DE19830343C1 - Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus umfassend ein AAF-System sowie magnetoresistive Sensorsysteme - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus umfassend ein AAF-System sowie magnetoresistive SensorsystemeInfo
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus, umfassend ein AAF-System (artificial-antiferromagnetic-system), bestehend aus mindestens einer Biasschicht, mindestens einer Flußführungsschicht und mindestens einer zwischen diesen angeordneten, beide benachbarte Magnetschichten antiferromagnetisch koppelnden Kopplungsschicht, wobei mittels dieses Schichtaufbaus ein magnetoresistives Sensorsystem mit mindestens zwei Sensorelementen bildbar ist, wobei zur Ermöglichung einer lokal antiparallelen Ausrichtung der Magnetisierungen der Biasschichten nach der Herstellung des AAF-Systems lokal die Symmetrie des AAF-Systems derart beeinflußt wird, daß die beeinflußten und die nicht beeinflußten Bereiche des Schichtaufbaus ein unterschiedliches Verhalten in einem homogenen Magnetfeld zeigen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Schichtaufbaus umfassend ein AAF-System (artificial-
antiferromagnetic-system) bestehend aus mindestens einer Bi
asschicht, mindestens einer Flußführungsschicht und einer
zwischen diesen angeordneten, zwei benachbarte Magnetschich
ten antiferromagnetisch koppelnden Kopplungsschicht, wobei
mittels dieses Schichtaufbaus ein magnetoresistives Sensorsy
stem mit mindestens zwei Sensorelementen bildbar ist. Ein
entsprechender Schichtaufbau mit einem AAF-System ist z. B.
der WO 94/15223 A1 zu entnehmen.
Aus dem DE-Buch "Sensors - A Comprehensive Survey (Hrsg.:
W. Göpel u. a.), VCH Verlagsgesellschaft Weinheim, Vol. 5: Ma
gnetic Sensors (Hrsg.: R. Boll u. a.), 1989, Kapitel 9: Magne
toresistive Sensors, Seiten 341 bis 378 sind allgemein der
Aufbau von magnetoresistiven Sensoren, deren Funktionsweise
und deren Anwendungen zu entnehmen. Die dargestellten Senso
ren zeigen einen anisotropen magnetoresistiven Effekt. Aus
der Literaturstelle geht auch die Bildung von Sensorbrücken
hervor, die beispielsweise zur Herstellung von 360°-Winkel
detektoren verwendet werden können. Entsprechende Brücken
können auch mit Sensoren aufgebaut werden, die den eingangs
genannten Schichtaufbau mit einem AAF-System aufweisen. Auch
hierbei ist es erforderlich, von den die Brücke bildenden
vier Sensoren zwei Sensoren hinsichtlich ihrer Biasschicht-
Magnetisierung entgegengesetzt zu den anderen auszurichten,
um entsprechende Signale über den gesamten Winkelbereich zu
erhalten. Dies ist auch bei Sensoren erforderlich, die auf
Basis eines magnetischen Tunneleffekts oder mit Spin Valve
Transistoren arbeiten. Dies erfolgt mittels eines magneti
schen Einstellfeldes. Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei
benachbarten, eine Brücke bildenden Sensorelementen von Sen
sorelement zu Sensorelement das Einstellfeld unterschiedlich
gerichtet sein muß, um durch Einprägen die Magnetisierungs
richtungen entsprechend einzustellen. Dies liegt darin be
gründet, daß der Aufbau jedes Sensorelements innerhalb der
Sensorbrücke bzw. auf einem vollständigen, eine Vielzahl von
Sensorbrücken umfassenden Sensorsubstrat jeweils identisch
ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Möglichkeit
anzugeben, wie ein Schichtaufbau bzw. ein entsprechendes Sen
sorelement erhalten werden kann bzw. ausgestaltet sein soll
te, um auf einfache Weise in einem homogenen Einstellfeld
hinsichtlich der Biasschicht-Magnetisierungen unterschiedlich
ausgerichtet zu werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der ein
gangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur Er
möglichung einer lokal antiparallelen Ausrichtung der Magne
tisierung der Biasschichten nach der Herstellung des AAF-
Systems lokal die Symmetrie des AAF-Systems derart beeinflußt
wird, daß die beeinflußten und die nicht beeinflußten Berei
che des Schichtaufbaus ein unterschiedliches Verhalten in ei
nem homogenen Magnetfeld zeigen.
Die Erfindung geht also ab von einem identischen Schichtauf
bau für sämtliche Sensorelemente bzw. für sämtliche Bereiche,
die die Sensorelemente bilden sollen. Erfindungsgemäß wird
die lokale Symmetrie des Systems beeinflußt, so daß sich un
terschiedliche Bereiche bilden, die ein unterschiedliches
Verhalten zeigen. Zur lokalen Beeinflussung des Schichtauf
baus kann erfindungsgemäß eine Maske verwendet werden.
Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann
vorgesehen sein, daß lokal an einem oder mehreren Bereichen
eine magnetisch gekoppelte Zusatzschicht erzeugt wird, die
einen zu einem lokal asymmetrischen Verhalten der Bereiche in
einem homogenen Magnetfeld führenden Beitrag liefert. Es wird
also eine weitere Schicht hinzugefügt, jedoch lediglich an
den Bereichen, die in ihrer Magnetisierung entgegengesetzt zu
der der nicht mit der Zusatzschicht versehenen Bereiche ein
gestellt werden soll. Dabei kann erfindungsgemäß die lokale
Zusatzschicht durch die Maske abgeschieden werden. Alternativ
dazu kann zunächst eine geschlosse Zusatzschicht aufgebracht
werden, von welcher mittels der Maske entsprechende Bereiche
entfernt werden, die den nicht zu beeinflussenden Bereichen
entsprechen.
Wie beschrieben wird die Zusatzschicht auf das bestehende
AAF-System abgeschieden. Um das AAF-System vor etwaiger Be
schädigung oder einer während des Abscheidungsprozesses mög
licherweise auftretenden Änderung der Schichtzusammensetzung
zu schützen, sollte zweckmäßigerweise vor der Erzeugung der
Zusatzschicht eine Deckschicht auf die Biasschicht oder die
Flußführungsschicht aufgebracht werden.
Nach Fertigstellung dieses Schichtaufbaus kann die Einstel
lung mittels eines homogenen Magnetfeldes erfolgen, wonach
zweckmäßigerweise die Zusatzschicht entfernt werden kann, da
sie zur letztendlichen Bildung der Sensorsysteme und deren
Betrieb nicht mehr benötigt wird. Zur Entfernung kann eine
zweite Maske verwendet werden in dem Fall, daß die Zusatz
schicht vorher als geschlossene Schicht über das gesamte
Substrat aufgebracht wurde und lediglich in vorgegebenen Be
reichen entfernt wurde. Um nun auch die Zusatzschicht in den
anderen Bereichen entfernen zu können, muß mit einer zweiten
Maske gearbeitet werden.
Eine Alternative zur Erzeugung einer lokalen Zusatzschicht
sieht demgegenüber vor, daß zur Beeinflussung lokal die Zu
sammensetzung und/oder die Dicke einer Schicht des AAF-
Systems geändert wird. Diese Änderung der Zusammensetzung
bzw. der Dicke hat wiederum Einfluß auf das Verhalten des je
weiligen Bereiches in einem homogenen Magnetfeld, so daß auch
hierdurch eine antiparallele Ausrichtung erreicht werden
kann. Erfindungsgemäß kann die Änderung mittels lokaler Oxi
dation, lokaler Implantation und/oder in einem lokalen Ätz
schritt erfolgen. Um auch hier das AAF zumindest in den Be
reichen, die nicht beeinflußt werden sollen, zu schützen,
kann erfindungsgemäß vor der Beeinflussung eine Deckschicht
auf die Bias- oder die Flußführungsschicht aufgebracht wer
den, die in den zu ändernden Bereichen, gegebenenfalls unter
Verwendung der Maske, entfernt wird. Die vorbeschriebenen
Masken werden zweckmäßigerweise lithographisch, insbesondere
photolithographisch erzeugt.
Wie beschrieben, kann es sich bei dem Schichtaufbau um einen
geschlossenen, nicht in separate Sensorelemente unterteilten
Aufbau handeln. Um einzelne separate Sensorelemente heraus
zustrukturieren, die letztlich den beeinflußten und nicht be
einflußten Bereichen entsprechen, können diese auf einem ge
meinsamen Substrat angeordneten Bereich zweckmäßigerweise vor
der Einstellung der Magnetisierung voneinander entkoppelt
oder getrennt werden, was in einfacher Weise mittels eines
lokalen Ätzschrittes, insbesondere vor einer etwaigen Entfer
nung der Maske erfolgt.
Ferner betrifft die Erfindung einen Schichtaufbau zur Bildung
eines magnetoresistiven Sensorelements bzw. magnetoresistiver
Sensorsysteme, welcher nach dem beschriebenen Verfahren her
gestellt ist.
Daneben betrifft die Erfindung ein magnetoresistives Sensor
system bestehend aus mindestens zwei Sensorelementen, von de
nen jedes ein AAF-System (artificial-antiferromagnetic-
system) aufweist bestehend aus mindestens einer Biasschicht,
mindestens einer Flußführungsschicht und einer zwischen die
sen angeordneten, beide Schichten antiferromagnetisch kop
pelnden Kopplungsschicht. Dieses zeichnet sich dadurch aus,
daß zur Ermöglichung einer antiparallelen Ausrichtung der Ma
gnetisierung der Biasschichten ein Sensorelement oder ein
Teil der Sensorelemente mit mindestens einer magnetisch ge
koppelten Zusatzschicht versehen ist, die einen zu einem
asymmetrischen Verhalten der Sensorelemente in einem homoge
nen Magnetfeld führenden Beitrag liefert.
Dabei kann erfindungsgemäß die Zusatzschicht einen Momenten
beitrag liefern, daß heißt, das magnetische Moment der
Schicht, an die die Zusatzschicht angekoppelt ist, wird hier
durch erhöht. Zusätzlich oder alternativ kann die Zusatz
schicht einen Koerzivitätsbeitrag liefern, das heißt, das Ge
samtreibungsmoment der Verbindung Zusatzschicht-angekoppelte
Schicht wird geändert. Gleichermaßen kann die Zusatzschicht
auch einen Anisotropiebeitrag liefern, welcher zur lokalen
Asymmetrie führt. Die Zusatzschicht kann eine ferromagneti
sche, eine antiferromagnetische oder eine ferrimagnetische
Schicht sein. Die Phasenübergangstemperatur der Zusatz
schicht, gegebenenfalls die Curie-Temperatur oder die Néel-
Temperatur kann unterhalb des Betriebstemperaturbereichs des
Sensorsystems liegen. Liegt dieser beispielsweise bei Raum
temperatur so wird das Sensorsystem zum Einstellen entspre
chend auf eine Temperatur unterhalb der Phasenübergangstempe
ratur abgekühlt, das heißt, das Sensorsystem wird in einen
Temperaturbereich gebracht, in dem die Zusatzschicht ihren
Beitrag liefern kann. Bei Betriebstemperatur hingegen verhält
sich die Zusatzschicht paramagnetisch.
Die Zusatzschicht kann unmittelbar auf die Biasschicht oder
die Flußführungsschicht aufgebracht sein, alternativ hierzu
kann die Biasschicht oder die Flußführungsschicht auch mit
einer Deckschicht versehen sein, auf die die Zusatzschicht
aufgebracht ist und die die beiden Schichten magnetisch kop
pelt. Vorteilhaft ist ferner, wenn die Zusatzschicht entfern
bar, insbesondere ätzbar ist. Da bei Sensorsystemen aufgrund
möglicher Unterschiede innerhalb der Sensorselemente, insbe
sondere sofern diese nicht auf einem gemeinsamen Substrat er
zeugt sind, Temperaturschwankungen entstehen können, die das
Meßsignal beeinflussen können, sind zweckmäßigerweise jeweils
vier Sensorelemente des Sensorsystems nach Art einer
Wheatstone'schen Brücke verschaltet. Hiermit läßt sich eine
hinreichende Temperaturkompensation erzielen.
Die Erfindung betrifft ferner ein weiteres magnetoresistives
Sensorsystem entsprechend der vorbeschriebenen Art. Dieses
zeichnet sich dadurch aus, daß zur Ermöglichung einer anti
parallelen Ausrichtung der Magnetisierung der Biasschichten
eine Schicht eines Sensorelements oder eines Teils der Senso
relemente und damit die Symmetrie des jeweiligen AAF-Systems
derart beeinflußt ist, daß beeinflußte und nicht beeinflußte
Sensorelemente in einem homogenen Magnetfeld ein unterschied
liches Verhalten zeigen. Dabei kann erfindungsgemäß die
Schicht infolge der Beeinflussung eine geänderte Zusammenset
zung und/oder Dicke aufweisen, wobei dies durch lokale Oxida
tion, lokale Implantation und/oder lokale Ätzung erreicht
werden kann. Auch hier sind zweckmäßigerweise jeweils vier
Sensorelemente im Hinblick auf eine mögliche Temperaturkom
pensation nach Art einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet.
Schließlich sieht die Erfindung ein weiteres Sensorsystem
vor, bestehend aus mindestens einer Biasschicht und mehreren
Flußführungsschichten, wobei hier zur Ermöglichung einer an
tiparallelen Ausrichtung der Magnetisierung der Biasschichten
eine Flußführungsschicht eines Sensorelements oder eines
Teils der Sensorelemente entfernt ist, wodurch sich ebenfalls
ein unterschiedliches Schichtverhalten in einem homogenen Ma
gnetfeld erzielen läßt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Schichtaufbaus ohne
Maske,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Schichtaufbaus aus
Fig. 1 mit Maske,
Fig. 3 eine Schnittansicht des Schichtaufbaus bestehend
aus einem mehrschichtigen AAF-System, und
Fig. 4 den Schichtaufbau aus Fig. 3, wobei eine magnetisch
relevante Schicht des AAF-Systems entfernt ist.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Schichtaufbaus. Dieser
besteht aus einer Substratschicht 1, einer Pufferschicht 2,
einer Meßschicht 3, einer Entkopplungsschicht 4, einer Bias
schicht 5, einer antiferromagnetischen Kopplungsschicht 6,
sowie einer Flußführungsschicht 7. Die Schichten 5, 6 und 7
bilden das AAF-System. Auf diesen Schichtaufbau, der nur aus
schnittsweise dargestellt ist und sich insoweit homogen über
das gesamte Sensorsubstrat erstreckt, ist eine Deckschicht 8
aufgebracht, die zum Schutz des darunterliegenden AAF-Systems
dient. Um lokal das Verhalten des AAF-Systems in einem homo
genen Magnetfeld derart beeinflussen zu können, daß ein be
reichsweise unterschiedliches Verhalten gegeben ist, wird lo
kal auf die Deckschicht eine einen magnetisch relevanten Bei
trag liefernde Zusatzschicht gebracht. Die Deckschicht 8 kop
pelt die aufzubringende Zusatzschicht an die darunterliegende
Schicht des AAF-Systems, im gezeigten Beispiel an die Fluß
führungsschicht 7. Um die Zusatzschicht in lokal ausgewählten
Bereichen, die jeweils einem Sensorelement einer ersten Art
entsprechen (die nicht mit der Zusatzschicht versehenen Be
reiche bilden die Sensorelemente der zweiten Art, wobei sich
die Sensorelemente hinsichtlich der Magnetisierungsschicht
und der Biasschichten unterscheiden), wird eine lithographi
sche Maske 9 auf die Deckschicht aufgebracht, die entspre
chende Fenster 10 aufweist. Durch diese Fenster hindurch wird
die Zusatzschicht 11, die hier nur gestrichelt dargestellt
ist, abgeschieden. Infolge der Ankopplung der Zusatzschicht
11 an die darunterliegende Flußführungsschicht 7 ändert sich
lokal das Verhalten dieses AAF-Systembereichs im Magnetfeld,
so daß eine entgegengesetzte Bias-Ausrichtung dieser Sensore
lemente erreicht werden kann. Vor der Einstellung der Magne
tisierung mittels des homogenen Magnetfelds werden mittels
eines lokalen selektiven Ätzvorgangs, der im wesentlichen
entlang der Maskenkanten vertikal selektiv erfolgt, die ein
zelnen Bereiche voneinander getrennt, um so die Sensorelemen
te "herauszustrukturieren". Nach erfolgter Einstellung kann
die Zusatzschicht sowie die Maske, gegebenenfalls auch die
Deckschicht entfernt werden.
Die Zusatzschicht ist zweckmäßigerweise ein Ferromagnet mit
niedriger Curie-Temperatur oder ein Antiferromagnet mit nied
riger Néel-Temperatur. Die Phasenübergangstemperatur der Zu
satzschicht liegt unterhalb des Einsatzbereichs des Sensorsy
stems, so daß die Zusatzschicht im Operationstemperaturbe
reich paramagnetisch ist, das magnetische Verhalten also
nicht beeinflußt. Zur Einstellung der Biasschicht-
Magnetisierungen wird das Sensorsystem - dessen Betriebstem
peratur beispielsweise bei Raumtemperatur liegt - auf eine
Temperatur unterhalb der Phasenübergangstemperatur abgekühlt,
so daß die Zusatzschicht ihren jeweiligen Beitrag liefern
kann.
Alternativ zu der vorbeschriebenen Aufbringungsform der Zu
satzschicht kann diese auch zunächst großflächig aufgebracht
werden und anschließend lokal mittels einer Maske entfernt
werden. Für die nachfolgende Entfernung ist eine zweite Maske
erforderlich.
Der Beitrag der Zusatzschicht kann ein Momentenbeitrag sein,
zusätzlich oder alternativ kann es sich auch um einen Koerzi
vitäts- und/oder Anisotropiebeitrag handeln.
Im Falle eines Momentenbeitrags liefert die Zusatzschicht ein
magnetisches Moment bei der Einstelltemperatur. Dieses Moment
kann sowohl parallel wie entgegengesetzt, je nach Wahl der
Zusatzschicht und gegebenenfalls der Deckschicht, zur Magne
tisierung der Biasschicht 5 sein. Die Richtung der Magneti
sierung M2 der Flußführungsschicht 7 ist gegeben durch
mit
M1 = Sättigungsmagnetisierung der Biasschicht
M2 = Sättigungsmagnetisierung der Flußführungsschicht
d1 = Dicke der Biasschicht
d2 = Dicke der Flußführungsschicht
Hein = magnetisches Einstellfeld.
M1 = Sättigungsmagnetisierung der Biasschicht
M2 = Sättigungsmagnetisierung der Flußführungsschicht
d1 = Dicke der Biasschicht
d2 = Dicke der Flußführungsschicht
Hein = magnetisches Einstellfeld.
Die Magnetisierung M2 liegt parallel zum Einstellfeld, wenn
M2d2 < M1d1 ist. Die Zusatzschicht liefert bei der Einstell
temperatur ein Zusatzmoment mz. Die Richtung der Magnetisie
rung M2 ergibt sich dann zu:
wobei das Pluszeichen für eine parallele Ankopplung von mz an
M2 und das Minuszeichen für eine antiparallele Ankopplung
gilt. Die Richtung von M2 kann umgedreht werden, wenn
(M2d2 ± mz - M1d1)(M2d2 - M1d1) < 0 (3)
erfüllt ist.
Als Materialen für die Zusatzschicht können seltene Erd
reiche seltene Erd/Übergangsmaterial-Legierungen wie
Tbx(FeyCo1-y)1-x, Smx(FeyCo1-y)1-x, Hox(FeyCo1-y)1-x, Dyx(FeyCo1-y)1-x, Ndx(FeyCo1-y)1-x
sowie verdünnte ferromagnetische Materialien verwendet wer den.
Tbx(FeyCo1-y)1-x, Smx(FeyCo1-y)1-x, Hox(FeyCo1-y)1-x, Dyx(FeyCo1-y)1-x, Ndx(FeyCo1-y)1-x
sowie verdünnte ferromagnetische Materialien verwendet wer den.
Wie beschrieben kann die Steuerung der Ausrichtung der Magne
tisierung auch über die Koerzivität oder Anisotropie erfol
gen. In diesem Fall wird vorausgesetzt, daß M2d2 = M1d1 ist.
Nachfolgend wird eine Zusatzschicht betrachtet, die antifer
romagnetisch oder bei der Einstelltemperatur näherungsweise
antiferromagnetisch ist. Die Zusatzschicht ist wiederum di
rekt oder indirekt über die Deckschicht mit der Flußführungs
schicht 7 des AAF-Systems gekoppelt. Bei Abkühlung unterhalb
der Néel-Temperatur richten sich die magnetischen Spins nach
dem von einem Feld gesättigten AAF-System aus. Die antiferro
magnetische Zusatzschicht trägt jedoch kein magnetisches Net
to-Moment, so daß die Richtung der Magnetisierung M2 gemäß
der vorbeschriebenen Formel (1) undefiniert ist. In diesem
Fall sind die Koerzivitäten und Anisotropien entscheidend für
die Ausrichtung. Im Falle einer Koerzivitätssteuerung, das
heißt einer durch Drehreibung hervorgerufene Richtungsbeein
flussung wird Formel (1) ersetzt durch:
mit:
T1 = Volumendichte der Drehreibung der Biasschicht
T2 = Volumendichte der Drehreibung der Flußführungsschicht.
T1 = Volumendichte der Drehreibung der Biasschicht
T2 = Volumendichte der Drehreibung der Flußführungsschicht.
Für eine uniaxiale Anisotropie mit leichten Achsen parallel
zum Einstellfeld und Anisotropiekonstanten K1, K2 und Kz für
die jeweiligen Schichten gilt:
Bei Temperaturen unterhalb der Néel-Temperatur wird die Zu
satzschicht zwar kein Moment aufweisen, aber in den meisten
Fällen ist die Drehreibung Tzdz oder die Anisotropieenergie
Kzdz beachtlich groß. Die Richtung der Magnetisierung erfolgt
demgemäß bei Koerzivitätssteuerung aus:
bzw. bei Anisotropiesteuerung
Ersichtlich ist Tzdz immer positiv, so daß eine Umkehrung der
Magnetisierung M2 nur dann möglich ist, wenn T2d2 - T1d1 kleiner
Null ist, das heißt, wenn die Biasschicht die größte Gesam
treibung aufweist. Nachdem das Feld bei der tiefen Temperatur
auf Null reduziert ist, steht M2 in den maskierten Bereichen
zum magnetischen Einstellfeld entgegengesetzt gerichtet, in
den unmaskierten Bereichen steht sie parallel.
Kz hingegen kann sowohl ein positives wie ein negatives Vor
zeichen besitzen, so daß bei tiefer Temperatur M2 auch paral
lel zum Einstellfeld stehen kann.
Als Materialien können hier seltene Erdreiche seltene
Erd/Übergangsmaterial-Legierungen wie
Tbx(FeyCo1-y)1-x, Hox(FeyCo1-y)1-x, Dyb(FeyCo1-y)1-x
mit Kompensationstemperaturen nahe der Einstelltemperatur und niedrigen Curie-Temperatur verwendet werden. Gleichermaßen können reine Antiferromagneten wie MnO, FeO, V2O3 oder MnS verwendet werden.
Tbx(FeyCo1-y)1-x, Hox(FeyCo1-y)1-x, Dyb(FeyCo1-y)1-x
mit Kompensationstemperaturen nahe der Einstelltemperatur und niedrigen Curie-Temperatur verwendet werden. Gleichermaßen können reine Antiferromagneten wie MnO, FeO, V2O3 oder MnS verwendet werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Möglichkeit der anti
parallelen Einstellung der Magnetisierung. Ausgehend vom
Schichtaufbau gemäß Fig. 3, bei dem das AAF-System aus insge
samt vier magnetisch wirksamen Schichten 12, 13, 14, 15 be
steht, wird mittels eines physikalischen oder chemischen Ätz
schrittes eine Strukturierung dergestalt vorgenommen, daß in
bestimmten Bereichen, in denen Sensorelemente einer ersten
Art erzeugt werden sollen, die Schicht 15 und die darunter
liegende Kopplungsschicht 16 entfernt werden, wie dies bei
spielsweise in Fig. 4 ausschnittsweise gezeigt ist. Mit der
Bedingung
[M15d15 - M14d14 + M13d13 ± M12d12] . [M15d15 - M14d14 + M13d13] < 0 (6)
erhält man bei Einwirken eines Einstellfeldes eine antiparal
lele Stellung der Biasschicht 12 der strukturierten zu den
nicht strukturierten Bereichen. Das "+"-Zeichen beim M12d12-
Glied trifft bei ferromagnetischer, das "-"-Zeichen bei anti
ferromagnetischer Ankopplung von Schicht 12 an Schicht 13 zu.
Zur Verbesserung der Homogenität des Systems (Offset-Spannung
unabhängig von der Temperatur) kann man nach der Einstellung
auch im bisher nicht strukturierten Sensorbrückenteil die
Schicht 15 und die Kopplungsschicht 16 entfernen.
Claims (34)
1. Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus umfassend
ein AAF-System (artificial-antiferromagnetic-system) beste
hend aus mindestens einer Biasschicht, mindestens einer Fluß
führungsschicht und mindestens einer zwischen diesen angeord
neten, beide benachbarte Magnetschichten antiferromagnetisch
koppelnden Kopplungsschicht, wobei mittels dieses Schichtauf
baus ein magnetoresistives Sensorsystem mit mindestens zwei
Sensorelemente bildbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Ermöglichung einer lokal anti
parallelen Ausrichtung der Magnetisierungen der Biasschichten
nach der Herstellung des AAF-Systems lokal die Symmetrie des
AAF-Systems derart beeinflußt wird, daß die beeinflußten und
die nicht beeinflußten Bereiche des Schichtaufbaus ein unter
schiedliches Verhalten in einem homogenen Magnetfeld zeigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur lokalen Beeinflussung des Schicht
aufbaus eine Maske verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß lokal an einem oder mehreren
Bereichen eine magnetisch gekoppelte Zusatzschicht erzeugt
wird, die einen zu einem lokal asymmetrischen Verhalten der
Bereiche in einem homogenen Magnetfeld führenden Beitrag lie
fert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die lokale Zusatzschicht durch die
Maske hindurch abgeschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß zunächst eine geschlossens Zusatz
schicht aufgebracht wird, von welcher mittels der Maske ent
sprechende Bereiche entfernt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß vor der Erzeu
gung der Zusatzschicht eine Deckschicht auf die Biasschicht
oder die Flußführungsschicht aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß nach der Ein
stellung der Magnetisierung mittels eines homogenen Magnet
felds die Zusatzschicht entfernt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Entfernung eine zweite
Maske oder die erste Maske verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Beeinflussung lokal die
Zusammensetzung und/oder die Dicke einer Schicht des AAF-
Systems geändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Änderung mittels lokaler
Oxidation, lokaler Implantation und/oder in einem lokalen
Ätzschritt erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß vor der Beeinflussung eine
Deckschicht auf die Bias- oder die Flußführungsschicht aufge
bracht wird, die in den zu ändernden Bereichen, gegebenen
falls unter Verwendung der Maske, entfernt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Beeinflussung lokal eine
für das magnetische Verhalten relevante Schicht des mehrere
Schichten umfassenden AAF-Systems entfernt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schicht durch Ätzen unter
Verwendung der Maske entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß nach erfolgter Einstellung
mittels des homogenen Magnetfelds die teilweise entfernte
Schicht auch in den übrigen Bereichen entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß die jeweilige
Maske lithographisch, insbesondere photolithographisch er
zeugt wird.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung
einzelner separater Sensorelemente die beeinflußten und die
nicht beeinflußten Bereiche des auf einem Substrat angeordne
ten Schichtaufbaus voneinander entkoppelt oder getrennt wer
den.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bereiche in einem lokalen
Ätzschritt, insbesondere vor einer etwaigen Entfernung der
Maske entkoppelt oder getrennt werden.
18. Schichtaufbau zur Bildung eines magnetoresistiven Sensor
elements bzw. magnetoresistiver Sensorsysteme, hergestellt
nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17.
19. Magnetoresistives Sensorsystem bestehend aus mindestens
zwei Sensorelementen, von denen jedes ein AAF-System
(artificial-antiferromagnetic-system) aufweist bestehend aus
mindestens einer Biasschicht, mindestens einer Flußführungs
schicht und mindestens einer zwischen diesen angeordneten,
beide benachbarten Magnetschichten antiferromagnetisch kop
pelnden Kopplungsschicht, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Ermöglichung einer antiparallelen
Ausrichtung der Magnetisierungen der Biasschichten (5) ein
Sensorelement oder ein Teil der Sensorelemente mit mindestens
einer magnetisch gekoppelten Zusatzschicht (11) versehen ist,
die einen zu einem asymmetrischen Verhalten der Sensorelemen
te in einem homogenen Magnetfeld führenden Beitrag liefert.
20. Sensorsystem nach Anspruch 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zusatzschicht (11) einen
Momentenbeitrag liefert.
21. Sensorsystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zusatzschicht (11)
einen, gegebenenfalls zusätzlichen Koerzivitätsbeitrag lie
fert.
22. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, da
durch gekennzeichnet, daß die Zusatz
schicht (11) einen, gegebenfalls zusätzlichen Anisotropiebei
trag liefert.
23. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 22, da
durch gekennzeichnet, daß die Zusatz
schicht (11) ein ferromagnetische, eine antiferromagnetische
oder eine ferrimagnetische Schicht ist.
24. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 23, da
durch gekennzeichnet, daß die Phasen
übergangstemperatur der Zusatzschicht (11), gegebenenfalls
die Curie-Temperatur oder die Néel-Temperatur unterhalb des
Betriebstemperaturbereichs des Sensorsystems liegt.
25. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 24, da
durch gekennzeichnet, daß die Zusatz
schicht (11) unmittelbar auf die Biasschicht (5) oder die
Flußführungsschicht (7) aufgebracht ist.
26. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 24, da
durch gekennzeichnet, daß auf die Bias
schicht (5) oder die Flußführungsschicht (7) eine Deckschicht
(8) aufgebracht ist, die die darauf aufgebrachte Zusatz
schicht (11) magnetisch koppelt.
27. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 26, da
durch gekennzeichnet, daß die Zusatz
schicht (11) entfernbar, insbesondere ätzbar ist.
28. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 27, da
durch gekennzeichnet, daß es vier Sen
sorelemente oder ein Vielfaches davon umfaßt, wobei jeweils
vier Sensorelemente eine Wheatstone'sch Brücke bilden.
29. Magnetoresistives Sensorsystem bestehend aus mindestens
zwei Sensorelementen, von denen jedes ein AAF-System
(artificial-antiferromagnetic-system) aufweist bestehend aus
mindestens einer Biasschicht, mindestens einer Flußführungs
schicht und mindestens einer zwischen diesen angeordneten,
benachbarte Magnetschichten antiferromagnetisch koppelnden
Kopplungsschicht, dadurch gekennzeich
net, daß zur Ermöglichung einer antiparallelen Ausrich
tung der Magnetisierungen der Biasschichten eine Schicht ei
nes Sensorelements oder eines Teils der Sensorelemente und
damit die Symmetrie des jeweiligen AAF-Systems derart beein
flußt ist, daß beeinflußte und nicht beeinflußte Sensorele
mente in einem homogenen Magnetfeld ein unterschiedliches
Verhalten zeigen.
30. Sensorsystem nach Anspruch 29, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schicht infolge der Beein
flussung eine geänderte Zusammensetzung und/oder Dicke auf
weist.
31. Sensorsystem nach Anspruch 30, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schicht durch lokale Oxi
dation, lokale Implantation und/oder lokalen Ätzung beein
flußt ist.
32. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 29 bis 31, da
durch gekennzeichnet, daß es vier Senso
relemente oder ein Vielfaches davon umfaßt, wobei jeweils
vier Sensorelemente eine Wheatstone'sch Brücke bilden.
33. Magnetoresistives Sensorsystem bestehend aus mindestens
zwei Sensorelementen, von denen jedes ein AAF-System
(artificial-antiferromagnetic-system) aufweist bestehend aus
mindestens einer Biasschicht, mehreren Flußführungsschichten,
und mindestens einer die Biasschicht und eine Flußführungs
schicht antiferromagnetisch koppelnden Kopplungsschicht,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermög
lichung einer antiparallelen Ausrichtung der Magnetisierungen
der Biasschichten eine Flußführungsschicht (15) eines Senso
relements oder eines Teils der Sensorelemente entfernt ist.
34. Sensorsystem nach Anspruch 33, dadurch ge
kennzeichnet, daß es vier Sensorelemente oder
ein Vielfaches davon umfaßt, wobei jeweils vier Sensorelemen
te eine Wheatstone'sch Brücke bilden.
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Effective date: 20120201 |