RU2753803C1 - Method for creating self-oriented magnetic sensor - Google Patents

Method for creating self-oriented magnetic sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2753803C1
RU2753803C1 RU2021101867A RU2021101867A RU2753803C1 RU 2753803 C1 RU2753803 C1 RU 2753803C1 RU 2021101867 A RU2021101867 A RU 2021101867A RU 2021101867 A RU2021101867 A RU 2021101867A RU 2753803 C1 RU2753803 C1 RU 2753803C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
mtj
magnetization
ferromagnet
temperature
Prior art date
Application number
RU2021101867A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эрван Филипп Мари Гапиан
Евгений Викторович Данилкин
Крупник Владимир
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Крокус Наноэлектроника" (Ооо "Крокус Наноэлектроника")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Крокус Наноэлектроника" (Ооо "Крокус Наноэлектроника") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Крокус Наноэлектроника" (Ооо "Крокус Наноэлектроника")
Priority to RU2021101867A priority Critical patent/RU2753803C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2753803C1 publication Critical patent/RU2753803C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: microelectronics.SUBSTANCE: the substance of the invention lies in the fact that the method for creating a self-aligning magnetic sensor contains the stages at which the use of an MTJ cell with shape anisotropy is carried out, which makes it possible to exclude the stage of annealing in an external magnetic field in the technological route, which is necessary for orienting the sensitive layer.EFFECT: acceleration of the technological production process for the manufacture of MTJ magnetic sensors.2 cl, 6 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0001] Настоящее техническое решение относится к области микроэлектроники, в частности к способу создания самоориентируемого магнитного сенсора.[0001] The present technical solution relates to the field of microelectronics, in particular to a method for creating a self-orienting magnetic sensor.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

[0002] Магниточувствительные устройства или магнитные сенсоры представляют собой устройства, реагирующие на воздействие внешнего магнитного поля. Такое поле, как правило, может формироваться различными типами источников, например, магнитами, электрическим током, магнитным полем земли и пр. В качестве магнитных сенсоров могут выступать устройства, работающие на основе магнитного туннельного перехода (англ. MTJ - Magnetic Tunnel Junction), которые состоят из по меньшей мере двух слоев ферромагнетика, разделенных тонким слоем диэлектрика. Магнитные сенсоры MTJ часто используются для создания ячеек MTJ, которые применяются для создания магниторезистивной памяти (MRAM).[0002] Magnetically sensitive devices or magnetic sensors are devices that respond to an external magnetic field. Such a field, as a rule, can be formed by various types of sources, for example, magnets, electric current, magnetic field of the earth, etc. Devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction (MTJ - Magnetic Tunnel Junction) can act as magnetic sensors. consist of at least two ferromagnetic layers separated by a thin dielectric layer. MTJ magnetic sensors are often used to create MTJ cells, which are used to create magnetoresistive memory (MRAM).

[0003] При создании MTJ сенсора один из слоев ферромагнетика имеет фиксированное направление намагниченности и называется «опорным слоем». Второй слой ферромагнетика имеет направление намагниченности, соответствующее воздействию внешнего магнитного поля, и формирует тем самым «чувствительный слой».[0003] When creating an MTJ sensor, one of the layers of the ferromagnet has a fixed direction of magnetization and is called the "reference layer". The second layer of the ferromagnet has a direction of magnetization corresponding to the action of an external magnetic field, and thus forms a "sensitive layer".

[0004] Существует различные типы MTJ сенсоров, которые имеют различные конфигурации. Одним из примеров таких сенсоров выступают ортогональные сенсоры, в которых направление намагниченности опорного слоя ортогонально направлено намагниченности чувствительного слоя. На Фиг. 1 представлен пример структуры стандартного MTJ-стека (10) для создания MTJ-сенсора, аналогичный которому раскрыт, например, в патентной заявке США US 20120049843 A1 (Everspin Technologies Inc., 01.03.2012).[0004] There are various types of MTJ sensors that have different configurations. One of the examples of such sensors are orthogonal sensors, in which the direction of magnetization of the reference layer is orthogonally directed to the magnetization of the sensitive layer. FIG. 1 shows an example of the structure of a standard MTJ stack (10) for creating an MTJ sensor, similar to which is disclosed, for example, in US patent application US 20120049843 A1 (Everspin Technologies Inc., 01.03.2012).

[0005] Направление намагниченности ферромагнетиков в опорном и чувствительном слоях стека (10) фиксируется за счет применения слоя антиферромагнетиков. Как представлено на Фиг. 1 в общем случае известный тип MTJ-стека (10) содержит расположенный на подложке нижний электрод (ПО), опорный слой (100), который состоит из слоя антиферромагнетика (101), двух слоев ферромагнетика (102, 104) и немагнитного проводящего слоя (103), разделяющего слои ферромагнетика (102, 104).[0005] The direction of the magnetization of the ferromagnets in the reference and sensing layers of the stack (10) is fixed by using an antiferromagnet layer. As shown in FIG. 1, the generally known type of MTJ stack (10) contains a bottom electrode (PO) located on the substrate, a support layer (100), which consists of an antiferromagnet layer (101), two ferromagnet layers (102, 104), and a nonmagnetic conducting layer ( 103) separating the layers of the ferromagnet (102, 104).

[0006] Чувствительный слой (120) располагается над тонким слоем диэлектрика (111), разделяющим опорный (110) и чувствительный слои (120), и содержит слои ферромагнетика (121) и антиферромагнетика (122). Над чувствительным слоем (120) располагается высокорезистивный электропроводящий слой (112), играющий роль верхнего электрода при формировании контакта к MTJ ячейке, а также роль жесткой маски в плазмохимическом травлении для последующего формирования MTJ ячейки.[0006] The sensitive layer (120) is located above a thin dielectric layer (111) separating the reference (110) and sensitive layers (120), and contains layers of ferromagnet (121) and antiferromagnet (122). Above the sensitive layer (120) is a highly resistive electrically conductive layer (112), which plays the role of the upper electrode during the formation of a contact to the MTJ cell, as well as the role of a rigid mask in plasma-chemical etching for the subsequent formation of the MTJ cell.

[0007] Для обеспечения температуры блокировки опорного слоя Tb1, отличной от температуры блокировки чувствительного слоя Ты, слои ферромагнетиков (101, 122) изготавливаются из различных материалов или материалов с различной толщиной. Температура блокировки - представляет собой температуру, при которой энергия теплового движения становится достаточно велика для того, чтобы разрушить обменное взаимодействие на границе ферромагнетик/антиферромагнетик. Если температура превышает температуру блокировки, то связь магнитных моментов на границе ферромагнетик/антиферромагнетик теряется и направление намагниченности слоя ферромагнетика больше не является зафиксированным.[0007] To provide a blocking temperature of the support layer T b1 different from the blocking temperature of the sensitive layer Th, the layers of ferromagnets (101, 122) are made of different materials or materials with different thicknesses. Blocking temperature is the temperature at which the energy of thermal motion becomes large enough to destroy the exchange interaction at the ferromagnet / antiferromagnet interface. If the temperature exceeds the blocking temperature, then the coupling of the magnetic moments at the ferromagnet / antiferromagnet interface is lost and the direction of magnetization of the ferromagnet layer is no longer fixed.

[0008] В маршруте изготовления магнитных сенсоров в существующем уровне техники применяются две стадии отжига во внешнем магнитном поле, для того чтобы зафиксировать направление намагниченности опорного и чувствительного слоев в MTJ ячейке. Первый отжиг во внешнем магнитном поле выполняется при температуре выше, чем температура блокировки опорного слоя Tb1 (направление магнитного поля при отжиге показано красной стрелкой). Второй отжиг во внешнем магнитном поле обычно проводится в конце маршрута изготовления MTJ сенсора, чтобы зафиксировать направление намагниченности слоя ферромагнетика (121) чувствительного слоя (120) в требуемом ортогональном направлении (Фиг. 2), при этом температура в процессе второго отжига должна быть выше температуры блокировки чувствительного слоя Tb2 (направление магнитного поля при отжиге показано зеленой стрелкой), но ниже температуры блокировки Tb1, чтобы не разрушить связь магнитных моментов на границе ферромагнетик/антиферромагнетик в опорном слое.[0008] The prior art magnetic sensor manufacturing route employs two stages of annealing in an external magnetic field in order to fix the magnetization direction of the reference and sensing layers in the MTJ cell. The first annealing in an external magnetic field is performed at a temperature higher than the blocking temperature of the reference layer T b1 (the direction of the magnetic field during annealing is shown by the red arrow). The second annealing in an external magnetic field is usually carried out at the end of the MTJ sensor manufacturing route in order to fix the direction of magnetization of the ferromagnet layer (121) of the sensitive layer (120) in the required orthogonal direction (Fig. 2), while the temperature during the second annealing should be higher than the temperature blocking the sensitive layer T b2 (the direction of the magnetic field during annealing is shown by the green arrow), but below the blocking temperature T b1 , so as not to destroy the connection of magnetic moments at the ferromagnet / antiferromagnet interface in the reference layer.

[0009] Таким образом, существующий процесс для изготовления магнитных сенсоров является достаточно трудоемким и длительным в части необходимости осуществления двух стадий отжига во внешнем магнитном поле.[0009] Thus, the existing process for the manufacture of magnetic sensors is rather laborious and time-consuming in terms of the need to carry out two stages of annealing in an external magnetic field.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0010] Настоящее решение направлено на оптимизацию маршрута изготовления магнитных сенсоров MTJ в части упрощения, и тем самым ускорения, технологического производственного процесса, за счет реализации способа самоориентации направления магнитных моментов чувствительного слоя в процессе производства магнитных сенсоров MTJ.[0010] The present solution is aimed at optimizing the route of manufacturing MTJ magnetic sensors in terms of simplifying, and thereby accelerating, the technological production process by implementing a method of self-orientation of the direction of the magnetic moments of the sensitive layer in the production of MTJ magnetic sensors.

[0011] Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в ускорении технологического производственного процесса изготовления магнитных сенсоров MTJ за счет использования MTJ ячейки с анизотропией формы, что дает возможность исключить стадию отжига во внешнем магнитном поле в технологическом маршруте, необходимую для ориентации чувствительного слоя.[0011] The technical result achieved by the claimed method consists in accelerating the technological production process of manufacturing magnetic MTJ sensors by using an MTJ cell with shape anisotropy, which makes it possible to exclude the stage of annealing in an external magnetic field in the technological route necessary for orienting the sensitive layer.

[0012] Заявленный результат достигается за счет способа создания самоориентируемого магнитного сенсора, при котором:[0012] The claimed result is achieved by a method of creating a self-orienting magnetic sensor, in which:

формируют на нижнем электроде, расположенном на диэлектрической подложке, MTJ стек, который содержит:an MTJ stack is formed on the lower electrode located on a dielectric substrate, which contains:

опорный слой, содержащий слой антиферромагнетика с температурой блокировки Tb1, первый слой ферромагнетика, прослойку из немагнитного материала и второй слой ферромагнетика, при этом направление намагниченности первого и второго слоев ферромагнетика является противоположным;a support layer containing an antiferromagnet layer with a blocking temperature T b1 , a first ferromagnet layer, an interlayer of non-magnetic material and a second ferromagnet layer, with the direction of magnetization of the first and second ferromagnet layers being opposite;

барьерный слой, нанесенный поверх опорного слоя;a barrier layer applied over the support layer;

чувствительный слой, нанесенный поверх барьерного слоя, при этом чувствительный слой содержит слой ферромагнетика и слой антиферромагнетика с температурой блокировки Tb2;a sensitive layer applied over the barrier layer, wherein the sensitive layer contains a ferromagnet layer and an antiferromagnet layer with a blocking temperature T b2 ;

наносят поверх MTJ стека высокорезистивный проводящий слой для формирования верхнего электрода ячейки MTJ;applying a highly resistive conductive layer over the MTJ stack to form an upper electrode of the MTJ cell;

выполняют магнитный отжиг в присутствии внешнего магнитного поля при температуре Т>Tb1;perform magnetic annealing in the presence of an external magnetic field at a temperature T> T b1 ;

осуществляют процесс плазмохимического травления верхнего высокорезистивного слоя и MTJ стека, при котором формируют MTJ ячейку с верхним электродом, содержащую форму, обеспечивающую направление намагниченности чувствительного слоя вдоль его длинной оси;the process of plasma-chemical etching of the upper highly resistive layer and the MTJ stack is carried out, in which an MTJ cell with an upper electrode is formed, containing a form that provides the direction of the magnetization of the sensitive layer along its long axis;

осуществляют формирование контактов к верхнему электроду ячейки MTJ и последующих уровней металлической разводки с применением высоко температурных процессов с температурой Тр, причем Tb1р>Tb2, при этом в ходе данного этапа направление намагниченности чувствительного слоя автоматически устанавливается ортогонально направлению намагниченности опорного слоя вдоль длинной оси ячейки MTJ.contacts are formed to the upper electrode of the MTJ cell and subsequent levels of metal wiring using high-temperature processes with a temperature T p , and T b1 > T p > T b2 , while during this stage the direction of the magnetization of the sensitive layer is automatically set orthogonal to the direction of magnetization of the reference layer along the long axis of the MTJ cell.

[0013] В частном варианте осуществления способа магнитный сенсор имеет форму эллипса, овала или прямоугольника.[0013] In a particular embodiment of the method, the magnetic sensor has the shape of an ellipse, oval, or rectangle.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0014] Фиг. 1 иллюстрирует известный из уровня техники пример MTJ стека для изготовления магнитных сенсоров.[0014] FIG. 1 illustrates a prior art example of an MTJ stack for the manufacture of magnetic sensors.

[0015] Фиг. 2 иллюстрирует вид сверху MTJ сенсора с направлением намагниченности при выполнении стадий отжига во внешнем магнитном поле.[0015] FIG. 2 illustrates a top view of an MTJ sensor with the direction of magnetization during the annealing steps in an external magnetic field.

[0016] Фиг 3 иллюстрирует график, отражающий изменение электрического сопротивления как функцию от величины внешнего магнитного поля.[0016] FIG. 3 is a graph showing the change in electrical resistance as a function of the magnitude of an external magnetic field.

[0017] Фиг. 4А-4Д иллюстрируют этапы настоящего способа формирования магнитного сенсора.[0017] FIG. 4A-4E illustrate the steps of the present method for forming a magnetic sensor.

[0018] Фиг. 5 иллюстрирует вид сверху MTJ сенсора с возможными направлениями намагниченности опорного слоя и чувствительного слоя.[0018] FIG. 5 illustrates a top view of an MTJ sensor with possible magnetization directions of the reference layer and the sensing layer.

[0019] Фиг. 6А-6Б иллюстрируют петлю гистерезиса, отражающую изменение сопротивления для двух возможных случаев направления намагниченности чувствительного слоя.[0019] FIG. 6A-6B illustrate a hysteresis loop reflecting the change in resistance for two possible cases of the direction of magnetization of the sensitive layer.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION

[0020] Туннельное магнетосопротивление MTJ ячейки будет изменяться при изменении относительной ориентации магнитного момента двух ферромагнитных слоев, и это явление известно как эффект туннельного магнетосопротивления (TMR). Направление намагничивания опорного слоя является фиксированным, а направление намагничивания свободного слоя может регулироваться в соответствии с внешним магнитным полем (Н), поэтому электрическое сопротивление MTJ ячейки также будет изменяться. MTJ ячейка показывает наименьшее сопротивление, когда направление намагничивания свободного слоя параллельно опорному слою, а через барьер протекает сильный ток. Напротив, сопротивление будет значительно увеличиваться, когда направление намагничивания антипараллельно, поэтому через барьер протекает небольшой ток. На Фиг. 3 представлен график, отражающий зависимость сопротивления MTJ ячейки от направления прикладываемого внешнего магнитного поля (Н). При этом поле направлено перпендикулярно направлению намагниченности чувствительного поля (зеленая стрелка).[0020] The tunnel magnetoresistance of the MTJ cell will change when the relative orientation of the magnetic moment of the two ferromagnetic layers changes, and this phenomenon is known as the tunnel magnetoresistance (TMR) effect. The magnetization direction of the reference layer is fixed, and the magnetization direction of the free layer can be adjusted according to the external magnetic field (H), so the electrical resistance of the MTJ cell will also change. An MTJ cell shows the lowest resistance when the direction of magnetization of the free layer is parallel to the reference layer and a strong current flows through the barrier. On the contrary, the resistance will increase significantly when the direction of magnetization is antiparallel, so a small current flows through the barrier. FIG. 3 is a graph showing the dependence of the resistance of the MTJ cell on the direction of the applied external magnetic field (H). In this case, the field is directed perpendicular to the direction of magnetization of the sensitive field (green arrow).

[0021] Дальнейшее детальное раскрытие настоящего технического решения будет приведено с отсылками Фиг. 4А - Фиг. 4Д.[0021] A further detailed disclosure of the present technical solution will be given with reference to FIG. 4A to FIG. 4D.

[0022] Как представлено на Фиг. 4А создание магнитного сенсора (20) основывается на формировании MTJ-стека, содержащего расположенный на подложке нижний электрод (210), опорный слой (200), который состоит из слоя антиферромагнетика (201), по меньшей мере двух слоев ферромагнетика (202, 204) и немагнитного проводящего слоя (203), разделяющего слои ферромагнетика (202, 204). Чувствительный слой (220) располагается над слоем тонкого диэлектрика (211), разделяющим опорный (210) и чувствительный слои (220), и содержит слои ферромагнетика (221) и антиферромагнетика (222). Над чувствительным слоем (220) располагается высокорезистивный электропроводящий слой (212), играющий роль верхнего электрода при формировании контакта к MTJ ячейки, а также роль жесткой маски в плазмохимическом травлении для последующего формирования MTJ ячейки.[0022] As shown in FIG. 4A, the creation of a magnetic sensor (20) is based on the formation of an MTJ stack containing a lower electrode (210) located on the substrate, a support layer (200), which consists of an antiferromagnet layer (201), at least two ferromagnet layers (202, 204) and a nonmagnetic conductive layer (203) separating the layers of the ferromagnet (202, 204). The sensitive layer (220) is located above the thin dielectric layer (211) separating the reference (210) and sensitive layers (220) and contains layers of a ferromagnet (221) and an antiferromagnet (222). Above the sensitive layer (220) is a highly resistive electrically conductive layer (212), which plays the role of the upper electrode in the formation of a contact to the MTJ cell, as well as the role of a rigid mask in plasma-chemical etching for the subsequent formation of the MTJ cell.

[0023] Слои антиферромагнетиков (201, 222) изготавливаются из различных материалов или материалов с различной толщиной, для того чтобы у таких слоев была различная температура блокировки, в частности, Ты для слоя (201) и Tb2 для слоя (222).[0023] Layers of antiferromagnets (201, 222) are made from different materials or materials with different thicknesses, so that such layers have different blocking temperatures, in particular T b2 for layer (201) and T b2 for layer (222).

[0024] Нижний электрод (210) располагается на подложке (не показана), которая может изготавливаться, например, из оксида кремния или другого полупроводникового материала, такого как: Si, SiC, SiGe, SiGeC, Ge, GaAs, InAs, InP или соединений материалов из Группы III-IV и их сочетаний. Материал для формирования нижнего электрода (210) и слоя (212) для формирования верхнего электрода и MTJ ячейки может представлять собой соединение, выбираемое из группы Та, TaN, Ti, TiN, TaSi, TaSiN и др.[0024] The lower electrode (210) is located on a substrate (not shown), which can be made, for example, of silicon oxide or other semiconductor material such as: Si, SiC, SiGe, SiGeC, Ge, GaAs, InAs, InP or compounds materials from Groups III-IV and their combinations. The material for forming the lower electrode (210) and the layer (212) for forming the upper electrode and the MTJ cell may be a compound selected from the group of Ta, TaN, Ti, TiN, TaSi, TaSiN, etc.

[0025] Материал для опорного слоя (200) может представлять собой, например, соединение CoFe, CoFeB или их сочетаний, или других применимых соединений. Толщина слоя может быть различной, например, от 10 до 100

Figure 00000001
. Для слоев ферромагнетиков (111, 122) может применяться материал на основе соединений таких как: NiFe, CoFeB, NiFeX, CoFeX и др. толщина слоев также может иметь различную величину с сохранением достижения требуемого эффекта при создании магнитного сенсора (20).[0025] The material for the support layer (200) can be, for example, a CoFe, CoFeB, or combinations thereof, or other useful compounds. The layer thickness can be different, for example, from 10 to 100
Figure 00000001
... For layers of ferromagnets (111, 122), a material based on compounds such as NiFe, CoFeB, NiFeX, CoFeX, etc. can be used.The thickness of the layers can also have different values while maintaining the achievement of the required effect when creating a magnetic sensor (20).

[0026] После нанесения MTJ слоев и высокорезистивного электропроводящего слоя, как представлено на Фиг. 4Б, осуществляется процесс отжига в присутствии внешнего магнитного поля (Н) при температуре Т>Tb1 (направление магнитного поля при отжиге показано красной стрелкой). Диапазон температур при выполнении данной стадии может варьироваться в зависимости от используемых материалов антиферромагнетиков и их толщины, например для PtMn необходима температура Т>280°С, а для IrMn Т>220°С. Верхним приделом диапазона температур является Т<400°С, т.к при этой температуре начинает разрушаться слой диэлектрика между опорным и чувствительным слоем.[0026] After applying the MTJ layers and the highly resistive electrically conductive layer as shown in FIG. 4B, the annealing process is carried out in the presence of an external magnetic field (H) at a temperature T> T b1 (the direction of the magnetic field during annealing is shown by the red arrow). The temperature range during this stage can vary depending on the materials used for antiferromagnets and their thickness, for example, for PtMn, a temperature of T> 280 ° C is required, and for IrMn, T> 220 ° C. The upper limit of the temperature range is T <400 ° C, because at this temperature the dielectric layer between the reference and sensitive layers begins to collapse.

[0027] Как показано на Фиг. 4В, после напыления слоев MTJ стека для формирования MTJ ячейки осуществляют процесс переноса топологии с фоторезистивной маски путем плазмохимического травления через верхний слой (212) токопроводящей жесткой маски, который также является верхним электродом для MTJ ячейки. MTJ ячейка изготавливается формой, обеспечивающей направление намагниченности вдоль ее длинной оси, например, прямоугольной, овальной или эллиптической. Данный эффект известен как анизотропия формы и принцип изготовления такого рода элементов известен из уровня техники (см. например, RU 2705175 С2, RU 2716282 С1).[0027] As shown in FIG. 4B, after the layers of the MTJ stack are deposited to form the MTJ cell, a topology transfer process from the photoresist mask is carried out by plasma-chemical etching through the upper layer (212) of the conductive rigid mask, which is also the upper electrode for the MTJ cell. The MTJ cell is manufactured in a shape that guides the magnetization along its long axis, such as rectangular, oval or elliptical. This effect is known as shape anisotropy and the principle of manufacturing such elements is known from the prior art (see, for example, RU 2705175 C2, RU 2716282 C1).

[0028] В процессе выполнения этапа отжига во внешнем магнитном поле устанавливается направление намагниченности для слоев ферромагнетиков опорного (202, 204) и чувствительного слоев (221), но при этом направление намагниченности чувствительного слоя (220) будет параллельно направлено направлению намагниченности опорного слоя (200).[0028] During the stage of annealing in an external magnetic field, the direction of magnetization is established for the layers of ferromagnets of the reference (202, 204) and sensitive layers (221), but the direction of magnetization of the sensitive layer (220) will be parallel to the direction of magnetization of the reference layer (200 ).

[0029] В маршруте формирования контактов к ячейке MTJ и последующих уровней металлической разводки применяются высоко температурные процессы с температурой больше, чем температура блокировки Tb2 (вплоть до Тр=300°С), но меньше, чем температура блокировки Tb1. Это приводит к переориентации направления намагниченности чувствительного слоя (221) в направлении ортогональном направлению намагниченности слоев (202, 204) опорного слоя (200).[0029] In the path of contacting to cell MTJ and subsequent levels of metal wiring, high temperature processes are applied with temperatures higher than the blocking temperature T b2 (up to T p = 300 ° C), but less than the blocking temperature T b1 . This leads to a reorientation of the direction of magnetization of the sensitive layer (221) in the direction orthogonal to the direction of magnetization of the layers (202, 204) of the reference layer (200).

[0030] За счет применения данного температурного воздействия отпадает необходимость в осуществлении второго магнитного отжига, поскольку за счет эффекта анизотропии формы ячейки MTJ, направление намагниченности чувствительного слоя (210) автоматически устанавливается ортогонально направлению намагниченности опорного слоя (200) вдоль оси легкого намагничивания сформированной ячейки MTJ, что представлено на Фиг. 4Г-4Д и Фиг. 5.[0030] Due to the use of this temperature effect, there is no need for a second magnetic annealing, since due to the effect of anisotropy of the MTJ cell shape, the magnetization direction of the sensitive layer (210) is automatically set orthogonal to the magnetization direction of the support layer (200) along the easy magnetization axis of the formed MTJ cell as shown in FIG. 4G-4D and Fig. 5.

[0031] Направление может быть направлено в двух возможных ортогональных направлениях, которые будут устанавливаться автоматически за счет формы ячейки MTJ, но при этом общее сопротивление магнитного сенсора (20) будет неизменным, что представлено на графиках Фиг. 6А-6Б. На графиках видно, что оба возможных варианта направления намагниченности чувствительного слоя (210) под воздействием внешнего магнитного поля (Н), направленного перпендикулярно направлению чувствительного слоя (210), будут давать одинаковые величины электрического сопротивления.[0031] The direction can be directed in two possible orthogonal directions, which will be set automatically by the shape of the MTJ cell, but the total resistance of the magnetic sensor (20) will be unchanged, as shown in the graphs of FIG. 6A-6B. The graphs show that both possible variants of the direction of magnetization of the sensitive layer (210) under the influence of an external magnetic field (H) directed perpendicular to the direction of the sensitive layer (210) will give the same values of electrical resistance.

[0032] Это позволяет значительно ускорить процесс изготовления такого рода изделий, за счет исключения необходимости осуществления второго магнитного отжига для фиксации в ортогональном направлении намагниченности чувствительного слоя (210).[0032] This allows you to significantly speed up the process of manufacturing such products, by eliminating the need for a second magnetic annealing to fix in the orthogonal direction of the magnetization of the sensitive layer (210).

[0033] Представленное описание заявленного решения раскрывает лишь предпочтительные примеры его реализации и не должно трактоваться как ограничивающее иные, частные примеры его осуществления, не выходящие за рамки объема правовой охраны, которые являются очевидными для специалиста соответствующей области техники.[0033] The presented description of the claimed solution discloses only preferred examples of its implementation and should not be construed as limiting other, particular examples of its implementation, not going beyond the scope of legal protection, which are obvious to a specialist in the relevant field of technology.

Claims (11)

1. Способ создания самоориентируемого магнитного сенсора, при котором: 1. A method of creating a self-orienting magnetic sensor, in which: a) формируют на нижнем электроде, расположенном на диэлектрической подложке, MTJ стек, который содержит: a) an MTJ stack is formed on the lower electrode located on a dielectric substrate, which contains: опорный слой, содержащий слой антиферромагнетика с температурой блокировки Tb1, первый слой ферромагнетика, прослойку из немагнитного материала и второй слой ферромагнетика, при этом направление намагниченности первого и второго слоев ферромагнетика является противоположным; a support layer containing an antiferromagnet layer with a blocking temperature T b1 , a first ferromagnet layer, an interlayer of non-magnetic material and a second ferromagnet layer, with the direction of magnetization of the first and second ferromagnet layers being opposite; барьерный слой, нанесенный поверх опорного слоя;a barrier layer applied over the support layer; чувствительный слой, нанесенный поверх барьерного слоя, при этом чувствительный слой содержит слой ферромагнетика и слой антиферромагнетика с температурой блокировки Tb2;a sensitive layer applied over the barrier layer, wherein the sensitive layer contains a ferromagnet layer and an antiferromagnet layer with a blocking temperature T b2 ; b) наносят поверх MTJ стека высокорезистивный проводящий слой для формирования верхнего электрода ячейки MTJ;b) applying a highly resistive conductive layer over the MTJ stack to form the top electrode of the MTJ cell; c) выполняют магнитный отжиг в присутствии внешнего магнитного поля при температуре T > Tb1 ; c) performing magnetic annealing in the presence of an external magnetic field at a temperature T> T b1 ; d) осуществляют процесс плазмохимического травления верхнего высокорезистивного слоя и MTJ стека, при котором d) the process of plasma-chemical etching of the upper highly resistive layer and MTJ stack is carried out, in which формируют MTJ ячейку с верхним электродом, содержащую форму, обеспечивающую направление намагниченности чувствительного слоя вдоль его длинной оси; forming an MTJ cell with an upper electrode, containing a shape that guides the magnetization of the sensitive layer along its long axis; е) осуществляют формирование контактов к верхнему электроду ячейки MTJ и последующих уровней металлической разводки с применением высокотемпературных процессов с температурой Tp, причем Tb1 > Tp > Tb2, при этом в ходе выполнения этапа e) направление намагниченности чувствительного слоя автоматически устанавливается ортогонально направлению намагниченности опорного слоя вдоль длинной оси ячейки MTJ. f) the formation of contacts to the upper electrode of the MTJ cell and subsequent levels of metal wiring is carried out using high-temperature processes with a temperature T p , and T b1 > T p > T b2 , while during stage e) the direction of the magnetization of the sensitive layer is automatically set orthogonal to the direction magnetization of the reference layer along the long axis of the MTJ cell. 2. Способ по п.1, в котором MTJ ячейка имеет форму эллипса, овала или прямоугольника.2. The method of claim 1, wherein the MTJ cell is in the shape of an ellipse, oval, or rectangle.
RU2021101867A 2021-01-28 2021-01-28 Method for creating self-oriented magnetic sensor RU2753803C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021101867A RU2753803C1 (en) 2021-01-28 2021-01-28 Method for creating self-oriented magnetic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021101867A RU2753803C1 (en) 2021-01-28 2021-01-28 Method for creating self-oriented magnetic sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753803C1 true RU2753803C1 (en) 2021-08-23

Family

ID=77460496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021101867A RU2753803C1 (en) 2021-01-28 2021-01-28 Method for creating self-oriented magnetic sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753803C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116106801A (en) * 2023-04-14 2023-05-12 珠海多创科技有限公司 Magneto-resistive sensor, magnetic sensing device and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU974244A1 (en) * 1981-05-12 1982-11-15 Институт Прикладной Физики Ан Бсср Magnetic pickup
US20120049843A1 (en) * 2010-08-30 2012-03-01 Everspin Technologies, Inc. Two-axis magnetic field sensor having reduced compensation angle for zero offset
RU2461082C2 (en) * 2008-03-07 2012-09-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Method of forming magnetic tunnel junction device
CN111505544A (en) * 2020-04-22 2020-08-07 西安交通大学 TMR magnetic field sensor capable of reconstructing sensitive direction and preparation method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU974244A1 (en) * 1981-05-12 1982-11-15 Институт Прикладной Физики Ан Бсср Magnetic pickup
RU2461082C2 (en) * 2008-03-07 2012-09-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Method of forming magnetic tunnel junction device
US20120049843A1 (en) * 2010-08-30 2012-03-01 Everspin Technologies, Inc. Two-axis magnetic field sensor having reduced compensation angle for zero offset
CN111505544A (en) * 2020-04-22 2020-08-07 西安交通大学 TMR magnetic field sensor capable of reconstructing sensitive direction and preparation method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116106801A (en) * 2023-04-14 2023-05-12 珠海多创科技有限公司 Magneto-resistive sensor, magnetic sensing device and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11139429B2 (en) Magnetoresistive structure having two dielectric layers, and method of manufacturing same
US9640753B2 (en) Magnetic field sensor
US7872564B2 (en) Integrated lateral short circuit for a beneficial modification of current distribution structure for xMR magnetoresistive sensors
US6912107B2 (en) Magnetic element with insulating veils and fabricating method thereof
US7965077B2 (en) Two-axis magnetic field sensor with multiple pinning directions
EP2696209B1 (en) Single-chip push-pull bridge-type magnetic field sensor
US10263179B2 (en) Method of forming tunnel magnetoresistance (TMR) elements and TMR sensor element
KR20100082610A (en) Method of forming magnetic memory device
RU2753803C1 (en) Method for creating self-oriented magnetic sensor
JP2000138403A (en) Thin film magnetic sensor
US12044755B2 (en) Magnetic sensor chip and magnetic sensor device
US10096767B2 (en) Elongated magnetoresistive tunnel junction structure
KR100604752B1 (en) A method for manufacturing of a Magnetic random access memory
JP2007534147A (en) Apparatus for detecting a magnetic field and associated detection method
Pong et al. Fabrication strategies for magnetic tunnel junctions with magnetoelectronic applications