Ionenstrahlätzen zur Strukturierung von TMR Sensoren
Der Tunnel-Magnetowiderstandseffekt (TMR) wird in modernen Hochpräzisionssensoren eingesetzt, die von Winkelpositionssensoren in der Automobilindustrie bis hin zu Auslesesensoren in der Festplattenindustrie reichen. Im Vergleich zu herkömmlichen Riesenmagnetowiderstandssensoren (GMR) weisen TMR-Sensoren eine höhere thermische Stabilität und eine höhere Signalausgabe bei gleichzeitig geringerem Stromverbrauch auf. Diese Vorteile führen zu einem schnell wachsenden Markt für TMR-Sensoren. Die Schichtstruktur des TMR-Sensors verursacht jedoch Probleme bei der erforderlichen Ätzung, die für die elektrische Kontaktierung des Sensors unerlässlich ist. Klassische Trockenätzverfahren sind aufgrund der allgemein schlechten Reaktivität magnetischer Materialien wie CoFe, CoPt oder NiFe nur begrenzt einsetzbar. Darüber hinaus können die erforderlichen reaktiven Gase wie Chlor eine nachträgliche Korrosion der Sensorelektroden verursachen.
In diesem Whitepaper zeigen die Autoren Robert Rückriem, Stefanie Rumbke und Enrico Loos, dass hochwertige Tunnel-Magnetowiderstandssensoren (TMR-Sensoren) aus CoFeB/MgO/CoFeB-Magnet-Tunnel-Übergängen ( engl. magnetic tunnel junctions, MTJs) hergestellt werden können, indem die Schichtstruktur mit einem scia Mill 200 mittels Ionenstrahlätzen strukturiert wird. Außerdem erhalten Sie Hintergrundinformationen zur Funktionalität der MTJs sowie zur Probenvorbereitung und zum Ionenstrahlätzprozess.
Strukturierung von TMR-Sensoren
Dieses Video zeigt vollflächiges Ionenstrahlätzen von Multilagenstapeln zur Herstellung magnetischer Tunnelverbindungen für TMR-Sensoren unter Verwendung der scia Mill 200.
Der Prozess umfasst die Strukturierung komplexer Schichtstapel durch Inertgas-Ionenstrahlätzen. Eine präzise Steuerung der Ätztiefe wird durch die integrierte SIMS-Endpunktdetektion erreicht, wodurch ferromagnetische Materialien zuverlässig definiert werden können, ohne dass es zu einem Überätzen kommt.
Die Waferkühlung während der Bearbeitung ermöglicht den Einsatz von Photoresist-Masken, während das Inertgasätzen dazu beiträgt, Nachkorrosionseffekte zu vermeiden. Die gezeigte Systemkonfiguration ist für eine stabile, reproduzierbare Bearbeitung und die Massenfertigung auf 200-mm-Substraten ausgelegt.