DE10251566A1 - GMR magnetoresistive layer method of manufacture for use in manufacture of GMR storage components or a GMR sensor elements, according to the spin-valve principle, whereby two magnetization steps are applied - Google Patents

GMR magnetoresistive layer method of manufacture for use in manufacture of GMR storage components or a GMR sensor elements, according to the spin-valve principle, whereby two magnetization steps are applied Download PDF

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Abstract

Method for manufacturing GMR magnetoresistive layer arrangement (5) that has a reference layer, an intermediate layer and a detection layer. In a first manufacturing step a first magnetic field (B1) is applied to the reference layer in a first direction, while in a second step a second magnetic field (B2) is applied with a resultant magnetization (m2). The directions of the first and second magnetic fields are different. An Independent claim is made for a method of manufacture of a GMR sensor element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer insbesondere einen GMR-Effekt aufweisenden magnetoresistiven Schichtanordnung, ein Verfahren zur Herstellung eines insbesondere einen GMR-Effekt aufweisenden Sensorelementes oder Speicherelementes, sowie ein GMR-Sensorbauelement oder ein GMR-Speicherbauelement nach dem Spin-Valve-Prinzip.The invention relates to a method for the production of a magnetoresistive, in particular with a GMR effect Layer arrangement, a method for producing a particular a sensor element or memory element having a GMR effect, as well as a GMR sensor component or a GMR memory component the spin valve principle.

Aus DE 199 49 714 A1 ist ein magnetoresistives Sensorelement auf der Grundlage des GMR-Effektes („Giant Magnetic Resistance") bekannt, das nach dem sogenannten "Spin-Valve-Prinzip" arbeitet. Dieses Sensorelement weist eine weichmagnetische Detektionsschicht mit einer parallel zu der Detektionsschicht gerichteten, einem äußeren Magnetfeld folgenden Magnetisierungsrichtung, eine hartmagnetische Referenzschicht mit einer fest vorgegebenen räumlichen Orientierung der Magnetisierungsrichtung sowie eine bevorzugt metallische Zwischenschicht auf. Bei geeigneter Dimensionierung der Schichtdicken und geeigneter Materialwahl zeigt dieses Schichtsystem eine Änderung des elektrischen Widerstandes gegenüber einem innerhalb der Ebene der Zwischenschicht fließenden elektrischen Stromes gemäß R = R0 + C·cosθ, wobei θ den Winkel zwischen der Richtung der Magnetisierung der Referenzschicht bzw. der Detektionsschicht bezeichnet.Out DE 199 49 714 A1 is known a magnetoresistive sensor element based on the GMR effect ("Giant Magnetic Resistance"), which works according to the so-called "spin valve principle". This sensor element has a soft magnetic detection layer with an external magnetic field directed parallel to the detection layer The following magnetization direction, a hard magnetic reference layer with a fixed spatial orientation of the magnetization direction and a preferably metallic intermediate layer .. With a suitable dimensioning of the layer thicknesses and a suitable choice of material, this layer system shows a change in the electrical resistance to an electrical current flowing within the plane of the intermediate layer in accordance with R = R 0 + C · cos θ, where θ denotes the angle between the direction of magnetization of the reference layer or the detection layer.

Aus DE 199 49 714 A1 ist weiter bekannt, die Referenzschicht des magnetoresistiven Schichtsystems aus zwei Teilschichten aufzubauen, wobei die erste Teilschicht die gewünschte Magnetisierung aufweist und als ferromagnetische Schicht ausgeführt ist, und wobei die zweite Teilschicht eine antiferromagnetische Teilschicht ist, die die Richtung der Magnetisierung in der benachbarten ferromagnetischen Teilschicht stabilisiert.Out DE 199 49 714 A1 it is further known to build up the reference layer of the magnetoresistive layer system from two partial layers, the first partial layer having the desired magnetization and being designed as a ferromagnetic layer, and the second partial layer being an antiferromagnetic partial layer which stabilizes the direction of the magnetization in the adjacent ferromagnetic partial layer ,

Schließlich ist dort beschrieben, mehrere magnetoresistive Schichtanordnungen beispielsweise in Form einer Wheatstone-Brücke miteinander zu verschalten, wobei zumindest bei einem Teil der Schichtanordnungen die Richtung der Magnetisierung der betreffenden Referenzschichten verschieden von der Richtung der Magnetisierung in Referenzschichten eines anderen Teils der magnetoresistiven Schichtsysteme ist.Finally, it describes several magnetoresistive layer arrangements, for example in the form a Wheatstone bridge interconnect with each other, at least in part of the layer arrangements the direction of magnetization of the reference layers concerned different from the direction of magnetization in reference layers another part of the magnetoresistive layer systems.

Bei der Fertigung von Festplattenleseköpfen auf der Grundlage von magnetoresistiven GMR-Schichtanordnungen nach dem Spin-Valve-Prinzip mit einer Schicht aus PtMn als antiferromagnetische Teilschicht der Referenzschicht ist überdies bekannt, dieses Material durch eine Vorbehandlung, insbesondere eine Wärmebehandlung, zu formieren.When manufacturing hard disk read heads based on magnetoresistive GMR layer arrangements the spin valve principle with a layer of PtMn as an antiferromagnetic Sub-layer of the reference layer is also known, this material by pretreatment, in particular heat treatment.

Mit magnetoresistiven Schichtanordnungen auf der Grundlage des GMR-Effektes, die nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeiten, können Sensorelemente, insbesondere zur Detektion einer Richtung oder Stärke eines externen Magnetfeldes, von Drehzahlen oder Winkeln, oder alternativ auch Speicherelemente aufgebaut werden, wobei sich auf einem gemeinsamen Substrat mehrere magnetoresistive Schichtanordnungen befinden, von denen zumindest einige unterschiedliche "Pinning-Richtungen" aufweisen. Unter der "Pinning-Richtung" versteht man dabei eine resultierende, fest vorgegebene Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht oder zumindest der ferromagnetischen Teilschicht der Referenzschicht.With magnetoresistive layer arrangements the basis of the GMR effect, based on the spin valve principle can work Sensor elements, in particular for the detection of a direction or strength of a external magnetic field, of speeds or angles, or alternatively memory elements can also be built, focusing on a common Several magnetoresistive layer arrangements are located from which have at least some different "pinning directions". The "pinning direction" is understood here a resulting, predetermined magnetization direction of the Reference layer or at least the ferromagnetic partial layer the reference layer.

Stellt man nun bei der Herstellung der magnetoresistiven Schichtanordnung im Rahmen einer Formierung oder ersten Behandlung einen geeigneten Winkel einer vorläufigen Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht relativ zu einer gewünschten, später im Rahmen einer zweiten Behandlung eingestellten endgültigen Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht ein, so treten Materialveränderungen durch diese zweite Behandlung und das damit verbundene „Umpinnen", d.h. die Änderung von der zunächst eingestellten vorläufigen Magnetisierungsrichtung zu der gewünschten resultierenden Magnetisierungsrichtung, in allen magnetoresistiven Schichtanordnungen, die beispielsweise das GMR-Sensorelement oder alternativ auch das GMR-Speicherelement bilden, in ähnlicher oder gleicher Weise auf.Now put it in the making the magnetoresistive layer arrangement as part of a formation or a first treatment a suitable angle of a preliminary direction of magnetization of the Reference layer relative to a desired one, later as part of a second one Treatment set final If the direction of magnetization of the reference layer occurs, material changes will occur this second treatment and the associated "change of mind", i.e. the change from the first set preliminary Magnetization direction to the desired resulting magnetization direction, in all magnetoresistive layer arrangements, for example the GMR sensor element or alternatively the GMR memory element form, in a similar way or in the same way.

Damit weisen alle magnetoresistiven Schichtanordnungen nachfolgend dann vorteilhaft zumindest näherungsweise gleiche Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Stärke des GMR-Effektes, der Zeit und Temperaturstabilität der erzeugten magnetoresistiven Schichtanordnungen, und der Langzeitstabilität der Schichtanordnungen bei der Messung von auf diese einwirkenden externen Magnetfeldern auf, und/oder befinden sich zumindest näherungsweise in einer gleichen Ausgangssituation vor der zweiten Behandlung, so dass damit hergestellte GMR-Sensorelemente nach dem Spin-Valve-Prinzip oder GMR-Speicherbauelemente nach dem Spin-Valve-Prinzip besonders hohen Qualitätsanforderungen genügen können.All magnetoresistive layer arrangements thus have then subsequently advantageously at least approximately the same properties, in particular in terms of strength the GMR effect, the time and temperature stability of the magnetoresistive generated Layer arrangements, and the long-term stability of the layer arrangements the measurement of external magnetic fields acting on them, and / or are at least approximately the same Initial situation before the second treatment, so that manufactured with it GMR sensor elements based on the spin valve principle or GMR memory components according to the spin valve principle, particularly high quality requirements suffice can.

Zusammenfassend wird daher im Rahmen der ersten Behandlung vorteilhaft eine vorläufige Magnetisierung mit einer zugeordneten resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht bewirkt, während die zweite Behandlung eine Magnetisierung mit einer zugeordneten resultierenden Magnetisierungsrichtung bewirkt, die einerseits permanent ist bzw. als Pinning-Richtung dient, und die andererseits mit der vorläufigen Magnetisierungsrichtung einen Winkel einschließt, der von 0 verschieden ist, und der bevorzugt zumindest näherungsweise 45° oder 135° beträgt.In summary, therefore, in the context of first treatment advantageous a preliminary magnetization with a assigned resulting preliminary Magnetization direction of the reference layer, while the second treatment a magnetization with an associated resulting Magnetization direction, which is permanent on the one hand or serves as the pinning direction, and on the other hand with the preliminary magnetization direction encloses an angle which is different from 0, and which is preferably at least approximately 45 ° or Is 135 °.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.Advantageous further developments of Invention result from the measures mentioned in the subclaims.

So ist besonders vorteilhaft, wenn die Referenzschicht eine antiferromagnetische Teilschicht und eine ferromagnetische Teilschicht aufweist, wobei die antiferromagnetische Teilschicht einer Änderung der resultierenden Magnetisierungsrichtung in der ferromagnetischen Teilschicht entgegen wirkt oder diese insbesondere unter dem Einfluss eines auf die Schichtanordnung einwirkenden externen Magnetfeldes zumindest innerhalb eines Detektionsbereiches der Schichtanordnung bezüglich des externen Magnetfeldes, d.h. innerhalb gewisser Grenzen für die Stärke des externen Magnetfeldes, stabilisiert.So it is particularly advantageous if the reference layer is an antiferromagnetic sublayer and one Ferromagnetic sub-layer, the antiferromagnetic Sub-layer of a change the resulting magnetization direction in the ferromagnetic Partial layer counteracts or this in particular under the influence an external magnetic field acting on the layer arrangement at least within a detection range of the layer arrangement in terms of of the external magnetic field, i.e. within certain limits for the strength of the external magnetic field, stabilized.

Besonders vorteilhaft ist weiter, wenn im Rahmen der ersten Behandlung bei allen für das zu erzeugende Sensorelement oder Speicherelement erforderlichen Schichtanordnungen ein Winkel zwischen der vorläufigen Magnetisierungsrichtung bzw. vorläufigen "Pinning-Richtung" und der durch die zweite Behandlung erreichten endgültigen Magnetisierungsrichtung bzw. endgültigen "Pinning-Richtung" eingestellt wird, der von 0° oder 180° verschieden ist. Damit ist gewährleistet, dass alle magnetoresistiven Schichtanord nungen, die das Sensorelement oder das Speicherelement bilden, ein Umpinnen im Rahmen der zweiten Behandlung erfahren, d.h. alle durch das Umpinnen induzierten Einflüsse auf das Material der einzelnen magnetoresistiven Schichtanordnungen innerhalb eines Speicherelementes oder Sensorelementes betreffen diese jeweils in gleicher oder zumindest ähnlicher Weise, so dass sich später mehrere, auf einem gemeinsamen Substrat angeordnete magnetoresistive Schichtanordnungen gleich oder zumindest näherungsweise gleich verhalten. Dies erhöht die Qualität des Sensor- bzw. Speicherelementes insbesondere hinsichtlich der Voraussagbarkeit und der Reproduzierbarkeit von deren elektrischen und magnetischen Eigenschaften, und verbessert wesentlich deren Langzeitstabilität.It is also particularly advantageous if in the context of the first treatment for all for the sensor element to be generated or storage element required layer arrangements an angle between the preliminary Direction of magnetization or provisional "pinning direction" and by the second treatment reached final Magnetization direction or final "pinning direction" is set, which differs from 0 ° or 180 ° is. This ensures that all magnetoresistive layer arrangements that the sensor element or form the storage element, re-spinning in the context of the second Experience treatment, i.e. all influences induced by re-spinning the material of the individual magnetoresistive layer arrangements concern within a memory element or sensor element each in the same or at least similar manner, so that later several magnetoresistive elements arranged on a common substrate Layer arrangements behave the same or at least approximately the same. This increases the quality of the sensor or memory element, in particular with regard to Predictability and reproducibility of their electrical and magnetic properties, and significantly improves them Long-term stability.

Vorteilhaft ist überdies, wenn die vorläufige Magnetisierungsrichtung nach der Formierung bzw. der ersten Behandlung einen ausreichend großen, idealerweise einen Winkel von 45° oder 135°, oder um 45° oder um 135° mit der endgültigen Magnetisierungsrichtung nach der zweiten Behandlung einschließt. Dies verbessert die Gleichwertigkeit der einzelnen Schichtanordnungen hinsichtlich der gewünschten Ausgangseigenschaften weiter deutlich, und sollte bei allen für die Funktion des Sensorelementes bzw. Speicherelementes relevanten Schichtanordnungen durch entsprechende Abstimmung der ersten und der zweiten Behandlung derart erfolgen.It is also advantageous if the preliminary direction of magnetization sufficient after formation or first treatment large, ideally an angle of 45 ° or 135 °, or around 45 ° or by 135 ° with the final Direction of magnetization after the second treatment. This improves the equivalence of the individual layer arrangements regarding the desired Output characteristics continue to be clear, and should work for all of the sensor element or memory element relevant layer arrangements by appropriate coordination of the first and second treatment done like this.

Vorteilhaft ist zudem, wenn die erste Behandlung beim oder bevorzugt unmittelbar nach dem Erzeugen der Referenzschicht und dabei insbesondere der antiferromagnetischen Teilschicht der Referenzschicht erfolgt. Bevorzugt wird die erste Behandlung mit einer ohnehin vielfach erforderlichen Temperaturbehandlung der antiferromagnetischen Teilschicht, die beispielsweise als Platin-Mangan-Schicht ausgeführt ist, verbunden.It is also advantageous if the first Treatment during or preferably immediately after the generation of the Reference layer and in particular the antiferromagnetic Sub-layer of the reference layer takes place. The first is preferred Treatment with a temperature treatment that is often required anyway the antiferromagnetic partial layer, for example as a platinum-manganese layer accomplished is connected.

Die zweite Behandlung zur Erzeugung der Magnetisierung der Referenzschicht erfolgt vorteilhaft erst nach Abschluss der Erzeugung der gesamten Schichtanordnung, beispielsweise durch Anlegen eines externen Magnetfeldes und ein Aufheizen der magnetoresistiven Schichtanordnung über Strompulse oder Laserpulse.The second treatment for generation the reference layer is advantageously magnetized first after completion of the generation of the entire layer arrangement, for example by applying an external magnetic field and heating the magnetoresistive Layer arrangement over Current pulses or laser pulses.

Ganz besonders vorteilhaft ist, insbesondere im Hinblick auf die Herstellung eines Sensorelementes oder eines Speicherelementes mit einer Mehrzahl von magnetoresistiven Schichtanordnungen, wenn diese Schichtanordnungen während der ersten Behandlung zunächst gemeinsam in einem gleichen ersten Magnetfeld ausgesetzt werden, und somit die dadurch entstehende Magnetisierung eine in diesen Schichtanordnungen gleiche resultierende vorläufige Magnetisierungsrichtung aufweist.Is particularly advantageous, especially in With regard to the production of a sensor element or a memory element with a plurality of magnetoresistive layer arrangements, if these Layer arrangements during the first treatment first exposed together in the same first magnetic field, and thus the resulting magnetization is one in these layer arrangements same resulting preliminary magnetization direction having.

Damit wird erreicht, dass bei dieser Mehrzahl von magnetoresistiven Schichtanordnungen die vorläufigen Magnetisierungsrichtungen zumindest näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet sind, so dass sich diese Schichtanordnungen bei der nachfolgenden zweiten Behandlung in einer vergleichbaren Ausgangssituation befinden.This ensures that this A plurality of magnetoresistive layer arrangements the preliminary magnetization directions at least approximately are aligned parallel to each other, so that these layer arrangements in the subsequent second treatment in a comparable starting situation are located.

Im Weiteren ist dann besonders vorteilhaft, wenn die zweite Behandlung einer ersten magnetoresistiven Schichtanordnung oder einer Mehrzahl von ersten magnetoresistiven Schichtanordnungen und die zweite Behandlung einer zweiten magnetoresistiven Schichtanordnung oder einer Mehrzahl von zweiten magnetoresistiven Schichtanordnungen nacheinander erfolgt, wobei die Richtung des dabei eingesetzten zweiten Magnetfeldes verschieden gewählt wird, so dass die erste oder ersten magnetoresistiven Schichtanordnungen einem zweiten Magnetfeld ausgesetzt sind, das eine andere Richtung aufweist, als die Richtung des zweiten Magnetfeldes, dem die zweite oder zweiten magnetoresistiven Schichtanordnungen ausgesetzt sind.Furthermore, it is particularly advantageous if the second treatment of a first magnetoresistive layer arrangement or a plurality of first magnetoresistive layer arrangements and the second treatment of a second magnetoresistive layer arrangement or a plurality of second magnetoresistive layer arrangements in succession takes place, the direction of the second magnetic field used chosen differently is so that the first or first magnetoresistive layer arrangements are exposed to a second magnetic field, which is a different direction has as the direction of the second magnetic field, the second or second magnetoresistive layer arrangements are exposed.

Auf diese Weise werden auf einem gemeinsamen Substrat erste magnetoresistive Schichtanordnungen mit einer ersten resultierenden Magnetisierungsrichtung und zweite magnetoresistive Schichtanordnungen mit einer zweiten resultierenden Magnetisierungsrichtung erzeugt, wobei diese Magnetisierungsrichtungen verschieden voneinander sind.That way, on one common substrate with first magnetoresistive layer arrangements a first resulting magnetization direction and second magnetoresistive layer arrangements generated with a second resulting direction of magnetization, these directions of magnetization are different from one another.

Bevorzugt sind weiter die erste resultierende Magnetisierungsrichtung und die zweite resultierende Magnetisierungsrichtung zumindest näherungsweise senkrecht zueinander orientiert, und/oder die erste resultierende Magnetisierungsrichtung und die zweite resultierende Magnetisierungsrichtung bilden zumindest näherungsweise einen Winkel von 45° oder 135° mit der Richtung des ersten Magnetfeldes oder der resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der ersten Referenzschicht und der resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der zweiten Referenzschicht.The first resultant magnetization direction and the second resultant magnetization direction are preferably oriented at least approximately perpendicular to one another, and / or the first resultant magnetization direction and the second resultant magnetization direction form an angle of at least approximately 45 ° or 135 ° with the direction of the first magnetic field or the resulting preliminary magnetization direction of the first reference layer and the resulting preliminary magnetization direction of the second reference layer.

Im Übrigen ist generell vorteilhaft, wenn das erste und auch das zweite Magnetfeld während der ersten bzw. zweiten Behandlung derart erzeugt werden, dass deren Richtung jeweils möglichst weitgehend parallel zu der Ebene der Referenzschicht orientiert ist. Be vorzugt liegen die Richtungen der Magnetfelder vollständig innerhalb der Ebene der Referenzschicht.In addition, it is generally advantageous if the first and also the second magnetic field during the first and second, respectively Treatment are generated in such a way that their direction is as possible oriented largely parallel to the plane of the reference layer is. The directions of the magnetic fields are preferably completely within the level of the reference layer.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt 1 einen Schnitt durch eine magnetoresistive Schichtanordnung und 2 eine Draufsicht auf eine Mehrzahl von magnetoresistiven Schichtanordnungen auf einem Substrat.The invention is explained in more detail with reference to the drawings and the description below. It shows 1 a section through a magnetoresistive layer arrangement and 2 a plan view of a plurality of magnetoresistive layer arrangements on a substrate.

Die Erfindung geht zunächst von einer magnetoresistiven Schichtanordnung 5, 5' gemäß 1 aus, die in ihrem Aufbau aus DE 199 49 714 A1 bekannt ist.The invention is initially based on a magnetoresistive layer arrangement 5 . 5 ' according to 1 from that in their construction DE 199 49 714 A1 is known.

Weiter werden mehrere magnetoresistive Schichtanordnungen 5, 5' gemäß 1 auf einem gemeinsamen Substrat 10 entsprechend der Lehre von DE 199 49 714 A1 zu einem Sensorelement 20 oder alternativ auch auf einem Speicherelement 20' miteinander verschaltet, wobei die einzelnen magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' auf der Grundlage des GMR-Effektes nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeiten. Beispielsweise sind die magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' gemäß 2, 3, 4c oder 6 in DE 199 49 714 A1 aufgebaut und in Form einer Wheatstone'schen Brückenschaltung miteinander verschaltet.Next are several magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' according to 1 on a common substrate 10 according to the teaching of DE 199 49 714 A1 to a sensor element 20 or alternatively also on a storage element 20 ' interconnected, the individual magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' work on the basis of the GMR effect according to the spin valve principle. For example, the magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' according to 2 . 3 . 4c or 6 in DE 199 49 714 A1 constructed and interconnected in the form of a Wheatstone bridge circuit.

Darüber hinaus wird, abgesehenen von den nachfolgend erläuterten Modifikationen, die magnetoresistive Schichtanordnung 5, 5' auch gemäß dem aus dem DE 199 49 714 A1 bekannten Verfahren hergestellt.In addition, apart from the modifications explained below, the magnetoresistive layer arrangement 5 . 5 ' also according to the from the DE 199 49 714 A1 known methods.

Im Einzelnen zeigt 1 ein Substrat 10, beispielsweise ein Siliziumsubstrat oder ein thermisch oxidiertes Siliziumsubstrat, insbesondere in Form eines Wafers oder Chips, auf dem sich eine optionale Buffer-Schicht 11, beispielsweise einer Tantal-Schicht oder einer Nickel-Eisen-Schicht befindet. Auf der Buffer-Schicht 11 ist eine Detektionsschicht 12 vorgesehen, die bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material wie NiFe oder FeCo besteht. Auf der Detektionsschicht 12 befindet sich eine Zwischenschicht 13, die aus einem elektrisch leitfähigen, insbesondere unmagnetischen Material bzw. Metall besteht.In detail shows 1 a substrate 10 , for example a silicon substrate or a thermally oxidized silicon substrate, in particular in the form of a wafer or chip, on which there is an optional buffer layer 11 , for example a tantalum layer or a nickel-iron layer. On the buffer layer 11 is a detection layer 12 provided, which preferably consists of a soft magnetic material such as NiFe or FeCo. On the detection layer 12 there is an intermediate layer 13 , which consists of an electrically conductive, in particular non-magnetic material or metal.

Alternativ kann die Zwischenschicht 13 auch aus einem dielektrischen Material wie Al2O3 bestehen, so dass die magnetoresistive Schichtanordnung 5, 5' dann nach dem sogenannten TMR-Effekt arbeitet (TMR = Tunnel Magnetic Resistance).Alternatively, the intermediate layer 13 also consist of a dielectric material such as Al 2 O 3 , so that the magnetoresistive layer arrangement 5 . 5 ' then works according to the so-called TMR effect (TMR = Tunnel Magnetic Resistance).

Auf der Zwischenschicht 13 befindet sich eine Referenzschicht 1, 1', die eine ferromagnetische Teilschicht 15 und eine antiferromagnetische Teilschicht 14 aufweist. Die antiferromagnetische Teilschicht 14 besteht beispielsweise aus NiO, IrMn, MnFe oder PtMn. Die ferromagnetische Teilschicht 15 besteht beispielsweise aus einem hartmagnetischen Material wie Cobalt homogener magnetischer Ausrichtung oder einem relativ weichmagnetischen Material wie NiFe oder FeCo.On the intermediate layer 13 there is a reference layer 1 . 1' which is a ferromagnetic sublayer 15 and an anti-ferromagnetic sublayer 14 having. The antiferromagnetic sublayer 14 consists for example of NiO, IrMn, MnFe or PtMn. The ferromagnetic sublayer 15 consists, for example, of a hard magnetic material such as cobalt with a homogeneous magnetic orientation or a relatively soft magnetic material such as NiFe or FeCo.

Die 2 zeigt eine Draufsicht auf das Substrat 10 mit insgesamt vier magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5', wobei diese, abgesehen von der Magnetisierung m2 und der diesen jeweils zugeordneten, zumindest teilweise untereinander verschiedenen resultierenden Magnetisierungsrichtungen, an sich gleich aufgebaut und gemäß DE 199 49 714 A1 miteinander verschaltet sind.The 2 shows a plan view of the substrate 10 with a total of four magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' , With the exception of the magnetization m 2 and the respective associated at least partially different resulting magnetization directions associated therewith, they are constructed identically per se and in accordance with DE 199 49 714 A1 are interconnected.

Im Unterschied zu dem Herstellungsverfahren gemäß DE 199 49 714 A1 wird erfindungsgemäß bei oder bevorzugt unmittelbar nach der Abscheidung der antiferromagnetischen Teilschicht 14 gemäß 1 ein wie in 2 angedeutet orientiertes externes erstes Magnetfeld B1 einer Feldstärke von beispielsweise 500 A/m angelegt, und eine erste Behandlung der magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' in diesem ersten Magnetfeld B1 vorgenommen.In contrast to the manufacturing process according to DE 199 49 714 A1 is according to the invention at or preferably immediately after the deposition of the antiferromagnetic partial layer 14 according to 1 a like in 2 indicated indicated oriented external first magnetic field B 1 with a field strength of 500 A / m, for example, and a first treatment of the magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' made in this first magnetic field B 1 .

Diese erste Behandlung bewirkt, dass alle magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' hinsichtlich der Richtung der Magnetisierung der ferromagnetischen Teilschicht 15 einheitlich parallel zu der Richtung des Magnetfeldes B1 in der Ebene der Referenzschicht 1, 1' ausgerichtet werden.This first treatment causes all magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' with regard to the direction of magnetization of the ferromagnetic partial layer 15 uniformly parallel to the direction of the magnetic field B 1 in the plane of the reference layer 1 . 1' be aligned.

Das Magnetfeld B1 ist weiter so orientiert, dass es mit einem im Weiteren im Rahmen einer zweiten Behandlung angelegten externen Magnetfeld B2 einen Winkel von 45° oder 135° bildet.The magnetic field B 1 is further oriented such that it forms an angle of 45 ° or 135 ° with an external magnetic field B 2 which is subsequently applied as part of a second treatment.

In 2 ist dazu angedeutet, wie nacheinander die einzelnen magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' im Rahmen dieser zweiten Behandlung mit dem zweiten Magnetfeld B2 mit der jeweils eingezeichneten Richtung beaufschlagt werden.In 2 is indicated as to how the individual magnetoresistive layer arrangements one after the other 5 . 5 ' in the course of this second treatment with the second magnetic field B 2 with the respectively drawn direction.

Dadurch stellt sich nach der zweiten Behandlung eine Magnetisierung m2 mit einer den Schichtanordnungen 5, 5' jeweils zugeordneten resultierenden Magnetisierungsrichtung ein, die entsprechend den Pfeilen in den die Schichtanordnungen 5, 5' repräsentierenden Quadraten orientiert ist.This results in magnetization m 2 with one of the layer arrangements after the second treatment 5 . 5 ' each associated resulting magnetization direction, which corresponds to the arrows in the layer arrangements 5 . 5 ' representing squares.

Insgesamt wurde damit erreicht, dass nach der zweiten Behandlung jede der resultierenden Magnetisierungsrichtungen der einzelnen Schichtanordnungen 5, 5' gegenüber der vorläufigen Magnetisierungsrichtung während bzw. nach der ersten Behandlung um 45° oder 135° gedreht bzw. umgepinnt worden ist.Overall it was achieved that after the second treatment each of the resulting magnetization directions of the individual layer arrangements 5 . 5 ' rotated or re-pinned by 45 ° or 135 ° with respect to the preliminary direction of magnetization during or after the first treatment has been.

Die erste Behandlung ist beispielsweise eine Wärmebehandlung zumindest der Referenzschicht 1, 1' durch konventionelles Erwärmen, durch Erzeugung eines Strompulses oder durch Eintrag von Energie über einen Laserpuls und gleichzeitiges, zumindest zeitweiliges Anlegen des ersten Magnetfeldes B1 in der gewünschten Richtung. Sie erfolgt für alle magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' bevorzugt in der gleichen Weise. Dazu werden die Schichtanordnungen 5, 5' beispielsweise über eine Zeitdauer von 10–9 s insbesondere im Fall eines Laserpulses bis 300 min insbesondere im Fall konventioneller Erwärmung auf eine Temperatur von 280°C oder mehr aufgeheizt.The first treatment is, for example, a heat treatment of at least the reference layer 1 . 1' by conventional heating, by generating a current pulse or by entering energy via a laser pulse and simultaneously, at least temporarily, applying the first magnetic field B 1 in the desired direction. It takes place for all magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' preferably in the same way. For this, the layer arrangements 5 . 5 ' for example heated to a temperature of 280 ° C. or more over a period of 10 -9 s, in particular in the case of a laser pulse, to 300 min, in particular in the case of conventional heating.

Die zweite Behandlung ist bevorzugt ebenfalls mit einer Wärmebehandlung verbunden, wobei die Richtung des dabei zumindest zeitweilig angelegten Magnetfeldes B2 für jede magnetoresistive Schichtanordnung 5, 5' oder einen ersten Teil der magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' und einen zweiten Teil der magnetoresistiven Schichtanordnungen 5, 5' verschieden ist. Die Richtungen der Magnetfeldes B2 sind dazu in 2 durch entsprechende Pfeile angedeutet. Ansonsten erfolgt die zweite Behandlung bevorzugt entsprechend der ersten Behandlung.The second treatment is preferably also associated with a heat treatment, the direction of the magnetic field B 2 applied at least temporarily for each magnetoresistive layer arrangement 5 . 5 ' or a first part of the magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' and a second part of the magnetoresistive layer arrangements 5 . 5 ' is different. The directions of the magnetic field B 2 are in 2 indicated by corresponding arrows. Otherwise, the second treatment is preferably carried out in accordance with the first treatment.

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung einer insbesondere einen GMR-Effekt aufweisenden magnetoresistiven Schichtanordnung (5, 5'), mit einer Referenzschicht (1, 1') , einer Zwischenschicht (13) und einer Detektionsschicht (12), wobei die Referenzschicht (1, 1') zumindest lokal und/oder zumindest innerhalb einer Teilschicht (15) der Referenzschicht (1, 1') eine Magnetisierung (m2) mit einer zugeordneten resultierenden Magnetisierungsrichtung aufweist, die von einer Richtung eines auf die Schichtanordnung (5, 5') einwirkenden Magnetfeldes zumindest innerhalb eines Detektionsbereiches zumindest weitgehend unbeeinflusst bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzschicht (1, 1') im Rahmen einer ersten Behandlung einem ersten Magnetfeld (B1) mit einer ersten Richtung ausgesetzt wird, und dass die Referenzschicht (1, 1') im Rahmen einer zweiten Behandlung einem zweiten Magnetfeld (B2) mit einer zweiten Richtung ausgesetzt wird, wobei die zweite Behandlung die Magnetisierung (m2) mit der zugeordneten resultierenden Magnetisierungsrichtung bewirkt, und wobei die erste Richtung von der zweiten Richtung verschieden gewählt wird.Method for producing a magnetoresistive layer arrangement (in particular with a GMR effect) ( 5 . 5 ' ), with a reference layer ( 1 . 1' ), an intermediate layer ( 13 ) and a detection layer ( 12 ), the reference layer ( 1 . 1' ) at least locally and / or at least within a sub-layer ( 15 ) of the reference layer ( 1 . 1' ) has a magnetization (m 2 ) with an associated resulting magnetization direction which extends from one direction to the layer arrangement ( 5 . 5 ' ) acting magnetic field remains at least largely unaffected at least within a detection area, characterized in that the reference layer ( 1 . 1' ) is exposed to a first magnetic field (B 1 ) with a first direction as part of a first treatment, and that the reference layer ( 1 . 1' ) is exposed to a second magnetic field (B 2 ) with a second direction as part of a second treatment, the second treatment causing the magnetization (m 2 ) with the associated resulting magnetization direction, and the first direction being chosen differently from the second direction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzschicht (1, 1') mit einer antiferromagnetischen Teilschicht (14) und einer ferromagnetischen Teilschicht (15) erzeugt wird, wobei die ferromagnetische Teilschicht (15) die Magnetisierung (m2) mit der zugeordneten resultierenden Magnetisierungsrichtung aufweist, und wobei die antiferromagnetische Teilschicht (14) einer Änderung der resultierenden Magnetisierungsrichtung entgegenwirkt und/oder die resultierende Magnetisierungsrichtung, insbesondere unter dem Einfluss des auf die Schichtanordnung einwirkenden Magnetfeldes, stabilisiert.A method according to claim 1, characterized in that the reference layer ( 1 . 1' ) with an antiferromagnetic layer ( 14 ) and a ferromagnetic sublayer ( 15 ) is generated, the ferromagnetic partial layer ( 15 ) has the magnetization (m 2 ) with the associated resulting magnetization direction, and the antiferromagnetic partial layer ( 14 ) counteracts a change in the resulting magnetization direction and / or stabilizes the resulting magnetization direction, in particular under the influence of the magnetic field acting on the layer arrangement. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Behandlung beim oder unmittelbar nach einem Erzeugen der Referenzschicht (1, 1'), insbesondere der antiferromagnetischen Teilschicht (14) der Referenzschicht (1, 1'), erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the first treatment during or immediately after generating the reference layer ( 1 . 1' ), especially the antiferromagnetic sublayer ( 14 ) of the reference layer ( 1 . 1' ), he follows. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Behandlung zumindest lokal und/oder zumindest innerhalb einer Teilschicht (15) eine vorläufige Magnetisierung mit einer zugeordneten resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht (1, 1') bewirkt wird, die von der mit der zweiten Behandlung bewirkten resultierenden Magnetisierungsrichtung verschieden, insbesondere um zumindest näherungsweise 45° oder 135° dazu gedreht, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that with the first treatment at least locally and / or at least within a partial layer ( 15 ) a preliminary magnetization with an associated resulting preliminary magnetization direction of the reference layer ( 1 . 1' ) is effected, which is different from the resulting magnetization direction caused by the second treatment, in particular rotated by at least approximately 45 ° or 135 ° thereto. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Behandlung nach Abschluss einer Erzeugung der Schichtanordnung (5, 5') mit der Referenzschicht (1, 1'), der Zwischenschicht (13) und der Detektionsschicht (12) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second treatment after completion of generation of the layer arrangement ( 5 . 5 ' ) with the reference layer ( 1 . 1' ), the intermediate layer ( 13 ) and the detection layer ( 12 ) he follows. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Behandlung zumindest zeitweilig gleichzeitig mit einer thermischen Konditionierung der antiferromagnetischen Teilschicht (14) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first treatment at least temporarily at the same time as thermal conditioning of the antiferromagnetic partial layer ( 14 ) he follows. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als antiferromagnetische Teilschicht (14) eine PtMn-Schicht erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as the antiferromagnetic partial layer ( 14 ) a PtMn layer is generated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Magnetfeld (B1, B2) derart erzeugt werden, dass die erste Richtung des ersten Magnetfeldes (B1) und die zweite Richtung des zweiten Magnetfeldes (B2) zumindest eine Komponente parallel zu der Ebene der Referenzschicht (1, 1') aufweisen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second magnetic field (B 1 , B 2 ) are generated such that the first direction of the first magnetic field (B 1 ) and the second direction of the second magnetic field (B 2 ) at least one component parallel to the plane of the reference layer ( 1 . 1' ) exhibit. Verfahren zur Herstellung eines insbesondere einen GMR-Effekt aufweisenden Sensorelementes (20) oder eines insbesondere einen GMR-Effekt aufweisenden Speicherelementes (20'), wobei auf einem Substrat (10) mindestens eine erste magnetoresistive Schichtanordnung (5) mit einer ersten Referenzschicht (1) und einer ersten Magnetisierung (m2) mit einer dieser zugeordneten ersten resultierenden Magnetisierungsrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche erzeugt wird, wobei auf dem Substrat (10) mindestens eine zweite magnetoresistive Schichtanordnung (5') mit einer zweiten Referenzschicht (1') und einer zweiten Magnetisierung (m2) mit einer dieser zugeordneten zweiten resultierenden Magnetisierungsrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche erzeugt wird, und wobei die erste und die zweite resultierende Magnetisierungsrichtung verschieden voneinander eingestellt werden.Process for the production of a sensor element which has in particular a GMR effect ( 20 ) or a memory element that has in particular a GMR effect ( 20 ' ), on a substrate ( 10 ) at least one first magnetoresistive layer arrangement ( 5 ) with a first reference layer ( 1 ) and a first magnetization (m 2 ) is generated with a first resulting magnetization direction assigned to this according to one of the preceding claims, wherein on the substrate ( 10 ) at least one second magnetoresistive layer arrangement ( 5 ' ) with a second reference layer ( 1' ) and a second magnetization (m 2 ) with an associated second resulting magnetization direction according to one of the preceding claims, and wherein the first and second resulting magnetization directions are set differently from each other. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Behandlung der ersten magnetoresistiven Schichtanordnung (5) und die erste Behandlung der zweiten magnetoresistiven Schichtanordnung (5') gemeinsam in dem ersten Magnetfeld (B1) mit der ersten Richtung erfolgt.A method according to claim 9, characterized in that the first treatment of the first magnetoresistive layer arrangement ( 5 ) and the first treatment of the second magnetoresistive layer arrangement ( 5 ' ) takes place together in the first magnetic field (B 1 ) with the first direction. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Behandlung der ersten magnetoresistiven Schichtanordnung (5) und die zweite Behandlung der zweiten magnetoresistiven Schichtanordnung (5') nacheinander erfolgt, wobei die Richtung des zweiten Magnetfeldes (B2) während der zweiten Behandlung der zweiten magnetoresistiven Schichtanordnung (5') von der Richtung des zweiten Magnetfeldes (B2) während der zweiten Behandlung der ersten magnetoresistiven Schichtanordnung (5) verschieden gewählt wird.A method according to claim 9 or 10, characterized in that the second treatment of the first magnetoresistive layer arrangement ( 5 ) and the second treatment of the second magnetoresistive layer arrangement ( 5 ' ) takes place in succession, the direction of the second magnetic field (B 2 ) during the second treatment of the second magnetoresistive layer arrangement ( 5 ' ) from the direction of the second magnetic field (B 2 ) during the second treatment of the first magnetoresistive layer arrangement ( 5 ) is selected differently. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste resultierende Magnetisierungsrichtung und die zweite resultierende Magnetisierungsrichtung zumindest näherungsweise senkrecht zueinander eingestellt werden.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that that the first resulting direction of magnetization and the second resulting magnetization direction at least approximately can be set perpendicular to each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des ersten Magnetfeldes (B1) derart eingestellt wird, dass bei der insbesondere gleichzeitigen ersten Behandlung der ersten magnetoresistiven Schichtanordnung (5) und der zweiten magnetoresistiven Schichtanordnung (5') zumindest lokal und/oder zumindest innerhalb einer Teilschicht (15) eine vorläufige Magnetisierung mit einer zugeordneten resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der ersten Referenzschicht (1) und eine vorläufige Magnetisierung mit einer zugeordneten resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der zweiten Referenzschicht (1') bewirkt wird, wobei die vorläufigen Magnetisierungsrichtungen zumindest näherungsweise parallel zueinander gerichtet sind.Method according to one of Claims 9 to 12, characterized in that the direction of the first magnetic field (B 1 ) is set in such a way that when the first magnetoresistive layer arrangement ( 5 ) and the second magnetoresistive layer arrangement ( 5 ' ) at least locally and / or at least within a sub-layer ( 15 ) a preliminary magnetization with an associated resulting preliminary magnetization direction of the first reference layer ( 1 ) and a preliminary magnetization with an associated resulting preliminary magnetization direction of the second reference layer ( 1' ) is effected, the preliminary magnetization directions being directed at least approximately parallel to one another. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste resultierende Magnetisierungsrichtung und die zweite resultierende Magnetisierungsrichtung zumindest näherungsweise einen Winkel von 45° oder 135° mit der Richtung des ersten Magnetfeldes (B1) oder der resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der ersten Referenzschicht (1) und der resultierenden vorläufigen Magnetisierungsrichtung der zweiten Referenzschicht (1') bilden.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the first resulting magnetization direction and the second resulting magnetization direction at least approximately an angle of 45 ° or 135 ° with the direction of the first magnetic field (B 1 ) or the resulting preliminary magnetization direction of the first reference layer ( 1 ) and the resulting preliminary magnetization direction of the second reference layer ( 1' ) form. GMR-Sensorbauelement nach dem Spin-Valve-Prinzip mit einer magnetoresistiven Schichtanordnung (5, 5') oder einem Sensorelement (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche.GMR sensor component based on the spin valve principle with a magnetoresistive layer arrangement ( 5 . 5 ' ) or a sensor element ( 20 ) according to one of the preceding claims. GMR-Speicherbauelement nach dem Spin-Valve-Prinzip mit einer magnetoresistiven Schichtanordnung (5, 5') oder einem Speicherelement (20') nach einem der vorangehenden Ansprüche.GMR memory device based on the spin valve principle with a magnetoresistive layer arrangement ( 5 . 5 ' ) or a storage element ( 20 ' ) according to one of the preceding claims.
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