专利名称：用于提供硬偏压封盖层的方法和系统的制作方法
用于提供硬偏压封盖层的方法和系统
背景技术：
001图1描述利用传统底切的双层掩膜提供磁阻元件的传统方法 10。通过步骤12提供磁阻元件的层。典型地，步骤12包括为旋转阀 或其它类似的大型磁阻(GMR)元件溅射淀积(或沉积)这些层。通 过步骤14也可以为该磁性元件提供封盖层(capping layer)。例如，可 以使用钽(Ta)或类钻石碳(DLC)。通过步骤16在该器件上提供双 层掩膜。该双层掩膜在掩膜的边缘处具有底切部。通过步骤18限定该 磁性元件。随后，将被该双层掩膜暴露的磁阻元件的层的一些部分去 除。然后通过步骤20可以淀积硬偏压层(hardbiaslayer)。通过步骤22 可以执行剥离(lift-off)。该剥离去除该双层掩膜。通过步骤24可以提 供诸如Ta的封盖层和引线。
002尽管传统方法10在较低密度时起作用，但对于较高密度则出 现问题。双层掩膜的底层具有比上层小的宽度或临界尺寸。因此，如 上所述，该双层掩膜被底切。但是，在0.06-0.08pm左右或更小的较小 临界尺寸处，遇到显著的问题。特别地，该双层掩膜易于塌縮。另外， 磁迹宽度变得难以控制。因此，成品率降低。
003因此，所需要的是用于提供磁阻器件的改进的系统和方法，特 别是可以适用于更高存储密度的系统和方法。
发明内容
004公开一种用于提供磁阻器件的方法和系统。该磁阻器件是由多 个磁阻层形成的。该方法和系统包括提供掩膜。该掩膜覆盖在至少一 个器件区域中的磁阻元件层的第一部分。利用该掩膜限定一个(或多 个)磁阻元件。该方法和系统包括淀积一个(或多个)硬偏压层。该 方法和系统还包括在所述一个(或多个)硬偏压层上提供硬偏压封盖 结构。该硬偏压封盖结构包括第一保护层和平坦化停止层。该第一保 护层处于该平坦化停止层与所述一个(或多个)硬偏压层之间。该方法和系统还包括执行平坦化。该平坦化停止层被配置用于该平坦化。
005图1描述用于加工磁阻器件的一种传统方法。006图2描述用于加工磁阻器件的一种方法。007图3是描述用于加工磁阻器件的方法的一个示例性实施方式的 流程图。
008图4是描述用于加工磁阻器件的方法的另一个示例性实施方式 的流程图。
009图5-9描述利用单层掩膜进行加工过程中的磁阻器件的示例性 实施方式。
具体实施例方式
010图2描述用于加工磁阻器件的更新近的方法70。为了简化，可 以省略或组合步骤。类似地，可以使用不同的和/或附加的步骤。所加 工的磁阻器件可以是读磁头的一部分。该读磁头可以是合并磁头的一 部分，该合并磁头还包括写磁头(未显示)并且处于浮动块(未显示) 上。
011通过步骤72提供磁阻元件的层。典型地，步骤72包括为旋转 阀、隧道磁阻(TMR)结或其它类似大型磁阻(GMR)元件溅射淀积 这些层。在步骤72中也可以提供封盖层。例如，可以使用Ta或DLC。 通过步骤74在该器件上提供单层掩膜。如本文所用，单层光刻掩膜具 有未被底切的侧边。对于一些单层掩膜，有机底层可以连同单层光刻 胶一起使用。
012通过步骤76限定磁性元件。步骤76可以包括执行临界结离子 铣削。因此，该磁阻元件已经由磁阻层形成。 一般通过步骤78和80 淀积硬偏压层和封盖层。该硬偏压层和封盖层可以被均厚淀积。该硬 偏压可以包括诸如钴铂(CoPt)的材料。该封盖层可以包括Ta。通过 步骤82执行剥离。该剥离去除至少一部分的单层掩膜。通过步骤84 执行平坦化，诸如化学机械平坦化(CMP)。因此，可以由CMP (化 学机械平坦化)去除单层掩膜的任何剩余部分。另外，所形成的器件的顶表面基本上是平的。然后该器件的加工可以结束。013利用方法70可以提供磁阻器件。进一步，可以避免使用具有
底切部(undercut)的双层掩膜。因此，可以减少或消除由于双层掩膜的 塌陷导致的问题。可以提供在更高密度下使用的磁阻元件。例如，可 以提供具有不超过90纳米的临界尺寸的磁阻元件。然而，在步骤84 中执行的CMP可以存在大的变化。特别地，硬偏压层可能被暴露。结 果，该磁阻器件可能易于失效。因此，在大规模生产的过程中，相当 大百分比的这类磁性器件可能被废弃。结果，仍然需要用于加工磁阻 (MR)器件的改进方法。
014图3是一流程图，其描述用于加工具有更小临界尺寸的MR器 件的方法100的一种示例性实施方式。虽然方法100是在特定步骤和 特定磁阻元件的背景下描述的，但是可以提供其他磁阻元件并可以利 用不同的和/或附加的步骤。所描述的步骤也可以包括一个或多于一个 子步骤。另外，虽然方法100是在提供单层的背景下描述的，但是在 一种实施方式中，这样的层可以包括多个层。方法100还是在提供单 个磁阻元件的背景下描述的。但是方法100可以用于基本上同时加工 多个磁阻元件。
015方法100始于在已经提供磁阻元件的多个层之后。在一种实施 方式中，磁阻元件层覆盖至少一个器件区域和至少一个场区域。因此， 在一种实施方式中，磁阻元件层是均厚淀积(沉积)的。例如，这些 磁阻层可以包括旋转阀或隧道磁阻元件的层。
016通过步骤102提供一个掩膜，该掩膜覆盖要形成磁性元件的一 个(或多个)磁阻元件层的部分。步骤102可以包括淀积一层光刻胶 并将图案转移到光刻胶层上。该掩膜覆盖一个(或多个)器件区域中 的磁阻元件层并暴露其他一个(或多个)区域中的磁阻元件层。因此， 该掩膜暴露磁阻元件层的一部分。在一种实施方式中，该掩膜是单层 掩膜。这种掩膜可以包括一层光刻胶以及底层。但是，在一种实施方 式中，不存在针对掩膜的底切部。
017通过步骤104利用掩膜来限定磁阻元件。在一种实施方式中， 步骤104包括执行离子铣削(ionmill)。由于存在单层掩膜的配置，在 步骤104中优选去除磁阻元件层的一部分。通过步骤106淀积一个(或多个)硬偏压层。在步骤106中，硬偏压层可以被均厚淀积。在一种 实施方式中，在已经限定磁阻元件之后执行步骤106。在一种实施方式
中，步骤106包括为硬偏压材料中所用的硬磁性材料淀积种子层。步 骤106包括提供诸如CoPt的硬磁性材料。另外，可以在种子层与磁性 元件之间提供绝缘层。
018通过步骤108在一个(或多个)硬偏压层上提供硬偏压封盖结 构。在一种实施方式中，该硬偏压封盖结构包括至少第一保护层和平 坦化停止层。该第一保护层处于该平坦化停止层与一个(或多个)硬 偏压层之间。该第一保护层包括诸如钌(Ru)、钽(Ta)、铬(Cr)和 镍铬(NiCr)中的至少一种材料。在一种实施方式中，该第一保护层 被用于保护硬偏压层并提供一些材料以便后续离子铣削过程中消耗。 在一种实施方式中，该第一保护层具有至少20埃且不超过105埃的厚 度。在另一种实施方式中，该第一保护层的厚度为至少40埃且不超过 80埃。如其名称所暗示的，平坦化停止层被用作平坦化的停止层，这 在下面描述。在一种实施方式中，该平坦化停止层是CMP停止层。该 平坦化停止层可以包括诸如Ru和Rh (铑)中的至少一种材料。在一 种实施方式中，该平坦化停止层具有至少10埃且不超过120埃的厚度。 在另一种实施方式中，该平坦化停止层的厚度为至少30埃且不超过70 埃。
019在一种实施方式中，步骤108还包括在平坦化停止层上提供第 二保护层。因此，该平坦化停止层处于第一保护层与第二保护层之间。 该第二保护层包括Ta、 Ru、 Cr和NiCr中的至少一种。在后续处理的
离子铣削过程中可以至少局部消耗该第二保护层。在一种实施方式中， 该第二保护层具有至少40埃且不超过105埃的厚度。在另一种实施方 式中，该第二保护层的厚度为至少50埃且不超过85埃。020通过步骤110执行平坦化。步骤U0中执行的平坦化可以是 CMP。在一种实施方式中，在例如通过剥离工艺已去除掩膜后执行该 平坦化。因此，该平坦化可以被视为是平坦化增强剥离工艺的一部分。 在这种工艺中，提供穿通一个(或多个)硬偏压层的开孔以帮助剥离。 这一开孔可以利用离子铣削来形成。在这一离子铣削过程中可以极大 消耗第二保护层。但是，留下至少部分平坦化停止层和第一保护层。
8平坦化停止层被配置用于步骤110的平坦化。该平坦化可以去除掩膜 的任何剩余部分以及其他残留物。021利用方法100，可以提供具有低临界尺寸的磁性元件。例如，
磁阻元件可以具有90纳米或更小的临界尺寸，特别是当可以采用单层
掩膜时。因此，可以实现单层掩膜的优点。因为存在硬偏压封盖结构 的配置，所以后续处理可能不会不利地影响一个(或多个)硬偏压层 中的材料。特别地，剥离过程中的离子铣削和平坦化可能不会暴露这 一个(或多个)硬偏压层。因此，这些层可以保持原始状态不变。结 果，可以减少或最小化器件的失效。由此可以改进磁阻器件的加工。
022图4是一流程图，其描述用于加工磁阻器件的方法150的另一 种示例性实施方式。图5-9描述加工过程中磁阻器件200的示例性实施 方式。参考图4-9，在一种实施方式中，正在形成的磁阻元件具有不超 过90纳米的临界尺寸。虽然方法150是在特定步骤和特定磁阻元件的 背景下描述的，但是本领域技术人员将认识到可以提供其他磁阻元件 并可以利用不同的和/或附加的步骤。另外，本领域技术人员将认识到 所描述的步骤可以包括一个或多于一个子步骤。另外，虽然方法150 和磁阻器件200是在提供单层的背景下描述的，但是这样的层可以包 括多个子层。
023方法150始于已经提供磁阻元件的多个层之后。磁阻元件层可 以覆盖至少一个器件区域和至少一个场区域。因此，在一种实施方式 中，磁阻元件层是均厚淀积的。这些磁阻层可以包括，例如用于旋转 阀、隧道磁阻元件和/或其他GMR结构的层。
024通过步骤152提供一个掩膜，该掩膜覆盖要形成磁性元件的-一 个(或多个)磁阻元件层的部分。图5描述步骤152被执行之后的磁 阻器件200。掩膜208覆盖一个(或多个)器件区域中的磁阻元件层 204并暴露其他一个(或多个)区域中的磁阻元件层。因此，掩膜206 暴露磁阻器件层204的一部分。在所示的实施方式中，掩膜206是单 层掩膜。这一掩膜206可以包括一层光刻胶以及底层(未显示)。但是， 在一种实施方式中，不存在针对掩膜206的底切部。步骤152可以包 括淀积一层光刻胶并将图案转移到光刻胶层上。
025通过步骤154利用掩膜206来限定磁阻元件。在一种实施方式中，步骤154包括执行离子铣削。由于掩膜154的配置，在步骤154 中去除磁阻元件层的被暴露部分。通过步骤156淀积一个(或多个) 硬偏压层。在步骤156中，硬偏压层可以被均厚淀积。在一种实施方 式中，在已经限定磁阻元件之后执行步骤156。步骤156包括提供诸如 CoPt的硬磁性材料。通常在步骤156中还为硬磁性材料提供种子层。 图6描述步骤156被执行之后的磁阻器件200。因此，已经形成硬偏Jl( 层208。另外，在一种实施方式中，步骤156可以包括在淀积硬偏压层 之前提供绝缘层。因此，PMR换能器200被显示为包括绝缘层207和 硬偏压层208。硬偏压层208可以基本覆盖磁阻器件200。026通过步骤158在所述一个(或多个)硬偏压层上提供硬偏压封 盖结构。在一种实施方式中，该硬偏压封盖结构包括第一保护层、平 坦化停止层和第二保护层。这些层与上面描述的那些层类似。图7描 述完成步骤158后的磁阻元件200。因此第一保护层212、平坦化停止 层214和第二保护层216均被显示。第一保护层212处于平坦化停止 层214与所述一个(或多个)硬偏压层208之间。第一保护层212包 括诸如Ru、 Ta、 Cr和NiCr中的至少一种材料。在一种实施方式中， 第一保护层212被用于保护硬偏压层208并提供一些材料以便后续离 子铣削过程中消耗。在一种实施方式中，第一保护层212具有至少20 埃且不超过105埃的厚度。在另一种实施方式中，该第一保护层的厚 度为至少40埃且不超过80埃。
027如下所述，平坦化停止层214被用作平坦化的停止层。在一种 实施方式中，平坦化停止层214是CMP停止层。平坦化停止层214可 以包括诸如Ru和Rh中的至少一种材料。在一种实施方式中，平坦化 停止层214具有至少IO埃且不超过120埃的厚度。在另一种实施方式 中，平坦化停止层214的厚度为至少30埃且不超过70埃。
028平坦化停止层214处于第一保护层212与第二保护层216之间。 该第二保护层216包括Ta、 Ru、 Cr和NiCr中的至少一种。在后续处 理的离子铣削过程中可以至少局部消耗第二保护层216。在一种实施方 式中，该第二保护层216具有至少40埃且不超过105埃的厚度。在另 一种实施方式中，该第二保护层的厚度为至少50埃且不超过85埃。
029通过步骤160在所述一个(或多个)硬偏压层208中提供开孔以便帮助掩膜206的剥离。在一种实施方式中，步骤160包括去除所 述一个(或多个)硬偏压层206的一部分以及去除封盖结构210的一 部分。在一种实施方式中，这是通过离子铣削实现的。图8描述了步 骤160被执行后的磁阻器件200。因此，开孔218己经形成在一个(或 多个)硬偏压层208，中以及硬偏压封盖结构210的层212，、 2!4，和26， 中。该开孔218被显示为处于磁阻元件204'之上。在另一种实施方式 中，该开孔可以只是靠近磁阻元件204'，而非在磁阻元件204，的正上 方。为了简明，因此开孔218被显示为较小且在磁阻元件204，之上。 但是，开孔218可以更大和/或处于不同的位置。在离子铣削过程中， 消耗至少一部分的第二保护层216'。因此，在步骤160中可以暴露硬 偏压封盖结构的另一部分。
030通过步骤162剥离掩膜206。另外，在步骤164中执行平坦化。 该平坦化可以去除掩膜206的任何剩余部分以及其他残留物。步骤164 中执行的平坦化可以是CMP。在一种实施方式中，步骤160中的开孔 218的打开以及步骤164中的平坦化可以被视为是平坦化增强剥离工 艺的一部分。平坦化停止层214'被配置为停止或减缓步骤164中执行 的平坦化。因此，平坦化停止层214'被配置用于步骤164的平坦化。
031图9描述步骤164已经完成后的磁阻器件200。因此，掩膜206 己经被去除且器件200已经历平坦化。硬偏压封盖结构210"的一些部 分已经被去除。因此，只留下第二保护层216的部分216"。在一种实 施方式中，留下的部分216"包括第二保护层的残余物。尽管部分216" 被显示为靠近和远离磁阻元件204'，但这些部分也可以位于其他地方。 另外， 一个或多于一个的部分216"可以根本不存在。因此，可能存在 靠近和/或远离磁阻元件204，的部分216"。在平坦化过程中，至少一部 分的平坦化停止层214，也已经被去除。因此，图9中仅显示了剩余部 分214"。如图9右侧所示，平坦化停止层的剩余部分214"可以完全 覆盖第一平坦化停止层212"。作为替代，如图9左侧所示，第一平坦 化停止层212"的部分可以被暴露。
032通过步骤166可以完成器件200的加工。在加工完成以后，通 常完全去除第二保护层的剩余部分216"。另外，第一保护层212"可能 不完全覆盖硬偏压层208"。相反，硬偏压层208"的某一部分(特别是
ii靠近磁阻元件204'处)可能被暴露于后续层。然而，在另一实施方式
中，第一保护层212"可以完全覆盖硬偏压层208"。033利用方法150，可以提供具有低临界尺寸的磁性元件。例如， 该磁阻元件可以具有90纳米或更小的临界尺寸，特别是当可以采用单 层掩膜时。另夕卜，由于硬偏压封盖结构210/210，的构造，后续处理可能 不会不利地影响一个(或多个)硬偏压层208"中的材料。特别地，剥 离过程中的离子铣削和平坦化可能不暴露这一个(或多个)硬偏压层 208"。结果，可以减少或最小化器件的失效。因此可以改进磁阻器件 200的加工。
权利要求
1.一种用于提供至少一个磁阻器件的方法，所述磁阻器件由多个磁阻层形成，所述方法包括提供掩膜，所述掩膜覆盖至少一个器件区域中的所述多个磁阻元件层的第一部分；利用所述掩膜限定至少一个磁阻元件；淀积至少一个硬偏压层；在所述至少一个硬偏压层上提供硬偏压封盖结构，所述硬偏压封盖结构包括第一保护层和平坦化停止层，所述第一保护层位于所述平坦化停止层与所述至少一个硬偏压层之间；和执行平坦化，所述平坦化停止层被配置用于所述平坦化。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中提供所述硬偏压封盖结构的步骤进一步包括提供第二保护层，所述平坦化停止层处于所述第一保护层与所述第二保护层之间。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第一保护层包括Ru、Ta、 Cr和NiCr中的至少一种。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述第一保护层具有至少20 埃且不超过105埃的厚度。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述厚度为至少40埃且不超 过80埃。
6. 根据权利要求2所述的方法，其中所述平坦化停止层进一步包 括Ru和Rh中的至少一种。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述平坦化停止层具有至少 10埃且不超过120埃的厚度。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述厚度为至少30埃且不超 过70埃。
9. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第二保护层进一步包括 Ta、 Ru、 Cr和NiCr中的至少一种。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述第二保护层具有至少 40埃且不超过105埃的厚度。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述厚度为至少50埃且不 超过85埃。
12. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括 在提供了所述硬偏压封盖结构后执行所述掩膜的剥离。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中执行所述剥离的步骤进--步包括去除所述至少一个硬偏压层的一部分以在所述至少一个硬偏压层 中打开一开孔，所述硬偏压封盖结构的至少一部分在去除所述至少--个硬偏压层的所述部分的步骤中暴露。
14. 根据权利要求1所述的方法，其中所述磁阻元件具有不超过 卯纳米的磁迹宽度。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述掩膜包括基本无底切部 的至少一侧。
16. —种用于提供至少一个磁阻器件的方法，所述磁阻器件由多个 磁阻层形成，所述方法包括提供光刻掩膜，所述光刻掩膜覆盖至少一个器件区域中的所述多 个磁阻元件层的第一部分；利用所述光刻掩膜限定至少一个磁阻元件； 淀积至少一个硬偏压层；提供硬偏压封盖结构，其包括第一保护层、平坦化停止层和第二 保护层，所述平坦化停止层处于所述第一保护层与所述第二保护层之 间，所述第一保护层处于所述平坦化停止层与所述至少一个硬偏压层之间，所述第一保护层包括Ta、 Ru、 Cr和NiCr中的至少一种，所述 平坦化停止层包括Ru和Rh中的至少一种，所述第二保护层包括Ru、 Ta、 Cr和NiCr中的至少一种;去除所述至少一个硬偏压层的一部分以在所述至少一个硬偏压层 中打开一开孔，所述硬偏压封盖结构的至少一部分在去除所述至少一 个硬偏压层的所述部分的步骤中暴露；剥离所述光刻掩膜；以及执行平坦化，所述平坦化停止层被配置用于所述平坦化。
17. —种磁阻器件，其包括 至少一个磁阻元件，其具有至少一侧；至少一个硬偏压层，其接近所述至少一个磁阻元件的所述至少一 侧；禾口处于所述至少一个硬偏压层上的硬偏压封盖结构，所述硬偏压封 盖结构包括覆盖所述至少一个硬偏压层的至少第一部分的保护层、覆 盖所述至少一个硬偏压层的第二部分的平坦化停止层，所述保护层的 一部分处于所述平坦化停止层与所述至少一个硬偏压层之间。
18. 根据权利要求17所述的磁阻器件，其中所述保护层包括Ru、 Ta、 Cr和NiCr中的至少一种。
19. 根据权利要求17所述的磁阻器件，其中所述平坦化停止层进 一步包括Ru和Rh中的至少一种。
全文摘要
公开一种提供磁阻器件的方法和系统。该磁阻器件由多个磁阻层形成。该方法和系统包括提供掩膜。该掩膜覆盖在至少一个器件区域中的磁阻元件层的第一部分。使用该掩膜限定这一个(或多个)磁阻元件。该方法和系统包括淀积一个(或多个)硬偏压层。该方法和系统还包括在这一个(或多个)硬偏压层上提供硬偏压封盖结构。该硬偏压封盖结构包括第一保护层和平坦化停止层。该第一保护层处于该平坦化停止层与这一个(或多个)硬偏压层之间。该方法和系统还包括执行平坦化。该平坦化停止层被配置用于该平坦化。
文档编号H01L43/12GK101552320SQ200910004719
公开日2009年10月7日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年4月1日
发明者H·朱, L·洪 申请人:西部数据(弗里蒙特)公司