DE102016105377A1

DE102016105377A1 - Weichmagnetisches Material mit hohem spezifischen Widerstand für miniaturisierten Stromrichter

Info

Publication number: DE102016105377A1
Application number: DE102016105377.5A
Authority: DE
Inventors: Hariklia Deligianni; William J. Gallagher; Andrew John Kellock; Eugene J. O'Sullivan; Lubomyr T. Romankiw; Naigang Wang
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2016-09-29
Also published as: GB2536814A; US20160284451A1; US20180076275A1; GB201604426D0; CN106024266B; US9653532B2; US20160336387A1; US20160284788A1; US9865673B2; CN106024266A; US10971576B2; US9437668B1

Abstract

Eine magnetische Struktur auf einem Chip beinhaltet ein magnetisches Material, das Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 Atom-% (At.-%) auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials und Palladium im Wesentlichen im gesamten magnetischen Material verteilt aufweist.

Description

PRIORITÄT
Diese Anmeldung ist eine Fortsetzung von und beansprucht Priorität gegenüber der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 14/666 624, eingereicht am 24. März 2015, mit dem Titel „HIGH RESISTIVITY SOFT MAGNETIC MATERIAL FOR MINIATURIZED POWER CONVERTER”, deren gesamte Inhalte durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetische Materialien und im Besonderen auf magnetische Materialien für miniaturisierte Stromrichter.
Die Technologien für Stromrichtereinheiten entwickeln sich von Zusammenstellungen diskreter Bauelemente auf einer Platine zu kompakt gehäusten Zusammenstellungen von Stromrichterbauelementen mit immer kleineren Abmessungen. Unter Umständen müssen die kompakten Miniaturgehäuse jedoch um zusätzliche diskrete, induktive Bauelemente ergänzt werden.
Induktive Bauelemente auf einem Chip beinhalten Materialien mit hoher Energiedichte wie zum Beispiel magnetische Materialien. Zu Beispielen für magnetische Materialien zählen Materialien auf Grundlage von Ferrit und Metalllegierungen. Solche Materialien können Dicken im Bereich von hunderten von Nanometern (nm) bis zu einigen Mikrometern aufweisen. Ferritmaterialien werden jedoch im Allgemeinen bei hohen Temperaturen (z. B. bei mehr als 800°C) verarbeitet, die nicht mit den Bearbeitungstemperaturen von Verdrahtungen auf Chips mit komplementären Metalloxidhalbleitern (complementary metal-oxide semiconductor, CMOS) vereinbar sind. NiFe, CoFe und CoZrTa sind Beispiele für magnetische Legierungen.
Magnetische Metalle können durch Vakuumabscheidungstechnologien (z. B. Sputtern), elektrolytische Abscheidung und stromlose Abscheidung in wässrigen Lösungen abgeschieden werden. Verfahren zur Vakuumabscheidung können zum Abscheiden einer großen Vielfalt von magnetischen Materialien verwendet werden. Elektrolytische Abscheidung wird aufgrund ihrer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit, konformen Abdeckung und geringen Kosten zum Abscheiden dicker Metalldünnschichten verwendet. Vakuumverfahren können jedoch mit geringen Abscheidungsgeschwindigkeiten und schlechter konformer Abdeckung einhergehen, und die resultierenden magnetischen Dünnschichten sind schwierig zu strukturieren.
Im Vergleich zu Ferritmaterialien können magnetische Legierungen eine höhere Permeabilität und magnetische Flussdichte aufweisen, die erforderlich sind, um eine hohe Energiedichte für Einheiten auf einem Chip zu erreichen. Der spezifische Widerstand von magnetischen Legierungen kann jedoch niedrig sein (z. B. niedriger als 50 Mikro-Ohm (μΩ)·Zentimeter (cm)). Da viele Einheiten auf einem Chip bei hohen Frequenzen betrieben werden (z. B. höher als 10 Megahertz (MHz)), können starke Wirbelströme in dem Magnetkern induziert werden. Bei Wirbelströmen handelt es sich um kreisförmige elektrische Ströme, die durch ein sich änderndes Magnetfeld in Leitern induziert werden und bei hohen Frequenzen zu starken Wechselstromverlusten führen. Ein Verfahren zum Verringern von Wirbelströmen besteht darin, den spezifischen Widerstand des weichmagnetischen Materials so zu erhöhen, dass die Wirbelströme auf jede einzelne Magnetschicht beschränkt bleiben. Darüber hinaus weisen dünnere Magnetschichten einen höheren effektiven magnetischen Widerstand auf, was zu schwächeren Wirbelströmen führt.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine magnetische Struktur auf einem Chip ein magnetisches Material, das Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 Atom-% (At.-%) auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials und Palladium im Wesentlichen im gesamten magnetischen Material verteilt beinhaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden einer magnetischen Struktur auf einem Chip ein Aktivieren einer magnetischen Keimschicht mit Palladium, wobei die magnetische Keimschicht über einem Halbleitersubstrat positioniert ist; und ein stromloses Abscheiden einer magnetischen Legierung auf dem Palladium so, dass eine Pd/CoWP-Schicht ausgebildet wird; wobei die Pd/CoWP-Schicht Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials und Palladium im Wesentlichen im gesamten magnetischen Material verteilt beinhaltet.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden einer magnetischen Struktur auf einem Chip ein Aktivieren einer magnetischen Keimschicht mit Palladium, wobei die magnetische Keimschicht über einem Halbleitersubstrat positioniert ist; und ein stromloses Abscheiden einer magnetischen Legierung auf dem Palladium in Gegenwart eines Vormagnetisierungsfeldes so, dass eine Dünnschicht ausgebildet wird; wobei die Dünnschicht Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials und Palladium im Wesentlichen im gesamten magnetischen Material verteilt beinhaltet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung genau dargelegt und ausdrücklich beansprucht. Die obigen und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Substrats ist, das eine Haftschicht, eine Keimschicht und eine Schutzschicht aufweist;
2 eine Querschnittsansicht des Substrats von 1 ist, das eine strukturierte lithographische Lackmaske auf der Keimschicht aufweist;
3 eine Querschnittsansicht des Substrats von 2 ist, bei dem die Schutzschicht, die Keimschicht und die Haftschicht strukturiert sind;
4 eine Querschnittsansicht des Substrats von 3 ist, von dem die Lackschicht und die Schutzschicht entfernt worden sind;
5 eine Querschnittsansicht des Substrats von 4 ist, bei dem die Keimschicht mit Palladium aktiviert ist;
6 eine Querschnittsansicht des Substrats von 5 ist, bei dem eine stromlos abgeschiedene Schicht auf der mit Palladium aktivierten Schicht ausgebildet ist;
7A ein Graph ist, der ein Moment als Funktion eines angelegten Feldes für eine Pd/CoWP-Schicht wie abgeschieden darstellt.
7B ein Graph ist, der ein Moment als Funktion eines angelegten Feldes für eine Pd/CoWP-Schicht nach einem Tempern bei 200°C über 1 Stunde darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin werden Verfahren zum stromlosen Abscheiden und Materialien offenbart, die durch solche Verfahren ausgebildet werden. Die Verfahren und Materialien werden dazu verwendet, magnetische Strukturen auf einem Chip auszubilden, etwa Spulen oder Transformatorstrukturen auf einem Chip, z. B. Strukturen geschlossener Joche oder geschirmter Platten.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet eine magnetische Struktur auf einem Chip ein magnetisches Material, das Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials und Palladium im Wesentlichen im gesamten magnetischen Material verteilt beinhaltet. Die Materialien werden als Pd/CoWP-Materialien oder -Schichten bezeichnet.
Die folgenden Definitionen und Abkürzungen sind für die Auslegung der Ansprüche und der Beschreibung zu verwenden. So, wie die Begriffe hierin verwendet werden, sollen „weist auf”, „aufweisend”, „beinhaltet”, „beinhaltend”, verfügt über”, „verfügend über”, „enthält” oder „enthaltend” oder jegliche sonstige Variante von diesen eine nichtausschließliche Einbeziehung abdecken. Beispielsweise ist eine Zusammensetzung, ein Gemisch, ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, der/die/das eine Auflistung von Elementen aufweist, nicht zwingend auf nur diese Elemente beschränkt, sondern kann sonstige Elemente beinhalten, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder einer/einem solchen Zusammensetzung, Gemisch, Prozess, Verfahren, Gegenstand oder Vorrichtung inhärent sind.
So, wie sie hierin verwendet werden, sollen die Artikel „ein” und „eine”, die einem Element oder einer Komponente vorangestellt sind, die Anzahl (d. h. das Auftreten) des Elements oder der Komponente nicht einschränken. Daher soll „ein” oder „eine” so verstanden werden, dass eines oder zumindest eines beinhaltet ist, und der Begriff für das Element oder die Komponente im Singular beinhaltet auch den Plural, sofern nicht offensichtlich ist, dass die Anzahl im Singular gemeint ist.
So, wie die Begriffe hierin verwendet werden, handelt es sich bei „Erfindung” oder „vorliegende Erfindung” um nichtbeschränkende Begriffe, und sie sollen sich nicht auf einen beliebigen einzelnen Aspekt der jeweiligen Erfindung beziehen, sondern alle möglichen Aspekte einschließen, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben werden.
So, wie der Begriff hierin verwendet wird, bezieht sich „etwa”, das die Menge eines Bestandteils, einer Komponente oder eines Reaktants der eingesetzten Erfindung modifiziert, auf Schwankungen in den Zahlenwerten, die zum Beispiel durch typische Prozeduren zum Messen und für Liquid Handling auftreten können, die zum Herstellen von Konzentraten oder Lösungen eingesetzt werden. Darüber hinaus können Schwankungen durch einen unbeabsichtigten Fehler in den Messprozeduren, Unterschiede bei Fertigung, Quelle oder Reinheit der zum Herstellen der Zusammensetzungen oder zum Ausführen der Verfahren verwendeten Bestandteile und dergleichen auftreten. In einem Aspekt bedeutet der Begriff „etwa” innerhalb von 10% des angegebenen Zahlenwertes. In einem weiteren Aspekt bedeutet der Begriff „etwa” innerhalb von 5% des angegebenen Zahlenwertes. In einem noch weiteren Aspekt bedeutet der Begriff „etwa” innerhalb von 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 oder 1% des angegebenen Zahlenwertes.
So, wie die Begriffe hierin verwendet werden, bedeuten „Atomprozent”, „Atom-%” und „At.-%” die Anzahl der Atome einer Reinsubstanz dividiert durch die Gesamtzahl der Atome einer Verbindung oder einer Zusammensetzung multipliziert mit 100.
Es versteht sich, dass die magnetischen Strukturen auf einem Chip im Hinblick auf eine jeweilige veranschaulichende Architektur mit einem Wafer oder einem Halbleitersubstrat beschrieben werden. Sonstige Architekturen, Strukturen, Substratmaterialien, Prozessmerkmale und -schritte können jedoch variieren.
Es versteht sich außerdem, dass, wenn ein Element wie zum Beispiel eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als „auf” oder „über” einem weiteren Element befindlich bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder dazwischenliegende Elemente ebenfalls vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt auf” oder „direkt über” einem weiteren Element befindlich bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Es versteht sich außerdem, dass, wenn ein Element als mit einem weiteren Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als mit einem weiteren Element „direkt verbunden” oder „direkt gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Der Entwurf für einen integrierten Schaltungs-Chip kann in einer graphischen Programmiersprache erstellt und auf einem Computer-Speichermedium wie zum Beispiel einem Datenträger, einem Band, einer physischen Festplatte oder einer virtuellen Festplatte (z. B. einem Speicherzugriffs-Netzwerk) gespeichert werden. Wenn der Entwickler die Chips oder die Photolithographiemasken, die zum Fertigen von Chips verwendet werden, nicht fertigt, kann der Entwickler den resultierenden Entwurf durch physische Mittel (z. B. durch Bereitstellen einer Kopie des Speichermediums, das den Entwurf speichert) oder elektronisch (z. B. über das Internet) direkt oder indirekt an solche Einheiten übertragen. Der gespeicherte Entwurf wird anschließend zur Fertigung von Photolithographiemasken in das entsprechende Format (z. B. GDSII) umgewandelt, was mehrere Kopien des betreffenden Chip-Entwurfs beinhalten kann, die auf einem Wafer ausgebildet werden sollen. Die Photolithographiemasken definieren Gebiete auf dem Wafer (und/oder den Schichten darauf), die geätzt oder auf andere Weise bearbeitet werden sollen.
Die hierin beschriebenen Verfahren können zum Fertigen von integrierten Schaltungs-Chips verwendet werden. Die resultierenden integrierten Schaltungs-Chips können durch den Hersteller in Form eines Roh-Wafers (als einzelner Wafer, der mehrere gehäuselose Chips aufweist), als bloßer Chip oder in einem Gehäuse vertrieben werden. Wenn er in einem Gehäuse untergebracht wird, wird der Chip in einem Einzel-Chip-Gehäuse (z. B. auf einem Kunststoffträger mit Zuleitungen, die an einer Hauptplatine oder einem sonstigen übergeordneten Träger befestigt sind) oder in einem Mehrfach-Chip-Gehäuse angebracht (z. B. auf einem Keramikträger, der entweder Oberflächenverbindungen oder vergrabene Verbindungen oder beides aufweist). Anschließend wird der Chip jeglicher Fertigungs- oder Konfektionierungsform folgend mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder sonstigen Signalverarbeitungseinheiten als Teil entweder eines Zwischenproduktes wie zum Beispiel einer Hauptplatine oder eines Endproduktes integriert. Bei dem Endprodukt kann es sich um ein beliebiges Produkt handeln, das integrierte Schaltungs-Chips beinhaltet, von Spielzeug und sonstigen einfachen Anwendungen bis hin zu hochentwickelten Computerprodukten, die eine Anzeige, eine Tastatur oder eine sonstige Eingabeeinheit und einen Zentralprozessor aufweisen.
Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Grundgedanken wie auch sonstige Varianten von diesen bedeutet, dass ein(e) bestimmte(s) Merkmal, Struktur, Eigenschaft und so werter, das/die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken beinhaltet ist. Folglich bezieht sich die Wendung „bei einer Ausführungsform” wie auch jegliche sonstige Varianten, die an verschiedenen Stellen in der gesamten Beschreibung auftauchen, nicht zwingend sämtlich auf dieselbe Ausführungsform.
So, wie der Begriff hierin verwendet wird, bedeutet „Widerstand” das Entgegenwirken gegen das Fließen eines elektrischen Stroms durch einen Leiter. Messwerte eines Flächenwiderstands werden hierin mit einer 4-Punkt-Sonde M700 von Magnetron Instruments unmittelbar nach einem Abscheiden wie auch nach einem Tempern genommen. Ein durchschnittlicher spezifischer Widerstand wird aus dem spezifischen Flächenwiderstand unter Verwendung der gesamten beteiligten Dünnschichtdicken berechnet. Die Keim- und die abgeschiedene Schicht weisen unterschiedliche spezifische Widerstände auf, und der spezifische Schichtwiderstand kann innerhalb der einzelnen Schichtdicken variieren. Der Durchschnittswert für eine repräsentative Gesamtdicke ist jedoch charakteristisch für den spezifischen Widerstand, der bei einer elektrischen Nutzung maßgeblich ist.
So, wie der Begriff hierin verwendet wird, ist die „Koerzitivfeldstärke” oder „H_c” ein Maß für die Fähigkeit eines ferromagnetischen Materials, einem äußeren Magnetfeld zu widerstehen, ohne entmagnetisiert zu werden. Folglich handelt es sich bei der Koerzitivfeldstärke um die Intensität des angelegten Magnetfeldes, die dazu erforderlich ist, die Magnetisierung dieses Materials auf null zu verringern, nachdem die Magnetisierung bis zur Sättigung verstärkt worden ist. Die Koerzitivfeldstärke wird in den Einheiten Oersted (Oe) oder Ampere/Meter angegeben. Ferromagnetische Materialien mit einer hohen Koerzitivfeldstärke werden als magnetisch „harte” Materialien bezeichnet. Bei Materialien mit einer geringen Koerzitivfeldstärke handelt es sich um magnetisch „weiche” Materialien. Die Koerzitivfeldstärke wird durch Messen der magnetischen Hystereseschleife des Materials, auch als Magnetisierungskurve bezeichnet, ermittelt. Messungen der magnetischen Hystereseschleife werden hierin mithilfe eines Schwingmagnetometers (Vibrating Sample Magnetometer, VSM), eines MicroSense Model 10, an quadratischen Proben von 1 Zoll durchgeführt. Das angelegte Magnetfeld variiert von –100 Oe bis +100 Oe. Bei dem angelegten Feld, bei dem ein Nulldurchgang der Datenlinie vorliegt, handelt es sich um die Koerzitivfeldstärke.
So, wie der Begriff hierin verwendet wird, bedeutet „magnetische Anisotropie” die Richtungsabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften eines Materials. Abhängig von der Orientierung des Magnetfeldes im Hinblick auf das Kristallgitter des Materials ist ein niedrigeres oder ein höheres Magnetfeld erforderlich, um die Sättigungsmagnetisierung zu erreichen. Bei der „leichten Achse” handelt es sich um die Richtung innerhalb eines Kristalls, entlang derer ein kleines angelegtes Magnetfeld ausreicht, um die Sättigungsmagnetisierung zu erreichen. Bei der „schweren Achse” handelt es sich um die Richtung innerhalb eines Kristalls, entlang derer ein großes angelegtes Magnetfeld erforderlich ist, um die Sättigungsmagnetisierung zu erreichen.
Es wird nun auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Elemente darstellen, und zuerst auf 1 bis 6 Bezug genommen, in denen ein stromloser Abscheidungsprozess zum Ausbilden eines magnetischen Bauelements auf einem Chip veranschaulichend dargestellt wird. Bei den magnetischen Bauelementen kann es sich um Spulen, Transformatoren, Magnetjoche, Magneten und dergleichen handeln.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine optionale Haftschicht 120 auf einem Substrat 110 abgeschieden, bei dem es sich um ein beliebiges Halbleitersubstrat handeln kann. Die Haftschicht 120 wird dazu verwendet, die Haftung zwischen einer Keimschicht 130 und dem Substrat 110 zu verbessern. Die Haftschicht 120 kann Chrom, Mangan, Wolfram, Molybdän, Ruthenium, Palladium, Platin, Iridium, Rhenium, Rhodium, Osmium, Titan, Tantal, Wolframnitrid, Molybdännitrid, Titannitrid, Tantalnitrid, Rutheniumnitrid, Iridiumnitrid, Rheniumnitrid, Rhodiumnitrid, Osmiumnitrid, Mangannitrid oder eine beliebige Kombination von diesen beinhalten. Es können jedoch auch sonstige Materialien in der Haftschicht 120 eingesetzt werden. Die Keimschicht 130 wird entweder auf dem Substrat 110 oder auf der Haftschicht 120 abgeschieden. Das Substrat 110 kann ein Teil eines Wafers oder ein eigenständiges Substrat sein. Das Substrat 110 kann Silicium oder ein beliebiges Substratmaterial, z. B. GaAs, InP, SiC oder eine beliebige Kombination von diesen beinhalten.
Die Keimschicht 130 kann mithilfe eines Prozesses zur physikalischen Gasphasenabscheidung (physical-vapor-deposition, PVD)(z. B. Sputtern) oder eines stromlosen/elektrolytischen Abscheidungsprozesses ausgebildet werden. Während des Abscheidens der Keimschicht 130 kann ein Vormagnetisierungsfeld angelegt werden, um magnetische Anisotropie zu erzeugen. Die Keimschicht 130 beinhaltet ein Metall, zum Beispiel ein Metall oder eine Kombination von Metallen mit magnetischen Eigenschaften oder eine nichtmagnetische Schicht. Die Keimschicht 120 kann Nickel, Cobalt, Eisen, Mangan, Bor, Phosphor, Platin, Palladium, Ruthenium, Iridium, Rhodium, Rhenium, Wolfram, Molybdän, Titan, Tantal, Kupfer, Gold oder eine beliebige Kombination von diesen beinhalten. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Keimschicht 130 Nickel in einer Menge in einem Bereich von etwa 60 bis etwa 95 At.-% und Eisen in einer Menge in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 40 At.-%. Beispielsweise kann die Keimschicht 130 etwa 80 Gew.-% Nickel und etwa 20 Gew.-% Eisen (Ni₈₀Fe₂₀) beinhalten. Die Keimschicht 130 kann eine Dicke von zumindest etwa 60 nm aufweisen. Da durch die Palladiumaktivierung (die im Folgenden in 5 beschrieben wird) etwa 10 bis 20 nm der Keimschicht 130 geätzt werden, darf die Keimschicht 130 nicht zu dünn sein. Wenn die Keimschicht zu dünn ist, sind die stromlos abgeschiedenen Dünnschichten, die darauf abgeschieden worden sind, selbst bei einer niedrigen Temperatur anfälliger für eine Verschlechterung der Koerzitivfeldstärke. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird daher angenommen, dass eine Haftung und eine Dehnung von Dünnschichten, die auf sehr dünnen Keimschichten abgeschieden sind, unzureichend sind, um eine stabile amorphe Mikrostruktur zu erzeugen, was zu einer Verschlechterung von magnetischen Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen führt. Bei einer Ausführungsform weist die Keimschicht 130 eine Dicke von etwa 50 bis etwa 70 nm auf. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Keimschicht 130 eine Dicke von etwa 45 bis etwa 95 nm auf. Bei einer noch weiteren Ausführungsform weist die Keimschicht 130 eine Dicke von etwa 10 bis etwa 200 nm oder zumindest eine Dicke von etwa 40 nm auf.
Eine optionale Deckschicht oder Schutzschicht 140 kann dazu eingesetzt werden, die Keimschicht 130 zu schützen. Die Deckschicht 140 kann zum Beispiel Titan beinhalten, wenngleich ein beliebiges Metall oder Nichtmetall eingesetzt werden kann. Die passive Deckschicht 140 kann unmittelbar vor einem stromlosen Abscheiden entfernt werden, um eine makellose Oberfläche der Keimschicht 130 sicherzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Lack 210 wie zum Beispiel ein Photolack auf eine Oberfläche der Keimschicht 130 oder gegebenenfalls auf die Deckschicht 140 aufgebracht. Der Lack 210 wird so strukturiert, dass die erwünschte Form der Keimschicht 130 erzielt wird, wie im Folgenden beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein lithographisches Strukturieren der Keimschicht 130 durchgeführt. Ein lithographisches Strukturieren beinhaltet ein bertragen der Struktur des strukturierten Lacks 210 in die Haft- und gegebenenfalls die Deckschicht 120, 140. in jedem Fall wird die Keimschicht 130 mithilfe des Lacks 210 strukturiert. Es kann eine Nassätzung eingesetzt werden, um die Keimschicht 130 und optional die Haftschicht 120 von einem Feldbereich 310 zu entfernen. Der Lack 210 und die unbehandelte Deckschicht 140 können so entfernt werden, dass die makellose Keimschicht 130 in der entsprechenden Form freigelegt wird, auf der stromlos abgeschiedene Strukturen ausgebildet werden können. Es können auch sonstige Verfahren eingesetzt werden, um einen entsprechenden Abschnitt der Keimschicht 130 zu strukturieren oder freizulegen.
Unter Bezugnahme auf 4 wird der Lack 210 (die Maske) entfernt, und es wird die Deckschicht 140 entfernt, sofern vorhanden. An der Keimschicht 130 wird eine Palladiumaktivierung durchgeführt. Eine Palladiumaktivierung beinhaltet ein Eintauchen des Substrats 110 in eine palladiumhaltige Lösung. Beispielsweise kann eine Palladiumsulfatlösung verwendet werden. Es können auch sonstige palladiumhaltige Lösungen und Palladiumsalze und -verbindungen verwendet werden. Zu nichtbeschränkenden Beispielen für geeignete Palladiumsalze zählen Palladiumchlorid, Palladiumbromid, Palladiumiodid, Palladiumacetat, Palladiumnitrat oder eine beliebige Kombination von diesen. Bei der Menge von Palladium in einer Aktivierungslösung handelt es sich um eine Menge in einem Bereich von etwa 50 bis etwa 60 Teile pro Million (parts per million, ppm). In einem weiteren Aspekt beträgt die Menge von Palladium in einer Aktivierungslösung von etwa 10 bis etwa 100 ppm. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird der Keimschicht Palladiumsulfat in Gegenwart einer Säure hinzugefügt. Zu Beispielen für geeignete Säuren zählen Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure oder eine beliebige Kombination von diesen. Die Tauchzeit und die Temperatur für die Palladiumaktivierung können im Allgemeinen variieren.
Unter Bezugnahme auf 5 löst die palladiumhaltige Lösung einen Abschnitt der Keimschicht 130 und erzeugt eine dünne Schicht aus Palladium-Nanopartikeln als aktivierte Schicht 510 auf der Keimschicht 130 (aktivierte Keimschicht).
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine stromlos abgeschiedene Schicht 610 auf der aktivierten Schicht 510 der Keimschicht 130 ausgebildet. Bei der stromlos abgeschiedenen Schicht 610 handelt es sich um eine magnetische Legierung, die Cobalt, Wolfram und Phosphor beinhaltet, und das resultierende Pd/CoWP-Material 620 beinhaltet Palladium im Wesentlichen in der gesamten stromlos abgeschiedenen Schicht 610 verteilt. Die stromlos abgeschiedene Schicht 610 kann selektiv so auf der strukturierten Keimschicht 130 stromlos abgeschieden werden, dass magnetische Strukturen wie zum Beispiel Joche, Spulen oder sonstige Strukturen auf dem Chip ausgebildet werden. Das Pd/CoWP-Material 620 ist amorph oder im Wesentlichen amorph. In einem weiteren Aspekt handelt es sich bei dem Pd/CoWP-Material 620 um ein weiches oder im Wesentlichen weiches Material, und es weist eine H_c von weniger als 1,0 Oe auf. Bei sonstigen Ausführungsformen weist das Pd/CoWP-Material 620 eine H_c von weniger als 5 Oe auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Pd/CoWP-Material 620 frei von Kornstrukturen (z. B. Körnern) oder ist im Wesentlichen frei von Kornstrukturen. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist das Pd/CoWP-Material 620 frei von kristallinen Strukturen (z. B. Kristallen oder Nanokristallen) oder ist im Wesentlichen frei von kristallinen Strukturen.
Das Substrat 110 wird so in ein stromloses Bad eingetaucht, dass die stromlos abgeschiedene Schicht 610 und das resultierende Pd/CoWP-Material 620 ausgebildet werden. Bei dem Pd/CoWP-Material 620 kann es sich um eine Dünnschicht handeln. Das Pd/CoWP-Material 620 beinhaltet ein Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 At.-%, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% und Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-%. In einem Aspekt ist Cobalt in dem Pd/CoWP-Material 620 in einer Menge in einem Bereich von etwa 81 bis etwa 86 At.-% vorhanden. In einem weiteren Aspekt ist Wolfram in dem Pd/CoWP-Material 620 in einer Menge in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 7 At.-% vorhanden. In einem weiteren Aspekt ist Phosphor in dem Pd/CoWP-Material 620 in einer Menge in einem Bereich von etwa 9 bis etwa 14 At.-% oder von etwa 9 bis etwa 11 At.-% vorhanden. Cobalt kann in einer Menge von etwa oder in einem beliebigen Bereich von etwa 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 bis 90 At.-% vorhanden sein. Wolfram kann in einer Menge von etwa oder in einem beliebigen Bereich von etwa 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 At.-% vorhanden sein. Phosphor kann in einer Menge von etwa oder in einem beliebigen Bereich von etwa 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 bis 15 At.-% vorhanden sein.
Die Dicke des Pd/CoWP-Materials 620 kann im Allgemeinen variieren. In einem Aspekt liegt die Dicke des Pd/CoWP-Materials 620 in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 2 Mikrometern. In einem weiteren Aspekt liegt die Dicke des Pd/CoWP-Materials 620 in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 2,5 Mikrometern. In einem noch weiteren Aspekt liegt die Dicke des Pd/CoWP-Materials 620 in einem Bereich von etwa 200 nm bis etwa 1,2 Mikrometern.
Die stromlose Abscheidung wird in Gegenwart eines Vormagnetisierungsfeldes durchgeführt. Die Vorrichtung kann einen Dauermagneten zum Anlegen eines Vormagnetisierungsfeldes beinhalten, das im Allgemeinen variieren kann. Bei einer Ausführungsform beträgt das Vormagnetisierungsfeld während des Abscheidens etwa 0,9 bis etwa 1,1 Tesla. Die stromlose Lösung wird zwischen den Magnetpolen platziert. Die stromlose Lösung kann auf eine konstante Temperatur erwärmt werden. Das Substrat 110, auf das stromlos abgeschieden werden soll, wird anschließend in der stromlosen Lösung platziert. Dann wird die Oberfläche des Substrats 110 mit einer Keimschicht 130 und optional mit einer Haftschicht 120 und einer Deckschicht 140 überzogen. Die Keimschicht 130 wird in Gegenwart eines angelegten Magnetfeldes so abgeschieden, dass Dünnschichten mit magnetischer Anisotropie erzeugt werden. Die Abscheidungsdauer und -temperatur können im Allgemeinen variieren.
Die oben erörterten Bereiche von Cobalt, Wolfram und Phosphor auf einer mit Palladium aktivierten Keimschicht stellen ein magnetisches Pd/CoWP-Material sowohl mit hohem spezifischen Widerstand als auch hohem Magnetfluss bereit. Im Allgemeinen kann der spezifische Widerstand in Materialien mit hohem Magnetfluss beeinträchtigt sein. in CoWP-Materialien kann der Magnetfluss durch Hinzufügen von Phosphor verringert werden. Wenngleich der spezifische Widerstand durch Hinzufügen von Wolfram erhöht wird, wird nur durch Kombinieren von Cobalt, Wolfram und Phosphor allein die für miniaturisierte Stromrichter auf einem Chip gewünschte Kombination von Magnetfluss und spezifischem Widerstand nicht bereitgestellt. So stellt das hierin beschriebene Verfahren für ein stromloses Abscheiden einer Schicht aus Cobalt, Wolfram und Phosphor mit den beschriebenen Anteilen und auf einer mit Palladium aktivierten Keimschicht überraschenderweise ein Pd/CoWP-Material mit den erwünschten Eigenschaften bereit. Durch langsames Abscheiden der Metalle wie auch durch Verwenden von Palladium zum Aktivieren der Keimschicht, wie beschrieben, wird ein magnetisches Material bereitgestellt, in dem Palladium im Wesentlichen in der gesamten stromlos abgeschiedenen CoWP-Schicht 610 verteilt ist. Im Gegensatz zu sonstigen bekannten Verfahren und Materialien dient Palladium im Allgemeinen als Keimschicht, die an der Basis einer stromlos abgeschiedenen Schicht eines magnetischen Materials verbleibt. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass dadurch, dass Palladium im Wesentlichen in der gesamten Cobalt-, Wolfram- und Phosphorschicht verteilt ist, zu den vorteilhaften Eigenschaften des magnetischen Materials beigetragen wird.
Im Anschluss an die Palladiumaktivierung pinnen die Palladiumkeimbildungsorte die Mikrostruktur des Pd/CoWP und halten sie bis zu einer Temperatur von zumindest 200°C amorph. Eine Korn- oder Kristallbildung in dem Pd/CoWP-Material führt zu Dünnschichten, die magnetisch instabil sind. Bei einer Ausführungsform ist das hierin beschriebene Pd/CoWP von etwa Raumtemperatur bis 200°C im Wesentlichen amorph. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Pd/CoWP von etwa 150 bis etwa 240°C im Wesentlichen amorph.
Die stromlose Lösung beinhaltet eine Quelle für Cobalt, Wolfram und Phosphor, bei der es sich um eine beliebige Verbindung oder ein beliebiges Salz von diesen handeln kann. Die Abscheidungsdauer und -temperatur können im Allgemeinen variieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abscheidungsgeschwindigkeit von etwa 1 bis 10 nm pro Minute, und die Abscheidungsdauer beträgt von etwa 50 bis etwa 200 Minuten. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform beträgt die Abscheidungstemperatur von etwa 75 bis etwa 120°C.
Zu nicht beschränkenden Beispielen für geeignete Cobaltquellen zählen Cobaltsalze, darunter Cobaltsulfat, Cobaltsulfatheptahydrat, Cobaltnitrat, Cobaltacetat, Cobaltcarbonat, Cobaltcitrat, Cobaltacetylacetonat, Cobaltcarboxylate (z. B. Cobaltacetat, Cobaltformiat, Cobaltpropanoat, Cobaltbutanoat, Cobaltpentanoat und Cobalthexanoat) oder eine beliebige Kombination von diesen. Die Cobaltquelle kann in einem großen Bereich von Konzentrationen beinhaltet sein. Bei einer Ausführungsform beträgt die Konzentration von etwa 50 Millimolar (mM) bis 100 mM. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration von etwa 60 mM bis 80 mM.
Zu nicht beschränkenden Beispielen für geeignete Wolframquellen zählen Wolframatsalze. Bei einer Ausführungsform beinhalten Wolframsalze kationische Gruppen von Alkali- oder Erdalkalimetallen. Zu nicht beschränkenden Beispielen für geeignete Wolframatsalze zählen Natriumwolframat, Kaliumwolframat, Magnesiumwolframat, Calciumwolframat oder eine beliebige Kombination von diesen. Die Wolframquelle kann in einem großen Bereich von Konzentrationen beinhaltet sein. Bei einer Ausführungsform beträgt die Konzentration von etwa 200 mM bis 700 mM. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration von etwa 300 mM bis 500 mM.
Die stromlose Lösung beinhaltet eine Quelle für Phosphor, die auch als Reduktionsmittel fungieren kann. Zu nicht beschränkenden Beispielen für geeignete Phosphorquellen/Reduktionsmittel zählen Natriumhypophosphit oder Natriumhypophosphit-Monohydrat. Das Natriumhypophosphit kann in einer großen Auswahl von Konzentrationen beinhaltet sein. Bei einer Ausführungsform beträgt die Konzentration von etwa 100 mM bis etwa 500 mM. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration von etwa 250 mM bis etwa 450 mM.
Die stromlose Lösung kann Zusätze beinhalten, zum Beispiel eines oder mehrere von einem Puffer, einem Komplexbildner, einem Stabilisierungsmittel oder einem Tensid. Zu nichtbeschränkenden Beispielen für geeignete Puffer zählen Borsäure, Kohlensäure, Phosphorsäure, deren Salze und Gemische von diesen. Zu sonstigen Beispielen für geeignete Puffer zählen Piperidinsalze und -komplexe, Methylaminsalze und -komplexe, Salze und Komplexe der N-Cyclohexyl-3-aminopropansulfonsäure (CAPS), Salze und Komplexe der 4-(Cyclohexylamino)-1-butansulfonsäure (CABS) oder eine beliebige Kombination von diesen. Die Konzentration des Puffers wird so gewählt, dass ein gewünschter pH-Wert von etwa 8,0 bis 10,0 erzielt wird.
Zu nichtbeschränkenden Beispielen für geeignete Komplexbildner zählen Citronensäure, Milchsäure, Weinsäure, Bernsteinsäure, Oxalsäuren, Aminosäuren, deren Salze und Gemische von diesen. Die Konzentration des Komplexbildners kann im Allgemeinen variieren. Bei einer Ausführungsform beträgt die Konzentration des Komplexbildners von etwa 250 mM bis 750 mM. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Konzentration des Komplexbildners von etwa 400 mM bis 600 mM.
Zu geeigneten Tensiden zählen nichtionische Tenside. Zu nichtbeschränkenden Beispielen für geeignete nichtionische Tenside zählen Polysorbate, Polyethylenglycol (PEG), 4-(I,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenol/poly(oxyethylen)polymere, Poly(oxyethylen)-poly(oxypropylen)-Blockcopolymere und dergleichen und Gemische von diesen. Bei einer Ausführungsform ist das Tensid in einer Menge von etwa 2,5 bis etwa 7,5 ppm vorhanden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Tensid in einer Menge von etwa 4 bis etwa 6 ppm vorhanden.
Zu nichtbeschränkenden Beispielen für geeignete Stabilisierungsmittel zählen Bleisalze wie zum Beispiel Bleiacetat und Bleinitrat, Cadmiumsalze wie zum Beispiel Cadmiumacetat und Cadmiumnitrat oder eine beliebige Kombination von diesen. Bei einer Ausführungsform ist das Stabilisierungsmittel in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,5 ppm vorhanden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Stabilisierungsmittel in einer Menge von etwa 0,05 bis etwa 10 ppm vorhanden.
Nach dem stromlosen Abscheiden wird ein Tempern in einem Vakuumofen in Gegenwart eines Vormagnetisierungsfeldes durchgeführt. Die Dauer und die Temperatur für das Tempern können im Allgemeinen variieren. Bei einer Ausführungsform werden die stromlos abgeschiedenen Substrate von etwa 15 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von etwa 125 bis 250°C getempert. Darüber hinaus werden die stromlos abgeschiedenen Substrate weiter auf 200 bis 250°C in einem Formiergas oder einer Stickstoffatmosphäre getempert, um einen Verspannungsabbau zu bewirken und die Auswirkungen der magnetischen Eigenschaften in dem Zustand nach dem Tempern zu bewerten.
Nach einem Tempern über 1 Stunde bei 200°C behalten die hierin beschriebenen Pd/CoWP-Dünnschichten ihre magnetischen Eigenschaften oder sind magnetisch stabil. Beispielsweise beträgt die Differenz der H_c der schweren Achse nach dem Abscheiden und dann nach dem Tempern auf 200°C weniger als etwa 0,5 Oe. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Differenz der H_c der schweren Achse nach dem Abscheiden und dem Tempern auf 200°C weniger als 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 und 0,1 Oe, was darauf hindeutet, dass die magnetischen Eigenschaften nach dem Tempern erhalten bleiben. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die H_c der schweren Achse weniger als 1,0 Oe. Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist das Pd/CoWP über zumindest 1 Stunde bis zu zumindest 200°C magnetisch stabil.
Die Pd/CoWP-Dünnschichten behalten nach dem Tempern darüber hinaus einen hohen spezifischen Widerstand. Bei einer Ausführungsform beträgt der spezifische Widerstand nach dem Tempern zumindest 110 μΩ·cm. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt der spezifische Widerstand nach dem Tempern zumindest 100 μΩ·cm. Bei einer noch weiteren Ausführungsform beträgt der spezifische Widerstand nach dem Tempern zumindest 105, zumindest 115, zumindest 120 oder zumindest 125 μΩ·cm.
BEISPIELE
Beispiel 1

Silicium-Wafer wurden in eine stromlose Lösung in einem doppelt ummantelten Becherglas zwischen den Polen eines Dauermagneten eingetaucht. Tabelle 1 im Folgenden stellt die Zusammensetzung des stromlosen Bades dar. Ein Vormagnetisierungsfeld von etwa 1 Tesla wurde während des stromlosen Abscheidens angelegt. Eine Heizung wurde dazu verwendet, das Wasser, das in der äußeren Ummantelung des Bechers zirkulierte, auf eine konstante Temperatur zu erwärmen. Die Silicium-Wafer wurden so ausgerichtet, dass die abgeschiedene Fläche mit den magnetischen Flusslinien übereinstimmte. Die Silicium-Wafer wurden durch Gasphasenabscheidung mit einer nanometerdicken Keimschicht aus Ni₈₀Fe₂₀ überzogen. Die NiFe-Keimschicht wurde in Gegenwart eines angelegten Magnetfelds abgeschieden. Tabelle 1

Cobaltsulfat-Heptahydrat	0,07 M
Natriumwolframat-Dihydrat	0,40 M
Natriumhypophosphit-Monohydrat	0,34 M
Citronensäure wasserfrei	0,50 M
Borsäure	0,50 M
Bleiacetat	0,10 ppm
Polyethylenglycol	5,00 ppm
pH-Wert	9
Temperatur	90°C
Palladiumsulfat – Badaktivierung	55 ppm/10% H₂SO₄/3,0 Min.

Beispiel 2
Nach dem Galvanisieren in Beispiel 1 wurden die Proben in Gegenwart eines Magnetfelds von 1 Tesla, das entlang der leichten Achse angelegt war, in einem Vakuumofen getempert. Die Tempertemperatur wurde über eine Stunde auf 200 oder 250°C eingestellt. Es wurde eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 5°C/Minute zusammen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 5°C/Minute bei einem konstanten Stickstoffstrom verwendet.
Beispiel 3
Die magnetischen Eigenschaften einer Probe mit einer Pd/CoWP-Schicht von 140 nm wurden bewertet, die ohne angelegtes Magnetfeld auf einer NiFe/Ti-Keimschicht aufgewachsen worden war. Mehr als die Hälfte der ursprünglichen Dicke der NiFe-Keimschicht wurde durch die Palladiumlösung geätzt. Die Palladiumionen wurden mit dem Eisen ausgetauscht (wurden abgeschieden), das sich leicht löste. Infolgedessen war die Grenzfläche der NiFe/Pd-Keimschicht etwas uneben, was sich in den magnetischen Eigenschaften der 140 nm dünnen Pd/CoWP-Dünnschicht widerspiegelte, die ohne Magnetfeld abgeschieden wurde. Es wurden hohe Werte für die Koerzitivfeldstärke (H_c)(9,0 Oe) wie abgeschieden und das Anisotropiefeld (H_k)(~ 25 Oe) festgestellt. Beim Tempern der Dünnschicht bei 150°C in dem Feld von 1 Tesla wurde die H_c der schweren Achse auf 7,0 Oe verbessert. Bei einem weiteren Tempern bis 250°C verschlechterten sich die magnetischen Eigenschaften nicht weiter als die Eigenschaften der Dünnschicht wie abgeschieden. Infolgedessen wurde der Schluss gezogen, dass die 140 nm dicke Pd/CoWP-Schicht auch bis 250°C magnetisch stabil war.
Beispiel 4
Es wurden Dünnschichten mit Dicken bewertet, die von 150 bis 1.000 nm variierten. Die Zusammensetzungen und Dicken werden in Tabelle 2 dargestellt. Die Proben FX01 bis 5, 6, D3, 7, 8, D4 wurden bei einer niedrigeren Temperatur (70°C anstelle von 90°C) verarbeitet, um die Auswirkung der Abscheidungstemperatur zu bewerten. Der Flächenwiderstand und der spezifische Widerstand wurden für die CoWP- und die Pd/CoWP-Proben gemessen. Der spezifische Widerstand des CoWP wurde bei etwa 73 bis 95 μΩ·cm gemessen, und der entsprechende spezifische Widerstand der Pd/CoWP-Dünnschichten wurde bei zwischen 105 und 149 μΩ·cm gemessen, was in den gewünschten Bereich des spezifischen Widerstands für eine Spule auf einem Chip fällt.
Beispiel 5
Die Auswirkungen des Temperns bis 200°C und von Bleiacetat als Stabilisierungsmittel wurden bewertet. Tabelle 3 stellt die Versuchsparameter zum Abscheiden von CoWP- und Pd/CoWP-Dünnschichten dar. Einige Proben wurden ohne Bleiacetat als Stabilisierungsmittel abgeschieden. Die Proben wurden entweder bei 200°C oder bei 250°C getempert.
Der spezifische Widerstand der CoWP-Schicht wie abgeschieden betrug etwa 92 μΩ·cm, wohingegen ein Pd/CoWP wie abgeschieden einen spezifischen Widerstand von 118 μΩ·cm aufwies. Eine weitere Probe mit Pd/CoWP wies einen spezifischen Widerstand wie abgeschieden von 110 μΩ·cm auf. Der spezifische Widerstand der mehr als 1 μm dicken Pd/CoWP-Dünnschichten änderte sich durch ein Tempern auf 200°C nicht. Wie durch eine Analyse mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) ermittelt wurde, wurde eine Umkristallisation des amorphen Materials als für die thermische Instabilität (nicht dargestellt) verantwortlich befunden. Folglich wies ein Aufrechterhalten des spezifischen Widerstands darauf hin, dass keine Umkristallisation der Pd/CoWP-Schichten stattfand.
7A stellt Magnetikmessungen einer 800 nm dicken Pd/CoWP-Schicht wie abgeschieden in Gegenwart eines Magnetfeldes von 1 Tesla dar (leichte Achse 710, schwere Achse 720). Die H_c der schweren Achse betrug 0,79 Oe; und
7B stellt die Pd/CoWP-Schicht nach einem Tempern auf 200°C über 1 Stunde dar (leichte Achse 730, schwere Achse 740). Die H_c der schweren Achse betrug 0,65 Oe. Folglich werden die weichmagnetischen Eigenschaften der Pd/CoWP-Schichten wie abgeschieden durch ein thermisches Tempern auf 200°C über 1 Stunde entweder besser oder bleiben in etwa konstant. Ähnliche Ergebnisse (nicht dargestellt) wurden für 1,18 mm dicke Pd/CoWP-Schichten erzielt (H_c = 0,77 Oe wie abgeschieden und H_c = 0,74 Oe nach einem Tempern bei 200°C über 1 Stunde).
Wenn die Chemie des CoWP kein Bleiacetat als Stabilisierungsmittel enthielt, führte selbst ein Tempern auf 200°C zu einem starken Kornwachstum (nicht dargestellt).
Eine TEM-Analyse zeigte, dass die Körner auf bis zu etwa 300 nm wuchsen. Der Wert der Koerzitivfeldstärke H_c von 1,7 Oe deutete ebenfalls darauf hin, dass Körner vorhanden waren.
Beispiel 6
Um die Auswirkung von Bleiacetat auf die thermische Stabilität und das Kornwachstum weiter zu bewerten, wurde eine TEM an abgeschiedenen CoWP- und Pd/CoWP-Schichten durchgeführt, die länger als 1 Monat gelagert wurden. Die bleihaltigen Dünnschichten waren erheblich stabiler. Die Dünnschichten waren außerdem amorph. Die Dünnschichten ohne Blei zeigten dagegen ein erhebliches Kornwachstum.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. So, wie sie hierin verwendet werden, sollen die Singularformen „ein”, „eine” und „der”, „die”, „das” auch die Pluralformen umfassen, sofern dies aus dem Kontext nicht eindeutig anders hervorgeht. Es versteht sich darüber hinaus, dass die Begriffe „aufweist” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten bezeichnen, jedoch nicht das Vorhandensein bzw. die Beifügung von einem/einer bzw. mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Vorgänge und Entsprechungen aller Mittel oder aus Schritt plus Funktion bestehender Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jede Struktur, jedes Material bzw. jede Handlung zum Durchführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen als ausdrücklich beansprucht beinhalten. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung erfolgte zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung, ist jedoch nicht erschöpfend oder auf die Erfindung in der offenbarten Form beschränkt gemeint. Viele Modifizierungen und Varianten sind für Fachleute ersichtlich, ohne vom Umfang und Gedanken der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde ausgewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und die praktische Anwendung am besten zu erläutern und um anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen, für den in Betracht gezogenen Einsatz geeigneten Modifizierungen zu ermöglichen.
Die hierin dargestellten Ablaufpläne sind nur ein Beispiel. Es sind viele Änderungen an diesem Ablaufplan oder den darin beschriebenen Schritten (oder Vorgängen) möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Die Schritte können beispielsweise in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden, oder es können Schritte hinzugefügt, gelöscht oder modifiziert werden. Alle diese Änderungen werden als Teil der beanspruchten Erfindung betrachtet.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgten zur Veranschaulichung, sind jedoch nicht erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt gemeint. Viele Modifizierungen und Varianten sind für Fachleute ersichtlich, ohne vom Umfang und Gedanken der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber auf dem Markt erhältlichen Technologien am besten zu erläutern oder um anderen Fachleuten zu ermöglichen, die hierin offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer magnetischen Struktur auf einem Chip, wobei das Verfahren aufweist: Aktivieren einer magnetischen Keimschicht mit Palladium, wobei die magnetische Keimschicht über einem Halbleitersubstrat positioniert ist; und stromloses Abscheiden einer magnetischen Legierung auf dem Palladium so, dass eine Pd/CoWP-Schicht ausgebildet wird; wobei die Pd/CoWP-Schicht Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials und Palladium im Wesentlichen im gesamten magnetischen Material verteilt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die magnetische Keimschicht Nickel und Eisen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der magnetischen Struktur auf dem Chip um eine Spule handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pd/CoWP-Schicht amorph ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die magnetische Keimschicht zumindest eine Dicke von 40 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pd/CoWP-Schicht über zumindest 1 Stunde bis zu zumindest 200°C magnetisch stabil ist.
Magnetische Struktur auf einem Chip nach Anspruch 1, wobei das Cobalt in einem Bereich von etwa 81 bis etwa 86 At.-% vorhanden ist.
Verfahren zum Ausbilden einer magnetischen Struktur auf einem Chip, wobei das Verfahren aufweist: Aktivieren einer magnetischen Keimschicht mit Palladium, wobei die magnetische Keimschicht über einem Halbleitersubstrat positioniert ist; und stromloses Abscheiden einer magnetischen Legierung auf dem Palladium in Gegenwart eines Vormagnetisierungsfeldes so, dass eine Dünnschicht ausgebildet wird; wobei die Dünnschicht Cobalt in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 90 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 9 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials, Phosphor in einem Bereich von etwa 7 bis etwa 15 At.-% auf Grundlage der Gesamtzahl von Atomen des magnetischen Materials und Palladium im Wesentlichen im gesamten magnetischen Material verteilt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Phosphor in einem Bereich von etwa 9 bis etwa 14 At.-% vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Wolfram in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 7 At.-% vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der spezifische Widerstand der Dünnschicht zumindest 110 μΩ·cm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein stromloses Abscheiden mit einer bleihaltigen Abscheidungslösung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei der Dünnschicht um ein weichmagnetisches Material handelt.