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1、(10)申请公布号 CN 102832336 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 3 3 6 A *CN102832336A* (21)申请号 201210309566.3 (22)申请日 2012.08.28 H01L 43/12(2006.01) (71)申请人淮阴工学院 地址 223001 江苏省淮安市清河区北京北路 89号 (72)发明人周广宏 章跃 潘旋 朱雨富 丁红燕 (74)专利代理机构淮安市科翔专利商标事务所 32110 代理人韩晓斌 (54) 发明名称 激光退火提高铁磁/反铁磁双层膜交换偏置 场热稳定性方法 (57) 摘要 本发明公开。
2、了一种激光快速退火提高铁磁/ 反铁磁双层膜交换偏置场热稳定性的方法，它包 括以下步骤：(1)利用PVD方法在衬底上沉积铁磁 层和反铁磁层，得铁磁/反铁磁双层膜；(2)利用 连续波激光或脉冲激光作为光源，对双层膜进行 激光快速退火，输出功率210W，扫描速度5 20cm/s。本发明方法可应用于基于铁磁/反铁磁 双层膜的巨磁阻电阻传感器、磁性随机存取存储 器、磁记录器件等，具有方法简单、效率高的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 1/1页 2 1.激光快速退火提高铁磁/反铁磁双层。
3、膜交换偏置场热稳定性方法，其特征在于该方 法包括以下步骤： （1）按衬底、缓冲层、磁性层、保护层的顺序采用物理气相沉积法（PVD），制作铁磁/反 铁磁双层膜； （2）利用连续波激光或脉冲激光作为光源，对铁磁/反铁磁双层膜进行激光快速退火； 其中，在激光快速退火时，施加100500Oe的平面诱导磁场；其中，激光快速退火的工艺参 数为：输出功率210W，扫描速度520cm/s。 2. 根据权利要求1所述的激光快速退火提高铁磁/反铁磁双层膜交换偏置场热稳定 性方法，其特征在于：所述的铁磁层为CoFe、NiFe或Co，反铁磁层为IrMn或FeMn。 3. 根据权利要求1所述的激光快速退火提高铁磁/反铁。
4、磁双层膜交换偏置场热稳定 性方法，其特征在于铁磁/反铁磁双层膜的制作方法是：利用高真空磁控溅射设备在经过 清洗的单晶硅衬底上沉积缓冲层、磁性层、保护层，得铁磁/反铁磁双层膜；其中，缓冲层Ta 厚度为5nm，铁磁层厚度为5nm，反铁磁层厚度为1015nm，保护层Ta厚度为8nm；其中，铁 磁/反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa；溅射功率30W；氩 气流量20sccm；基片温度室温。 权 利 要 求 书CN 102832336 A 1/3页 3 激光退火提高铁磁 / 反铁磁双层膜交换偏置场热稳定性方 法 技术领域 0001 本发明涉及一种激光退火提高铁磁/反铁。
5、磁双层膜交换偏置场热稳定性的方法， 属于磁电子器件制造技术领域。 背景技术 0002 1956年，Meiklejohn和Bean首次在Co/CoO双层膜中，发现了交换偏置效应。近 年来，基于交换偏置效应的磁电子器件在磁电阻读出磁头、磁随机存储器、磁传感器等方面 获得成功应用，对社会经济和国防建设的发展产生了巨大的影响。 0003 通常情况下，铁磁/反铁磁双层膜体系要获得稳定的交换偏置场必须进行高温磁 场退火处理（大于反铁磁层材料的奈耳温度）。然而，在进行高温磁场退火时，由于长时间的 高温作用会导致铁磁/反铁磁界面处的化学元素发生扩散，从而导致畴壁钉扎的松弛和耦 合场的减小。近年来，国外有许多著。
6、名的研究机构先后开展了磁性薄膜材料的高温快速退 火研究，希望利用400以上的高温、短时（ 5min）加热来减缓磁性薄膜层间的化学元素扩 散。由于交换偏置场的热稳定性强烈地依赖于材料的界面特性，任何影响界面特性的因素 都将会影响到铁磁/反铁磁双层膜交换偏置场的热稳定性。这种工艺不可避免地造成基片 的高温及快速冷却，缓冲层内的应力及缓冲层与基片间热膨胀系数失配对磁性材料的性能 产生一定的影响。 0004 激光快速退火技术是近年来刚发展起来的一项新技术，与传统退火工艺相比，具 有以下优点：(1)结晶速度快，约为1m/s，退火组织结构质量高；(2)可实现三维定域退 火，激光退火便于准确定位处理，不影响。
7、周边和下方结构的性能；(3)退火周期短，一般为 0.1 s10s，不需要高真空环境；(4)可在较低的基体温度下进行退火，基体变形小。目 前，激光快速退火已成功地应用于半导体行业，以调整薄膜的晶体结构、控制杂质元素的扩 散等。 发明内容 0005 本发明的目的在于：提供一种激光快速退火提高铁磁/反铁磁双层膜交换偏置场 的热稳定性方法，利用激光快速退火，在短时间内迅速地将铁磁/反铁磁双层膜加热到奈 耳温度以上，热驱动的时间较短，化学元素扩散几乎来不及发生，抑制铁磁/反铁磁界面处 化学元素的扩散行为，从而提高铁磁/反铁磁双层膜交换偏置场的热稳定性。 0006 本发明的技术解决方案是该方法包括以下步骤。
8、： （1）按衬底、缓冲层、磁性层、保护层的顺序采用物理气相沉积法（PVD），制作铁磁/反 铁磁双层膜； （2）利用连续波激光或脉冲激光作为光源，对双层膜进行激光快速退火；其中，在激光 快速退火时，施加100500Oe的平面诱导磁场；其中，激光快速退火的工艺参数为：输出功 率210W，扫描速度520cm/s。 说 明 书CN 102832336 A 2/3页 4 0007 其中，所述的铁磁层为CoFe、NiFe或Co，反铁磁层为IrMn或FeMn。 0008 其中，铁磁/反铁磁双层膜的制作方法是：利用高真空磁控溅射设备在经过清洗 的单晶硅衬底上沉积缓冲层、磁性层、保护层，得铁磁/反铁磁双层膜；其。
9、中，缓冲层Ta厚度 为5nm，铁磁层厚度为5nm，反铁磁层厚度为1015nm，保护层Ta厚度为8nm；其中，铁磁/ 反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa；溅射功率30W；氩气流 量20sccm；基片温度室温。 0009 本发明的方法工艺简单，操作容易，效果显著，可应用于基于铁磁/反铁磁双层膜 的巨磁阻电阻传感器、磁性随机存取存储器、磁记录器件等。 具体实施方式 0010 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为 是对技术方案的限制。 0011 实施例1：利用高真空磁控溅射设备在经过清洗的单晶硅衬底上沉积厚度为5nm 的缓冲层Ta。
10、、厚度为5nm的CoFe铁磁层、厚度为12nm的IrMn反铁磁层、厚度为8nm的保护 层Ta；其中，铁磁/反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa；溅 射功率30W；氩气流量20sccm；基片温度室温；对铁磁/反铁磁双层膜采用连续波激光进行 激光快速退火处理，退火的同时沿平行于膜面的方向施加300Oe的平面诱导磁场，激光快 速退火的工艺参数为：输出功率6W，扫描速度10cm/s。经激光快速退火后的CoFe/IrMn双 层膜的交换偏置场的热稳定性得到明显提高。 0012 实施例2：利用高真空磁控溅射设备在经过清洗的单晶硅衬底上沉积厚度为5nm 的缓冲层Ta、厚度为。
11、5nm的NiFe铁磁层、厚度为10nm的IrMn反铁磁层、厚度为8nm的保护 层Ta；其中，铁磁/反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa；溅 射功率30W；氩气流量20sccm；基片温度室温；对铁磁/反铁磁双层膜采用脉冲激光进行激 光快速退火处理，退火的同时沿平行于膜面的方向施加100Oe的平面诱导磁场，激光快速 退火的工艺参数为：输出功率2W，扫描速度5cm/s。经激光快速退火后的NiFe/IrMn双层膜 的交换偏置场的热稳定性得到明显提高。 0013 实施例3：利用高真空磁控溅射设备在经过清洗的单晶硅衬底上沉积厚度为5nm 的缓冲层Ta、厚度为5nm的Co。
12、铁磁层、厚度为15nm的IrMn反铁磁层、厚度为8nm的保护层 Ta；其中，铁磁/反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa；溅射功 率30W；氩气流量20sccm；基片温度室温；对铁磁/反铁磁双层膜采用连续波激光进行激光 快速退火处理，退火的同时沿平行于膜面的方向施加500Oe的平面诱导磁场，激光快速退 火的工艺参数为：输出功率10W，扫描速度20cm/s。经激光快速退火后的Co/IrMn双层膜的 交换偏置场的热稳定性得到明显提高。 0014 实施例4：利用高真空磁控溅射设备在经过清洗的单晶硅衬底上沉积厚度为5nm 的缓冲层Ta、厚度为5nm的CoFe铁磁层、厚。
13、度为12nm的FeMn反铁磁层、和厚度为8nm的 保护层Ta；其中，铁磁/反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa； 溅射功率30W；氩气流量20sccm；基片温度室温；对铁磁/反铁磁双层膜采用脉冲激光进行 激光快速退火处理，退火的同时沿平行于膜面的方向施加200Oe的平面诱导磁场，激光快 速退火的工艺参数为：输出功率6W，扫描速度15cm/s。经激光快速退火后的CoFe/FeMn双 说 明 书CN 102832336 A 3/3页 5 层膜的交换偏置场的热稳定性得到明显提高。 0015 实施例5：利用高真空磁控溅射设备在经过清洗的单晶硅衬底上沉积厚度为5nm 。
14、的缓冲层Ta、厚度为5nm的NiFe铁磁层、厚度为10nm的FeMn反铁磁层、厚度为8nm的保护 层Ta；其中，铁磁/反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa；溅 射功率30W；氩气流量20sccm；基片温度室温；对铁磁/反铁磁双层膜采用脉冲激光进行激 光快速退火处理，退火的同时沿平行于膜面的方向施加100Oe的平面诱导磁场，激光快速 退火的工艺参数为：输出功率2W，扫描速度5cm/s。经激光快速退火后的NiFe/FeMn双层膜 的交换偏置场的热稳定性得到明显提高。 0016 实施例6：利用高真空磁控溅射设备在经过清洗的单晶硅衬底上沉积厚度为5nm 的缓冲层Ta。
15、、厚度为5nm的Co铁磁层、厚度为15nm的FeMn反铁磁层、厚度为8nm的保护层 Ta；其中，铁磁/反铁磁双层膜的生长条件为：背底真空510 -6 Pa；溅射气压0.3Pa；溅射功 率30W；氩气流量20sccm；基片温度室温；对铁磁/反铁磁双层膜采用连续波激光进行激光 快速退火处理，退火的同时沿平行于膜面的方向施加500Oe的平面诱导磁场，激光快速退 火的工艺参数为：输出功率10W，扫描速度20cm/s。经激光快速退火后的Co/FeMn双层膜的 交换偏置场的热稳定性得到明显提高。 0017 本发明的所述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明 实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可在上述说明的基础上做出其它 不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，而这些属于本发明的 精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。 说 明 书CN 102832336 A 。