element und ein zweites tunnelmagnetoresistives Element umfasst, die in Reihe verbunden sind, wobei das erste tunnel-magnetoresistive Element die erste freie Schicht umfasst und das zweite tunnelmagnetoresistive Element die zweite freie Schicht umfasst.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetoresistive Bauelement ein erstes tunnel-magnetoresistives Element und ein zweites tunnelmagnetoresistives Element umfasst, die in Reihe verbunden sind, wobei beide Elemente, das erste tunnel-magnetoresistive Element und das zweite tunnel-magnetoresistive Element, dazu ausgelegt sind, in einem Current-Perpendicular-to-Plane Modus betrieben zu werden.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetoresistive Bauelement einen Strompfad zwischen der ersten freien Schicht und der zweiten freien Schicht umfasst.
Magnetoresistives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste freie Schicht und die zweite freie Schicht freie Schichten eines giant-magnetoresistiven Elements oder eines tunnel-magnetoresistiven Elements sind.
Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Bauelements, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Substrats; Abscheiden einer elektrisch isolierenden Schicht über dem Substrat; Bilden einer ersten Vertiefung in der elektrisch isolierenden Schicht; Bilden einer zweiten Vertiefung in der elektrisch isolierenden Schicht, wobei die erste Vertiefung von der zweiten Vertiefung getrennt ist; Abscheiden einer ersten freien Schicht in der ersten Vertiefung; und Abscheiden einer zweiten freien Schicht in der zweiten Vertiefung.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bilden der ersten Vertiefung und der zweiten Vertiefung ein Ätzen der elektrisch isolierenden Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Abscheiden der ersten freien Schicht in der ersten Vertiefung und das Abscheiden der zweiten freien Schicht in der zweiten Vertiefung umfasst: Abscheiden einer freien Schicht in der ersten Vertiefung, in der zweiten Vertiefung und über der elektrisch isolierenden Schicht; und Entfernen der freien Schicht über der elektrisch isolierenden Schicht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Entfernen der freien Schicht über der elektrisch isolierenden Schicht das Durchführen eines chemisch-mechanisches Polierprozesses umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Bereitstellen des Substrats umfasst, ein Substrat mit einem ersten Kontakt zum Kontaktieren der ersten freien Schicht und mit einem zweiten Kontakt zum Kontaktieren der zweiten freien Schicht bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Verfahren in einen CMOS-Herstellungsprozess integriert ist.
Magnetoresistives Bauelement, umfassend: eine elektrisch isolierende Schicht; einen ersten magnetoresistiven Schichtstapel, der über der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet ist; einen zweiten magnetoresistiven Schichtstapel, der über der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet ist; und eine elektrisch leitfähige Schicht, die in die elektrisch isolierende Schicht eingebettet ist und die den ersten magnetoresistiven Schichtstapel und den zweiten magnetoresistiven Schichtstapel elektrisch koppelt.
Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch 21, wobei eine Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht bündig zu einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht ist, die dem Substrat abgewandt ist.
Magnetoresistives Bauelement nach Anspruch 21 oder 22, ferner umfassend: eine zweite elektrisch leitfähige Schicht, die in die elektrisch isolierende Schicht eingebettet ist, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht und die zweite elektrisch leitfähige Schicht durch einen Teilbereich der elektrisch isolierenden Schicht getrennt sind; und ein elektrisches Kontaktelement, das sich durch die elektrisch isolierende Schicht erstreckt und das elektrisch mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht gekoppelt ist.
Magnetoresistive Struktur, umfassend: eine erste freie Schicht in einer ersten Öffnung einer elektrisch isolierenden Schicht; eine zweite freie Schicht in einer zweiten Öffnung der elektrisch isolierenden Schicht, wobei die erste freie Schicht und die zweite freie Schicht durch einen Teilbereich elektrisch isolierenden Materials der elektrisch isolierenden Schicht getrennt sind, wobei wenigstens eine Schicht eines magnetoresistiven Schichtstapels sich durchgängig oberhalb der elektrisch isolierenden Schicht wenigstens von der ersten Öffnung bis zur zweiten Öffnung erstreckt; und ein erster elektrischer Kontakt, um die erste freie Schicht zu kontaktieren und ein zweiter elektrischer Kontakt, um die zweite freie Schicht zu kontaktieren.
Magnetoresistive Struktur nach Anspruch 24, wobei die magnetoresistive Struktur eine tunnel-magnetoresistive Struktur ist, wobei wenigstens eine Tunnelschicht eines tunnelmagnetoresistiven Stapels sich durchgängig oberhalb der elektrisch isolierenden Schicht wenigstens von der ersten Öffnung bis zur zweiten Öffnung erstreckt.