提高磁性膜AMR的金属Ta成膜方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体集成电路领域，特别是涉及一种提高磁性膜AMR(各向异 性磁电阻）的金属Ta成膜方法。
【背景技术】
[0002] 各向异性磁电阻效应最先被用于磁带记录系统，而后被应用于磁盘记录系统、磁 盘读出系统以及探测弱磁场的传感器，由于在体积、质量及成本上有很大优势，因此，即使 在巨磁电阻效应发现之后，用传统的各向异性磁电阻薄膜做的计算机读头和传感器在市场 上仍占很大比重。为了使器件小型化，用于读头的坡莫（NIFE)合金薄膜必须做得很薄，矫 顽力很小，而值尽可能大。
[0003] 在居里点以下，铁磁金属的电阻率随电流I与磁化强度M的相对取向而异，称之为 各向异性磁电阻效应，S卩P〃（I//M)辛P± (I丄M)。
[0004] 各向异性磁电阻（AMR)比值通常定义为：
[0005] AMR = Ap/p = (p-p丄）/p0
[0006] 其中，这里的PC1为铁磁材料在理想退磁状态下的电阻率。不过由于理想的退磁 状态很难实现，通常PtI近似等于平均电阻率Pav，即Pav=P+P丄。
[0007] 从应用角度讲，作为传感器时，一方面需要大的灵敏度，同时也需要高的信噪比。 为了提高信噪比，结果表明，界面晶格一致性差的材料的信噪比大，在热处理过程中也容易 产生晶格畸变或纳米量级的缺陷。
[0008] 基于以上背景考虑，提高AMR值及薄膜层界面之间的晶格差异要大，才能使得成 膜的坡莫（NIFE)合金薄膜的磁效应更强。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题是提供一种提高磁性膜AMR的金属Ta成膜方法。采用 本发明的方法能有效提高NiFe薄膜（即Ni81Fe19薄膜）的AMR效应。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明的提高磁性膜AMR的金属Ta成膜方法，包括步骤：
[0011] 步骤一，采用刻蚀工艺对基片进行处理（即预处理）；
[0012] 步骤二，在所述基片表面进行金属Ta的成膜，形成Ta膜（Ta膜可作为缓冲层）；
[0013] 步骤三，在所述Ta膜表面进行附8^619膜和氮化钽膜的成膜；
[0014] 步骤四，对所述Ta膜、Ni81Fe19膜和氮化钽膜进行退火处理，从而形成各向异性磁 电阻膜。
[0015] 其中，所述步骤一中，基片包括：带氮化硅膜的硅基片；其中，氮化硅膜的厚度可 为 200nm?500nm。
[0016] 所述步骤一中，刻蚀工艺包括：等离子体刻蚀工艺；其中，等离子体刻蚀工艺的参 数优选如下：
[0017] 刻蚀采用氩气为离子源气体，压力1?IOtorr，温度20?35摄氏度，功率100? 500W，处理时间5?20s，刻蚀量5nm?20nm。
[0018] 所述步骤二中，成膜的方法包括：物理溅射方法；成膜的压力优选为1?lOtorr， 成膜的温度优选为20?35摄氏度；Ta膜的厚度优选为100?500埃；
[0019] 优选地，成膜的方法为物理溅射功率（DCpower)与承载基片的平台衬底偏压 (Bias)交替变化的方法，其中，物理溅射功率从大到小变化、衬底偏压从小到大变化（即采 用高溅射功率与低Bias电压相交替），如步骤二中，衬底偏压可从0. 01?0. 3kw线性增加， 物理溉射功率可从0. 6?0. 2kw递减。
[0020] 更优选地，采用包括以下步骤的方法进行金属Ta的成膜：
[0021] 第一步，400W?600W的高功率溅射与IOW?100W的低功率衬底偏压成膜1/2厚 度；
[0022] 第二步，400W?500W的低功率溅射与100W?200W功率的衬底偏压成膜1/4厚 度；
[0023] 第三步，300W?400W的低功率溅射与200W?300W的高功率衬底偏压成膜1/4厚 度。
[0024] 所述步骤三中，在所述Ta膜表面，先进行附8^619膜的成膜，然后，再进行氮化钽膜 的成膜。
[0025] 所述步骤三中，Ni81Feli^的成膜方法包括：物理溅射方法；其中，溅射功率优选为 0?Ikw?lkw，派射压力优选为IX10_8托?IX10 _5托。
[0026] 所述步骤三中，氮化钽膜的成膜方法包括：物理溅射方法；其中，溅射温度优选为 20°C?50°C，溅射压力优选为1托?10托，溅射功率优选为0. 5kw?2kw;氮化钽膜的厚度 优选为200?1000埃。
[0027] 所述步骤四中，退火处理的温度优选为400?600°C，处理时间优选为30秒?60 秒。
[0028] 本发明的Ta成膜过程中，主要采用薄膜溅射功率与衬底偏压相互补充，防止因溅 射功率偏大造成的二次溅射而增加薄膜的缺陷：高溅射功率有效增加底层薄膜致密度，从 而引发薄膜趋向成长（111)晶面；低功率溅射可以有效防止缺陷增加，同时增加衬底偏压 可以增加溅射薄膜的致密度提高薄膜晶化程度，如此，生长在这样的Ta缓冲层的附8^619薄 膜的AMR效应也更大。因此，本发明成膜方法所成膜出来的Ta缓冲层，能够有效避免高功 率溅射引起的薄膜晶体缺陷及低功率溅射导致的成膜不良。
[0029] 因而，本发明中，缓冲层Ta能够明显提高Ni81Fe19薄膜的AMR值，而且随着Ta薄膜 功率增加，Ni81Fe19薄膜的AMR值随之提高，其是因为形成的Ta缓冲层随着功率增加而使薄 膜更加致密。因此，本发明采用变化电流方式成膜形成的Ta缓冲层可以有效减少由于高功 率溅射造成的晶体缺陷，由于晶体缺陷严重导致附8^6 19薄膜多趋向生长，本发明形成的缓 冲层Ta可以有效的提高Ni81Fe19薄膜（111)晶面趋向成膜，从而有效的提高Ni81Fe19薄膜 的AMR效应。
【附图说明】
[0030] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明：
[0031] 图1是固定衬底偏压时，物理溅射功率增加形成的Ta+Ni81Fe19薄膜的AMR值；
[0032] 图2是物理溅射功率（DCpower)变化时的AMR效果图，其中，图2中的1-7的含 义见表1。需要指出的是，表1中的"第一步-第三步"是指采用上述三步法进行金属Ta的 成膜，并且1-7中的衬底偏压中的功率（W)均是从100W-200W-300W进行变化。
[0033]表1
【主权项】
1. 一种提高磁性膜AMR的金属化成膜方法，其特征在于，包括步骤： 步骤一，采用刻蚀工艺对基片进行处理； 步骤二，在所述基片表面进行金属化的成膜，形成化膜； 步骤S，在所述化膜表面进行Nisi化19膜和氮化粗膜的成膜； 步骤四，对所述化膜、Nisi化19膜和氮化粗膜进行退火处理，从而形成各向异性磁电阻 膜。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于；所述步骤一中，基片包括；带氮化娃膜的娃 基片；其中，氮化娃膜的厚度为200皿?500皿； 刻蚀工艺包括；等离子体刻蚀工艺。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于；所述等离子体刻蚀工艺的参数如下： 刻蚀采用氣气为离子源气体，压力1?lOtorr，温度20?35摄氏度，功率100?500W， 处理时间5?20s，刻蚀量5nm?20nm。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于；所述步骤二中，成膜的方法包括；物理瓣射 方法； 成膜的压力为1?lOtorr，成膜的温度为20?35摄氏度； 化膜的厚度为100?500埃。
5. 如权利要求1或4所述的方法，其特征在于；所述步骤二中，成膜的方法为物理瓣射 功率与承载基片的平台衬底偏压交替变化的方法，其中，物理瓣射功率从大到小变化、衬底 偏压从小到大变化。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于；所述物理瓣射功率从0. 6?0. 2kw递减，衬 底偏压从0. 01?0. 3kw线性增加。
7. 如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述成膜的方法为采用包括W下步骤的 方法进行金属化的成膜： 第一步，400W?600W的高功率瓣射与10W?100W的低功率衬底偏压成膜1/2厚度； 第二步，400W?500W的低功率瓣射与100W?200W功率的衬底偏压成膜1/4厚度； 第S步，300W?400W的低功率瓣射与200W?300W的高功率衬底偏压成膜1/4厚度。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S中，在所述化膜表面，先进行 Nisi化ig膜的成膜，然后，再进行氮化粗膜的成膜； Nisi化19膜的成膜方法包括；物理瓣射方法；其中，瓣射功率为0,1kw?Ikw，瓣射压力 为 1X10-8托?IX 10-%。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤=中，氮化粗膜的成膜方法包 括：物理瓣射方法；其中，瓣射温度为20°C?50°C，瓣射压力为1托?10托，瓣射功率为 0. 5kw ?2kw ; 氮化粗膜的厚度为200?1000埃。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于；所述步骤四中，退火处理的温度为400? 600°C，处理时间为30秒?60秒。
【专利摘要】本发明公开了一种提高磁性膜AMR的金属Ta成膜方法，包括步骤：步骤一，采用刻蚀工艺对基片进行处理；步骤二，在所述基片表面进行金属Ta的成膜，形成Ta膜；步骤三，在所述Ta膜表面进行Ni81Fe19膜和氮化钽膜的成膜；步骤四，对所述Ta膜、Ni81Fe19膜和氮化钽膜进行退火处理，从而形成各向异性磁电阻膜。本发明采用变化电流方式成膜形成的Ta缓冲层可以有效减少由于高功率溅射造成的晶体缺陷，并有效的提高Ni81Fe19薄膜的AMR效应。
【IPC分类】H01L43-10, C23C14-34, H01L43-12
【公开号】CN104600194
【申请号】CN201410856751
【发明人】刘善善
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月29日