具有氮化钽缓冲层以提高热稳定性的铱锰基隧道磁阻感测元件的制作方法

背景技术：

1、基于磁阻效应的磁场传感器被称为磁阻传感器，并且通常被用于磁场感测应用，诸如电流感测、位置感测和角度感测。磁阻是当外部磁场被施加到材料时材料改变材料电阻值的特性。由于磁阻传感器的高信号电平和高准确性以及将磁阻传感器集成到互补金属氧化物半导体(cmos)和双极cmos(bicmos)技术中的可能性，磁阻传感器可能是基于霍尔的传感器的首选。一些类型的磁阻传感器包括各向异性磁阻(amr)传感器、巨磁阻(gmr)传感器和隧道磁阻(tmr)传感器，其中每个传感器都利用对应的磁阻效应。

2、大量不同的磁阻效应通常被缩写为xmr，其中“x”用作不同磁阻效应的占位符。xmr传感器可以通过使用单片集成的磁阻感测元件测量正弦和余弦角分量来检测所施加的磁场的取向。此处，xmr传感器的缩写分别表示用于测量相应磁场的磁阻效应。在这方面，gmr效应是在包括交替的铁磁性导电层和非磁性导电层的薄膜结构中观察到的量子机械磁阻效应。tmr效应发生在磁性隧道结(mtj)中，其中磁性隧道结发生在将两个铁磁体彼此分开的薄绝缘体处。amr效应是一种材料的特性，其中观察到电阻对电流方向(例如感测轴)与磁化方向之间的角度的依赖性。磁阻效应可能与xmr传感器的灵敏度相关。例如，为了增加xmr传感器的灵敏度，可以增加磁阻效应。

技术实现思路

1、在一些实施方式中，具有层堆叠体的隧道磁阻(tmr)感测元件包括氮化钽(tan)层；参考层系统，包括：具有固定钉扎(pinned)磁化的钉扎层；具有固定参考磁化的参考层；被布置在钉扎层与参考层之间的耦合中间层；以及包括铱锰(irmn)的天然反铁磁(naf)层，其中naf层被形成为与tan层直接接触，其中naf层被配置为将固定钉扎磁化保持在第一磁取向并且将固定参考磁化保持在第二磁取向，并且其中naf层与tan层的直接接触增加了naf层的阻隔温度(blocking temperature)；具有无磁磁化(magnetically freemagnetization)的无磁(magnetic free)层，其中无磁磁化在存在外部磁场的情况下是可变的；以及被布置在参考层系统与无磁层之间的隧道阻挡层。

2、在一些实施方式中，一种制造tmr感测元件的方法包括：制造tmr感测元件的层堆叠体，包括：形成tan层；形成参考层系统，该参考层系统包括：具有固定钉扎磁化的钉扎层；具有固定参考磁化的参考层；被布置在钉扎层与参考层之间的耦合中间层；以及包括irmn的naf层，其中naf层被形成为与tan层直接接触，其中naf层被配置为将固定钉扎磁化保持在第一磁取向并且将固定参考磁化保持在第二磁取向，并且其中naf层与tan层的直接接触增加了naf层的阻隔温度；形成具有无磁磁化的无磁层，其中无磁磁化在存在外部磁场的情况下是可变的；以及形成被布置在参考层系统与无磁层之间的隧道阻挡层。

技术特征：

1.一种具有层堆叠体的隧道磁阻tmr感测元件，所述层堆叠体包括：

2.根据权利要求1所述的tmr感测元件，其中所述naf层被布置在所述tan层与所述钉扎层之间。

3.根据权利要求2所述的tmr感测元件，其中所述naf层被布置为与所述钉扎层直接接触。

4.根据权利要求1所述的tmr感测元件，其中所述隧道阻挡层包括氧化镁mgo。

5.根据权利要求1所述的tmr感测元件，其中所述tan层是种子层。

6.根据权利要求1所述的tmr感测元件，还包括：

7.根据权利要求6所述的tmr感测元件，其中所述种子层包括钽、钌或者钽和钌两者的组合。

8.根据权利要求6所述的tmr感测元件，其中所述naf层的所述阻隔温度大于不与tan直接接触的irmn naf层的阻隔温度。

9.根据权利要求1所述的tmr感测元件，其中所述naf层的所述阻隔温度大于与钽层或钌层直接接触的naf层的阻隔温度。

10.根据权利要求1所述的tmr感测元件，还包括：

11.根据权利要求1所述的tmr感测元件，其中所述隧道阻挡层产生tmr效应，并且

12.根据权利要求1所述的tmr感测元件，其中所述隧道阻挡层产生tmr效应，并且

13.根据权利要求1所述的tmr感测元件，其中所述naf层在5至20纳米的范围内的厚度，并且所述tan层具有在1至50埃的范围内的厚度。

14.一种制造隧道磁阻tmr感测元件的方法，所述方法包括：

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述naf层被布置在所述tan层与所述钉扎层之间。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述naf层被布置为与所述钉扎层直接接触。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述隧道阻挡层包括氧化镁mgo。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述tan层是种子层。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括：

20.根据权利要求14所述的方法，还包括：

21.根据权利要求14所述的方法，其中所述隧道阻挡层产生tmr效应，并且

22.根据权利要求14所述的方法，其中所述naf层的所述阻隔温度大于与钽层或钌层直接接触的naf层的阻隔温度。

23.根据权利要求14所述的方法，其中所述naf层具有在5至20纳米的范围内的厚度，并且所述tan层具有在1至50埃的范围内的厚度。

技术总结本公开涉及具有氮化钽缓冲层以提高热稳定性的铱锰基隧道磁阻感测元件。一种隧道磁阻(TMR)感测元件包括层堆叠体，该层堆叠体具有氮化钽(TaN)层；参考层系统；具有无磁磁化的无磁层；以及被布置在参考层系统与无磁层之间的隧道阻挡层。参考层系统包括：具有固定钉扎磁化的钉扎层；具有固定参考磁化的参考层；被布置在钉扎层与参考层之间的耦合中间层；以及包括铱锰(IrMn)的天然反铁磁(NAF)层，其中NAF层被形成为与TaN层直接接触，其中NAF层被配置为将固定钉扎磁化保持在第一磁取向并且将固定参考磁化保持在第二磁取向，并且其中NAF层与TaN层的直接接触增加了NAF层的阻隔温度。技术研发人员：B·安德烈斯受保护的技术使用者：英飞凌科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12