Präzises Ionenstrahlätzen von TMR Sensoren

In modernen hochgenauen Sensoren wird der Tunnelmagnetowiderstandseffekt  (engl. tunnel magnetoresistance, TMR) genutzt. Diese Sensoren finden ein breites Anwendungsspektrum, z.B. zur Winkelmessungen in der Automobilindustrie oder für Auslesesensoren der Festplattenindustrie. Im Vergleich zu Standardsensoren, basierend auf dem Riesenmagnetowiderstands-Effekt (engl. giant magnetoresistance, GMR), bietet TMR eine höhere thermische Stabilität sowie ein gestiegenes Ausgangssignal bei reduzierter Leistungsaufnahme. Diese Vorteile führen zu einem schnell wachsenden Markt für diese Sensoren.

Für einen TMR Sensor wird ein komplexer Multilagenaufbau benötigt (Abbildung 1). Zur elektrischen Kontaktierung des Sensors erfolgt im Anschluss eine Ätzung durch alle Lagen des Stapels. Bei dem standardmäßig eingesetzten Trockenätzverfahren führt diese Strukturierung zu Problemen, da magnetische Materialien wie CoFe, CoPt und NiFe generell eine schlechte Reaktivität aufweisen. Zusätzlich kann es, aufgrund der reaktiven Gase, zur Korrosion der freigelegten Elektrode kommen.

Die scia Mill 200 nutzt Argon zum Ionenstrahlätzen, um die magnetischen Materialien durch physische Kollision abzutragen.  Das präzise Einstellen der Ionendichte und Ionenenergie wird durch die eigens im Haus entwickelte Ionenstrahlquelle gewährleistet. Naturgemäß ermöglicht das Ionenstrahlätzen mittels Argon, alle im TMR Schichtstapel beinhalteten Materialien abzutragen. Zusätzlich findet aufgrund des Inertgases keine Korrosion statt, welche beim Trockenätzen einen erhöhten Elektrodenwiderstand zur Folge hat. Da die scia Mill 200 mit einer effizienten Heliumrückseitenkühlung ausgestattet ist, kann auch empfindlicher Fotolack unbeschädigt prozessiert werden.

Abbildung 2 zeigt einen weiteren entscheidenden Vorteil des Ionenstrahlätzens. Durch Einsatz eines Sekundärionenmassenspektrometers ist eine hochgenaue Messung der abgetragenen Materialien möglich. Diese Technik ermöglicht es Endpunkte der Ätzungen exakt zu bestimmen und Schichtdicken im sub-nm Bereich (hier Ru) zu messen.

Passende Produkte: scia Mill 150 & scia Mill 200

  • Vollflächiges Ionenstrahlätzen mit hervorragender Homogenität
  • Ätzen mit Inertgasen zur Vermeidung von Korrosionseffekten
  • Heliumrückseitenkühlung zur Nutzung von Fotolack
  • Reaktivgaskompatibilität für RIBE und CAIBE Prozesse
  • Ionenstrahlquelle mit hoher Stabilität und einstellbarer Ionenenergie sowie -stromdichte
  • In-situ Messung zur genauen Endpunkterkennung mit SIMS
  • Vollständige Softwareintegration und automatisierte Prozessführung via Rezeptsteuerung

Sollen zusätzliche Beschichtungsprozesse erfolgen empfiehlt sich die Nutzung der scia Coat 200.

Abb. 1: Typischer TMR Stapel

Typischer TMR Stapel

Abb. 2: SIMS Spektrum

SIMS Spektrum während des Ionenstrahlätzens eines TMR Stapels mit der scia Mill 200