CN113383243A - 用于磁阻磁场传感器的相邻层结构的布置、磁阻磁场传感器及其生产方法 - Google Patents

用于磁阻磁场传感器的相邻层结构的布置、磁阻磁场传感器及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于磁阻磁场传感器的至少两个相邻布置的层结构的布置。每个层结构包括至少一个反铁磁层和具有第一磁矩的第一铁磁层。在反铁磁层和第一铁磁层之间存在交换耦合。此外，包括具有第二磁矩的第二铁磁层，其中第二铁磁层经由布置在第一和第二铁磁层之间的非磁性耦合层反平行耦合到第一铁磁层。提出了相邻布置的层结构的对应的第一铁磁层和对应的第二铁磁层的磁化强度彼此不同，特别是具有基本上彼此相反的取向。本发明还涉及具有这种层结构布置的磁阻磁场传感器，以及用于生产层结构布置和磁阻磁场传感器的方法。

Description

用于磁阻磁场传感器的相邻层结构的布置、磁阻磁场传感器 及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种用于磁阻磁场传感器的相邻层结构的布置，包括至少一个反铁磁层，具有第一磁矩的第一铁磁层和具有第二磁矩的第二铁磁层，其中在反铁磁层和第一铁磁层之间存在交换耦合，并且其中第二铁磁层经由布置在第一和第二铁磁层之间的非磁性耦合层与第一铁磁层反平行耦合。
本发明还涉及具有这种层结构布置的磁阻磁场传感器，以及用于生产层结构布置和磁阻磁场传感器的方法。
背景技术
磁阻磁场传感器用于基于电阻的磁场测量。通过合适的几何布置，可以检测另外的物理量，例如路径、角度或电流强度。磁阻磁场传感器基于磁阻效应。这描述了作为施加或修改外部磁场的结果的材料的电阻的变化。具有相对高的磁阻效应的磁场传感器基于巨磁阻效应(GMR效应)或隧道磁阻效应(TMR效应)，所述磁阻效应可以由电阻变化(ΔR＝RMax–RMin)与最小电阻RMin的商来描述。或者，可获得表现出AMR(各向异性磁阻)效应的材料。这些效应也统称为xMR效应。
GMR和TMR磁场传感器包括非磁性和磁性材料的薄膜结构，其中通过层的磁耦合或自旋效应影响电阻。在基于GMR和TMR的磁阻层结构中，可以实现基于高达50％(GMR)或高达600％(TMR)的外部磁场的电阻变化。
为了生产TMR磁场传感器，层结构由至少两个铁磁层和电绝缘阻挡层形成，该电绝缘阻挡层用作隧道阻挡层并且也表示为中间层，使得隧道电流可以在两个铁磁层之间流动。在TMR磁场传感器的情况下，阻挡层由例如Al2O3或MgO组成。在GMR磁场传感器的情况下，通常使用Cu或Ru的薄的非磁性但导电的层。除了几何参数(诸如表面积)之外，隧道元件的电阻取决于两个铁磁层相对于彼此如何被磁化。如果两个铁磁层被彼此平行地磁化，则电阻RMin处于最小值。另一方面，如果它们彼此反平行地磁化，则电阻RMax处于最大值。
在实践中，两个铁磁层中的一个铁磁层的磁化方向经常是固定的或钉扎的，使得该层的磁化对外部场不起反应或仅微弱地起反应。该层被表示为参考层或者也被钉扎层。另一层被配置成使得其磁化可以以限定的方式跟随外部场。该层也称为检测层或自由层。
通过将参考层和检测层划分为对外部场反应不同的参考层和检测层，可以在改变外部场时实现电阻的变化并获得感测装置。对电阻的依赖性与检测层(也表示为“自由层”)的磁化方向和参考层(也表示为“钉扎层”)的磁化方向之间的角度相关。
在这种情况下，层结构是可以在通常垂直于基板表面的一个轴上描述为一系列薄膜的结构，而在与其正交的其他轴上具有几何形状。
薄膜技术用于生产这种结构或电阻元件。在生产方法的上下文中，可以永久地建立参考层的磁化方向，这通常被表示为钉扎。为了固定铁磁层或参考层，铁磁层通常耦合到反铁磁相邻层。为了确定磁化方向，将电阻元件，即层结构，加热到高于“阻挡温度”，在该温度下反铁磁层和铁磁层之间的交换耦合消失，该温度通常低于铁磁层的居里温度。一旦达到高于阻挡温度且低于居里温度的期望温度，则将铁磁层暴露于外部钉扎场，由此迫使这些层进入限定的磁化方向。为此，所施加的钉扎场必须足够大以使铁磁层定向成完全平行于钉扎场。如果在施加钉扎场的情况下，层结构再次冷却并且温度下降到阻挡温度以下，则保持该磁化方向。
在本文中，钉扎场还被描述为局部作用磁场，其在期望的钉扎方向上以与层序列成直角(即，与基板表面相切)穿透层结构的铁磁层，并且构成局部磁场分量。这与作为整体取向磁场的“预处理磁场”不同，通过引导磁场，例如通过作为磁通引导元件的铁磁图案化元件，从整体取向磁场导出钉扎场。总体预处理磁场通常更强，并且可以在与局部钉扎场不同的方向上取向。
这种仅具有一个铁磁参考层的参考多层***(也称为“简单自旋阀(SSV)”)的缺点仅在于低的热稳定性。特别地，存在钉扎方向在应用中由于高温和磁场的出现而旋转的风险。该效应导致使用这些参考层的传感器的行为的漂移。这意味着参考层的磁矩越低，可以越弱地注入磁场并且层旋转。因此，在这种情况下，保持参考层的层厚度较小是有利的，使得任何漂移也较小。然而，这种SSV结构中的磁阻效应相对较小。然而，一个优点在于仅需要低磁场强度来对准参考层的事实。
在改进的参考层结构的情况下，除了布置在反铁磁层上的第一铁磁层之外，还提供第二铁磁层。在这两个铁磁层之间，提供耦合层，其在两个铁磁层之间产生反平行的RKKY耦合(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用)。这种层结构也称为“反平行耦合钉扎层自旋阀(APP-SV)”。
由于两个铁磁层的磁矩通常具有近似相等的大小，并且铁磁层的总磁矩由于反平行对准而被抵消到近似零，因此在操作中，外部磁场仅引起参考层***的磁化方向的轻微变化，这意味着即使在相对高的温度下，这种平衡的APP-SV也是稳定的。与SSV相比，APP-SV的磁阻效应更大。
然而，一个显著的缺点在于，由于两个铁磁层的磁矩相互抵消(总磁矩近似为零)，只有当磁通密度大到克服铁磁层之间的RKKY耦合时，该层结构的钉扎才是可能的。为此，需要大于1T的磁通量密度。这需要为钉扎过程付出巨大的努力。其中提供了旨在具有不同磁取向的多个层堆叠或电阻器元件的磁场传感器根本不能生产或仅需要非常大的努力来生产。
为了建立钉扎方向，已知使用选择性加热方法(特别是使用激光)选择性地加热基板承载层结构的空间受限区域，并且在平行于基板表面的期望方向上施加外部磁场以用于钉扎目的。因此，可以在相同的方向上用层结构钉扎局部加热区域。如果要在基板上产生不同的钉扎方向，则该方法必须以不同的外部磁场对准重复多次，然而其中不可能在不同方向上钉扎空间上紧密相邻的层结构。另一方面，对于常规方向选择性磁场传感器的构造，需要具有不同的优选方向并且经受相同的工艺工程特性的层结构，因此期望在紧密相邻的层结构中在不同方向上钉扎层结构。
此外，一秒以下的激光钉扎对于反铁磁材料是不利的，反铁磁材料在钉扎过程期间只能再结晶成反铁磁有序L10相，例如PtMn或NiMn。重结晶过程通常持续多个小时，并且实际上不能通过激光局部加热来实现。
WO2016/078793A1公开了一种用于磁场传感器的多向钉扎的方法和装置，其中软磁图案化元件(即磁通引导元件)邻近层结构布置，其将预处理磁场注入到层结构中。这里提出的方法使得能够以与基底表面成直角的方式注入预处理磁场，由此可以以多向钉扎的方式建立与基底表面相切的任何期望的钉扎方向。这种多向钉扎使得例如可以生产具有传感器信号的谐波滤波的高精度角度传感器，如例如在WO2016/083420A1中所描述的。然而，在实践中，利用该方法，在远低于1T的范围内只能实现低钉扎通量密度，使得该方法不可用于具有强磁耦合的多层堆叠结构。
US2015/0213815A1公开了一种磁阻传感器，其包括布置在顶部屏蔽和底部屏蔽之间的层堆叠。层堆叠由反铁磁层、第一铁磁钉扎层和第二铁磁参考层组成，其中两层通过非磁性耦合层反平行地耦合在一起。第一铁磁层的第一磁矩与第二铁磁层的第二磁矩的商总计超过1.1。然而，在磁阻磁场传感器中，在基板上具有不同优选方向的两个相邻的、相同构造的TMR元件的布置或生产方法并不是已知的。
US7,505,233B2揭示了由两个传感器组成的磁场传感器。两个传感器各自包括在X-Y平面中具有灵敏度的两个铁磁元件和一个磁阻元件。用磁阻元件不能测量在Z方向上测量和引导的外部磁场。因为在Z方向上引导的磁场可以通过两个铁磁元件在X方向上偏转，所以可以借助于磁阻元件在相同方向上检测待测量的磁场。在这方面，铁磁元件用于将待测量的Z磁场偏转并磁通引导到X-Y平面中。其中描述的磁阻磁场传感器不具有带有两个铁磁参考层的层结构，并且此外没有公开在基板上具有不同优选方向的第二相邻且相同构造的TMR元件。
US2017/0328963A1教导了一种用于磁场传感器装置的铁磁层的永久磁化的方法。垂直于芯片基板表面注入钉扎场，其中软磁性图案化元件的边界的形状产生水平取向的磁场分量，其允许在芯片基板平面中的可调节方向上钉扎。这使得磁场传感器元件可以在不同的轴向方向上被钉扎在一起并且同时被钉扎在芯片基板表面上，这在两个或更多个随机弯曲方向上是高度敏感的。该文献涉及仅具有单个钉扎参考层或“SSV层堆叠”的传感器层结构，并且没有公开反平行参考层的应用或用于具有降低的钉扎场强的钉扎的措施，也没有建议任何相关联的结构。
US2015/0318465A1涉及一种磁阻设备，其包括用于测量具有不同宽度的TMR层堆叠的磁场的磁阻结构。磁阻结构以在层堆叠中具有两个TMR势垒的层状双TMR层的方式构造。自由层布置在两个TMR层堆叠层之间，并且参考层还布置在上方和下方。US7605437B2同样涉及在一个层堆叠中具有两个TMR势垒的分层双TMR层。
DE112010003775T5描述了一种场传感器，其也可以检测X-Y平面中的Z分量。为此，传感器包含软磁通引导件，其唯一目的是将垂直磁场转移到平面中。在这种情况下，所有磁阻元件具有相同的钉扎方向。
与DE112010003775T5类似，US2018/0238972A1涉及一种用于确定X-Y平面中的Z分量的场传感器。其解释了如何通过软磁结构引导待测量的场来检测Z分量。
本发明的一个目的是指出一种用于磁阻磁场传感器的层结构、磁阻磁场传感器以及用于生产该层结构或磁场传感器的方法，其相对于现有技术进行了改进。
发明内容
该目的通过至少两个相邻层结构的布置和使用该布置的磁阻磁场传感器，以及通过用于生产该层结构布置的方法和通过用于生产根据独立和同等排序权利要求的磁阻磁场传感器的方法来实现。
在至少两个相邻布置的层结构的布置中，每个层结构包括至少一个反铁磁层、具有第一磁矩的第一铁磁层以及具有第二磁矩的第二铁磁层，其中在反铁磁层和第一铁磁层之间存在交换耦合，并且其中第二铁磁层经由布置在第一和第二铁磁层之间的非磁性耦合层与第一铁磁层反平行耦合。
提出了相邻布置的层结构的对应的第一铁磁层和对应的第二铁磁层的磁化(即钉扎方向)彼此不同，特别是具有基本上彼此相反的取向。相反意味着反平行取向，即两个钉扎方向相对于彼此旋转180°。基本上相反的取向还允许在160°至200°的角度范围内相互偏离，使得钉扎方向反平行取向基本上180°，即相反取向，并且允许与反平行取向进一步偏离高达±20°。
相邻意味着相邻的层结构被布置成其表面在基底上彼此相邻，并且在相邻的层结构之间没有布置另外的层结构。如果提及多个相邻的层结构，则这意味着该多个层结构中的每一个具有至少一个另外的层结构，在该至少一个另外的层结构之间没有另外的层结构。然而，其他结构可以位于两个相邻的层结构之间，例如导体轨道或磁通引导元件，或软磁图案化元件。同样可以想到“虚拟”层结构位于两个相邻的层结构之间，即其电阻不是传感器电阻的一部分的层结构，其实际上仅作为占位层结构存在，并且其磁化方向在传感器的电阻行为中不起任何作用。
反铁磁层、第一和第二铁磁层以及耦合层形成参考层堆叠，其可以通过在非常低的磁场强度下使用两个铁磁层来钉扎。层结构的两个铁磁层MFM1和MFM2的合成总磁矩M_APP_SV由下式获得：
M_APP_SV＝MFM1–MFM2<MSSV，
并且基本上小于具有相当磁阻特性的简单自旋阀层结构(SSV)的合成力矩MSSV。该层结构可以表示为不平衡反平行耦合钉扎层结构(APP-反平行耦合钉扎层自旋阀)。
关于上述层结构，特别是关于具有几乎为零的总磁矩的平衡APP结构，必要的钉扎场强在数量级上降低10倍。因此，根据本发明的层结构在执行钉扎过程的可能性、热稳定性和磁稳定性以及xMR效应的大小方面构成了优化。所得到的钉扎场的显著降低的强度首次使得能够在不同方向上钉扎紧密相邻的层结构。
有利地，每个层结构具有圆形或椭圆形外轮廓。此外，相邻层结构在层顺序、层膜厚度和所使用的层材料方面可以有利地具有相同的构造。至少两个相邻层结构的第一铁磁层在此可以在材料和层厚度方面具有相同的构造，并且至少两个相邻层结构的第二铁磁层在此可以在材料和层厚度方面具有相同的构造。至少两个相邻层结构的非磁性耦合层在材料和层厚度方面也可以具有相同的构造，至少两个相邻层结构的反铁磁层也可以是相同的。
在一个有利的实施方案中，对于小的层结构，相邻层结构的中心到中心距离ΔD可以等于50μm或更小，优选20μm或更小，特别是10μm或更小。因此，作为紧密间隔的结果，对于具有相似材料性质和生产工艺条件的最有限空间中的几乎相同构造的层结构，可以实现不同的钉扎方向。这是因为例如可以在相邻层结构之间的受限间隔区域中引入软磁图案化元件。如果这被预处理磁场穿过(预处理磁场优选地垂直于层堆叠平面的位置定向)，则在图案化元件的边界处产生杂散磁场，该杂散磁场相对于图案化元件的边界边缘垂直地穿过相邻的层结构作为钉扎场。因此，取决于图案化元件的形状(矩形、正方形、四边形、多边形、圆形等)，可以实现最不同的钉扎方向，其中相邻的层结构仅间隔小于50μm，优选小于20μm，特别是小于10μm的距离。该距离可以被认为是最小距离，其中在实际结构中，一行间隔的层结构相对于彼此功能上布置并电互连，并且其中至少两个相邻的层结构(但不一定是所有的层结构)实现该最小距离。
每个层结构的反铁磁层可以例如由FeMn、IrMn、PtMn、NiMn制成，并且具有在5nm和30nm之间的厚度。
引起第二铁磁层相对于第一铁磁层的反平行取向的每个层结构的耦合层可以例如由金属非磁性材料(例如Ru或Rh)组成，并且具有在0.3nm和1.5nm之间的厚度。
下面将更详细地描述每个层结构的第一和第二铁磁层的优选实施例。
在一个有利的实施例中，层结构的布置可以包括至少三个、特别是四个或更多个层结构，所述至少三个、特别是四个或更多个层结构被布置成彼此相邻、特别是仅通过间隙或软磁性图案化元件彼此分离。特别地，层结构的磁化相对于彼此成对地成角度地布置，优选地成90°，但也成60°、45°、36°、30°、18°或15°，并且每对的相邻层结构中的每对的对应的第一铁磁层和对应的第二铁磁层的磁化彼此不同，并且优选地基本上彼此相反，即相对于彼此反平行。特别地，一对相对的层结构的磁化的钉扎方向被定向成彼此相对大致180°。因此，不仅可以实现相邻层结构的两个相互不同的钉扎方向，特别是基本上180°的相对取向。相反，二乘二或更多对层结构，例如六乘二对，可以设置有相互不同的钉扎方向，其中特别地设置有基本上180°相反的钉扎方向的相互对应的层结构对可以相应地相对于彼此偏移任何期望的角度，例如90°，但也可以是例如15°、18°、30°、36°、45°或60°。因此，例如，可以产生层结构的布置以用于谐波滤波，用于旋转角度传感器的误差最小化，如例如在WO2016/083420A1中所描述的。相应且相对的层结构的各对也可以具有偏离180°的钉扎方向，但是也可以具有例如偏离160°或200°的钉扎方向。这可以通过软磁性图案化元件的楔形外部结构来实现，并且可以用于过滤高频谐波误差。因此，图案化元件的侧面可以例如具有阶梯角轮廓，优选地形成角度15°、18°、30°、36°、45°、60°、75°或90°之一的角轮廓，其中相对的侧面可以优选地在中心轴处镜像形成。多于四对，例如六对、八对或多对层结构也可以优选地相对于彼此镜像对称或旋转对称地布置。在六对的情况下，其可以在每种情况下相对于彼此偏移30°，或者四对可以相对于彼此偏移45°，其中相应的对具有180°的相反磁化，即钉扎方向。
从上述实施例开始，两对层结构优选地彼此相邻地布置，其中第一对层结构基本上相反地磁化，并且第二对层结构成对地基本上相反地磁化。此外，第二对的磁化方向可以与第一对的磁化方向不同，并且优选地成90°、60°、45°、36°、30°、18°或15°的角度。因此，层结构的钉扎方向在每种情况下成对地反平行，并且相邻对的层结构的钉扎方向彼此远离90°或更小的角度。在每种情况下，层结构对的层结构的各个层可以在材料和层厚度方面彼此相同。
在一个有利的实施例中，在每个层结构中，与反铁磁层耦合的第一铁磁层的第一磁矩和与第一铁磁层反平行耦合的第二铁磁层的第二磁矩的商可以不同于1，并且可以优选地总计在1.7和2.3之间。因此，每次交换耦合与反铁磁层耦合的第一铁磁层具有大约两倍于第二铁磁层的磁矩，第二铁磁层位于第一铁磁层的远离反铁磁层的一侧，并且经由非磁性耦合层与第一铁磁层反平行耦合。
所述第一和第二磁矩的商例如涉及沉积但尚未钉扎的第一和第二铁磁层的状况，或者还可以涉及两个层钉扎之后的状况。
根据一个有利的实施例，每个层结构包括第三铁磁层，该第三铁磁层布置在第二铁磁层的远离耦合层的一侧上，其中非磁性(特别是非导电)阻挡层(优选地为MgO)特别地布置在第二铁磁层和第三铁磁层之间。第三铁磁层通常采用检测层的形式。第三铁磁层优选地由Co、CoFe、NiFe或CoNi制成，其中可选地可以将一种或多种另外的元素(特别是硼或硅)添加到合金中。其还可以由不同材料的多层***组成，其包含软磁CoFe或NiFe。势垒层特别用于优化磁阻隧道效应。
此外，根据上述实施例，每个层结构可以包括至少一个非磁性覆盖层，特别是金属覆盖层，其布置在第三铁磁层的远离第二铁磁层的一侧上。覆盖层相对于位于其上的相邻结构界定层结构，并且特别地还可以用于传输测量电流。
可以用作用于电接触的接触电极的端接电极层可以位于每个层结构的覆盖层之后，或者可选地直接位于第三铁磁层上。
端接层或覆盖层优选地在所有层结构上在材料和层厚度方面是相同的。
每个层结构有利地应用于基板，其中“籽晶层”可以应用于基板和反铁磁层之间，该“籽晶层”可以促进反铁磁层的生长，并且可以用作基极电极。原则上，晶种和覆盖或端接电极层之间的层结构可以以与这里描述的顺序相反的顺序施加到基板。
根据本发明的另一有利实施例，在每个层结构中，第一铁磁层由第一铁磁材料成分组成，并且第二铁磁层由第二铁磁材料成分组成，其中第一铁磁材料成分不同于第二铁磁材料成分。可以在其中包含的化学元素和/或其比例方面不同的不同材料成分促进参考层堆叠的铁磁层的不同磁矩的形成。
有利地，第一铁磁材料成分是CoFe合金，其中特别地，Fe的摩尔分数或原子百分比总计在5％与15％之间，并且优选地为10％。
有利地，每个层结构中的第二铁磁材料成分是CoFeB合金，其中，在相应的公差偏差的上下文中，Co和Fe的摩尔分数或原子百分比在每种情况下总计为40％，并且B的比例总计为20％，其中，公差偏差允许相应的比例与该比例的相应规定值偏离不超过5个百分点，并且优选地不超过2.5个百分点。
已经证明上述材料成分特别适合于形成具有所需磁矩比的铁磁层。
根据一个有利的实施例，每个层结构中的第一铁磁层具有第一层厚度Δl1，并且第二铁磁层具有第二层厚度Δl2，其中第一层厚度和第二层厚度的商Δl1/Δl2总计在1.2和2.5之间。
有利地，每个层结构中的第一层厚度Δl1总计在0.5nm和2.0nm之间，并且优选地为1.2nm，并且选择第二层厚度Δl2，使得第一和第二磁矩的商总计在1.7和2.3之间，其中特别地，磁矩的商与沉积但尚未钉扎的第一和第二铁磁层的状况相关。
对于上述两种优选的材料成分，即用于第一铁磁层的Co90Fe10和用于第二铁磁层的Co40Fe40B20，第一和第二层厚度的商优选地总计在1.36和1.84之间，特别是1.6。
根据一个有利的实施例，每个层结构的耦合层(特别是排他地)包括Ru，并且具有0.35nm和0.85nm之间的厚度，并且优选地具有0.5nm的厚度。联接层的这种尺寸已经证明是特别合适的。
每个层结构的反铁磁层可以有利地被配置为锰合金。铱-锰(IrMn)、铂-锰(PtMn)、镍-锰(NiMn)或铁-锰(FeMn)合金或其合金混合物特别适用于此。锰合金，特别是铂-锰(PtMn)或镍-锰(NiMn)优选以有序的L10相存在。L10相是金属合金的金属间有序相，其特征在于规则的混合晶体结构，由此锰合金的反铁磁特性以非常明显的方式出现。即使在钉扎时间持续几小时并且温度高于阻挡温度的情况下，这种锰基反铁磁层也保持或实现其优异的反铁磁特性。对于溅射的PtMn和NiMn层，已知仅在高于225℃的温度下加热几小时才实现优选的L10晶体有序，其中这种晶体有序实现最佳的反铁磁特性，并且这是使用选择性激光钉扎方法不能实现的短暂加热的结果。
每个层结构有利地被配置为TMR***。为此，层结构可以具有下部基部电极和上部端接电极，使得电流可以以可电接触的方式并且垂直于层结构(即垂直于基板表面)流过层结构。用作基板上的基层以构造层结构的籽晶层，特别是反铁磁层，优选地形成为导电基极电极。此外，在第一铁磁层中，可以在一个钉扎方向上施加磁化，并且在第二铁磁层中，可以实现与其反平行取向的磁化，使得可以在钉扎方向上实现对外部磁场的电阻变化的非常高的灵敏度。根据本发明的层结构，包括其有利实施例，已经证明特别适合于在基于TMR的磁场传感器中的应用，特别是在角度传感器和2D场传感器中使用。然而，在基于GMR的磁场传感器中的使用作为替代同样是可能的，其中为此，基极电极和端接电极可以横向地布置在层结构上。
至少两个相同构造的相邻TMR元件可以有利地布置在基板上，并且对应的第一铁磁层和对应的第二铁磁层的磁化方向可以彼此不同，特别是相对于180°相反地或略微不同地定向，但是基本上彼此反平行。在这种情况下，相邻的TMR元件包括相同的层封装，并且在相同的沉积过程中生产，特别是同时生产。在这种情况下，相邻TMR元件的中心到中心距离ΔD可以优选地等于50μm或更小，优选地20μm或更小，并且特别地10μm或更小。在这种情况下，在两个TMR元件之间的软磁图案化元件的至少临时布置中，预处理磁场可以优选地垂直于基板表面注入到图案化元件中。图案化元件的杂散场包含平行于基板表面且垂直于图案化元件的侧面轮廓定向的场分量，杂散场沿着图案化元件的边缘起到有效钉扎场的作用，以定向第一铁磁层的磁定向。为此，可以选择基板上的层结构或TMR元件的相对小的中心到中心距离ΔD，并且图案化元件在基板上构造在其间，或者例如以冲头的形式临时引入。预处理磁场可以作用在基板的整个表面上，其中，在与其边缘取向相对应的图案化元件的位置处，由于来自预处理磁场的局部作用钉扎场，可以在平行于基板表面的不同方向上实现钉扎。与常规的激光钉扎方法相反(在常规的激光钉扎方法中，平面内钉扎场平行于基板的表面注入(其中预处理磁场因此与钉扎场相同)，并且通过短暂的激光加热超过阻挡温度)，根据该进一步的发展，在低磁场强度下，在任何期望长度的时间段内，在基板上的几乎所有层结构的不同方向上的集成钉扎是可能的。这在实践中意味着晶片基板上的所有传感器的所有TMR元件可以在一个步骤中被钉扎。
具有相对于彼此成角度、特别是彼此反平行的钉扎方向的两个或更多个相邻的、相同构造且相同沉积的TMR元件的上述布置也可以根据设想进行实施，而不将第一磁矩和第二磁矩的商限制在1.7和2.3之间。关键因素是两个铁磁层的磁矩使得可以用相对低的磁场强度进行钉扎，使得利用图案化元件的上述多方向钉扎方法也可以用TMR元件进行。
根据本发明的磁阻磁场传感器包括基板、根据前述实施例之一的在基板上彼此相邻布置的至少两个或更多个层结构的布置、以及布置成与相应的层结构相邻或部分重叠的至少一个至少暂时可引入的软磁性图案化元件，其中图案化元件被配置和布置成影响穿透到图案化元件中的预处理磁场，从而具有以下效果：至少在相邻层结构的第一铁磁层中不同地取向并且平行于层结构的表面延伸的磁场分量作为图案化场的杂散磁场而变得有效以用作钉扎场。预处理磁场优选地垂直于基板的表面注入到图案化元件中。通常，在钉扎操作之后，再次移除暂时引入的图案化元件。通常，磁场传感器包括磁阻桥式电阻器的一个或多个惠斯通测量电桥。每个桥式电阻器包括至少一个，特别是多个串联连接的层结构，其通常具有基本相同取向的磁化方向。在这方面，布置的分别至少成对相邻的层结构在每种情况下可以在惠斯通测量电桥的各种电桥电阻器中互连。
例如由光刻图案化的镍铁合金制成的软磁性图案化元件以这样的方式布置，使得预处理磁场同时且垂直于相应层结构的表面注入图案化元件中，并且在层结构的位置处还产生平行于相应层结构的表面的磁场分量，其至少在适当位置穿透第一和第二铁磁层。以这种方式，相邻的层结构可以被不同取向的、优选地基本上相反的钉扎场穿透。预处理磁场可以例如是均匀磁场，其垂直地撞击在层结构的表面上，并且由于图案化元件的磁场特性和几何构造，其以在边界边缘处也平行于层结构表面的非均匀杂散场的形式存在，并且引起相邻层结构的钉扎。以这种方式，可以在相应的层结构中提供任何期望的钉扎方向，其中单独的图案化元件也可以同时并且也在不同的方向上钉扎多个层结构。不同的钉扎方向基本上取决于图案化元件的轮廓形状，该轮廓形状相对于基板的表面界定图案化元件。
在WO2016/078793A1中通过示例的方式描述了磁阻磁场传感器上的软磁图案化元件的布置以及用于生产磁场传感器的相应方法，其描述了磁场传感器的层结构的钉扎，其全部公开内容通过引用包括在本申请中。从该文献中还已知软磁图案化元件的不同配置。
令人惊讶地发现，如WO2016/078793A1中所述的软磁性图案化元件特别适合于钉扎磁场传感器上的层结构，这可归因于以下事实：为了钉扎根据本发明的层结构，仅需要具有小于130mT的相对低强度的预处理磁场，并且在该过程中产生的钉扎场(其通常具有小于预处理磁场的强度的80％、通常小于预处理磁场的强度的50％)再次具有显著较低的强度。特别地，可以在一个磁场传感器上提供根据本发明的多个层结构，该结构在不同的空间方向上被磁化，并且特别地形成惠斯通电桥，如例如在WO2016/083420A1中所描述的。
根据本发明的用于生产根据上述方面之一的层结构的布置的方法包括以下步骤：
-在覆盖层和籽晶层之间以所述或相反的顺序将所述层施加到基板，将所述层结构加热到高于阻挡温度的温度，在所述阻挡温度下，所述反铁磁层和所述第一铁磁层之间的交换耦合被抵消，
-将特别是垂直于所述基底(110)的表面取向的预处理磁场注入所述加热的层结构中，以至少在所述层结构的温度高于所述阻挡温度的时间段内建立具有相邻层结构的所述第一铁磁层的不同磁化方向的钉扎场，以及
-将所述层结构冷却至低于所述阻挡温度的温度。
在第一步骤中，彼此相邻地施加至少两个、特别是多个磁阻层结构的布置，优选地GMR或TMR层结构，其具有对应于上述方面中的一个或多个的层结构。特别地，所有层结构的层在同一个涂覆过程中同时沉积，由此对于相邻的层结构实现相同的层厚度和材料。对于所有层结构，所有图案化工艺也可以优选地并行且同时进行，而不是顺序进行，这意味着不首先形成第一层结构，然后形成第二层结构。已经证明，在相同的涂覆工艺中生产所有层结构，并且在基底上不进行不同层结构的顺序或不同处理是非常有利的。为了定向一个或多个第一铁磁层，施加高于阻挡温度的温度，使得第一铁磁层和反铁磁层之间的交换相互作用被抵消。然后，铁磁层不再被相邻的反铁磁层钉扎，并且以与自由层类似的方式表现。然后注入外部磁场，其也被表示为预处理磁场，其中磁场的场线以这样的方式被引导，使得其在合适的点处作为平行于层平面的钉扎场进入层结构，并且在那里引起第一铁磁层的可调节磁化。
有利地，将层结构的布置加热到至少260℃，优选地加热到280℃，这特别是对于铱-锰而言足以实现阻挡温度，并且因此能够实现钉扎，即第一铁磁层的磁化的取向。在反铁磁层包括PtMn或NiMn合金的情况下，典型的温度优选高于300℃，特别是在300℃和350℃之间。
注入的预处理磁场的磁通密度不大于200mT并且优选地不大于100mT，使得基于反平行耦合自旋阀层结构(APP-反平行耦合钉扎层自旋阀)的TMR元件或GMR元件容易且便宜地生产。
钉扎场注入到加热至高于阻挡温度的层结构的布置中的时间段为至少1小时，优选至少5小时，特别优选至少12小时。在高温下非常长的注入时间使得反铁磁层的L10层取向有序，因此显著改善了反铁磁特性。
根据本发明的用于生产根据本发明的磁阻磁场传感器的方法(包括根据上述方面的至少一个软磁性构图元件)包括根据本发明的上述方法(该方法用于生产包括该方法的有利配置的层结构的布置)以及至少一个构图元件的至少临时施加。
根据本发明，预处理磁场经由图案化元件作为钉扎场注入到具有不同磁化方向的相邻层结构中。一旦钉扎终止，优选地再次移除图案化元件，使得其可以例如使用常规光刻和电镀方法临时施加到基板，并且可以使用蚀刻方法或材料移除方法再次移除。还可以想到将图案化元件以冲头的形式暂时降低到基板上方，并以这种方式注入预处理磁场。可替代地，软磁图案化元件也可以至少保持在作为用于外部磁场的磁通引导元件的位置。
在上述生产方法的一个有利的进一步发展中，可以将至少两个相邻的相互间隔的层结构的布置应用于基板，并且图案化元件至少暂时地应用于层结构之间。在加热到阻挡温度以上期间，可以垂直于基板的表面将预处理磁场注入到图案化元件或多个图案化元件中，使得由图案化元件产生的非均匀杂散磁场提供基本上平行于基板表面的钉扎场的期望取向。与预处理磁场平行于基板表面的钉扎有源磁场分量的取向取决于图案化元件的边缘几何形状，使得相邻层结构的钉扎场的取向优选地彼此不同，特别是基本上相反地取向。通过生产方法的这种进一步发展，尽管GMR或TMR元件的参考层包含两个反平行耦合的铁磁体，但是GMR和TMR元件可以在不同的优选方向上以空间上紧密相邻的布置固定，其中预处理磁场小于200mT，优选小于100mT。
通过组合这些方法，特别是在几分钟至几小时的长时间段内钉扎的可能性，以及具有紧密相邻的布置和材料(材料选择)的层结构的特定顺序，因此可以在优化的L10相中使用热特别鲁棒的反铁磁材料，例如PtMn和NiMn，另外具有在传感器中具有热鲁棒的反铁磁耦合的第一和第二铁磁层，并且另外在受限空间中放置不同的TMR或GMR元件，这些TMR或GMR元件在参考层的钉扎方向之外相同地表现和产生。其部分地在方向上不同，优选地基本上相反地定向，即相对于彼此在160°至200°的角度范围内。
通过说明书、附图和从属权利要求揭示了层结构、磁阻磁场传感器和生产方法的其他有利配置。
附图说明
通过本附图和附图的相关描述公开了进一步的优点。附图示出了本发明的示例性实施例。附图、说明书和权利要求书包含组合的许多特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑特征并将其组合成有意义的进一步组合。
在附图中：
图1是根据本发明的一个示例性实施例的布置的层结构的示意图；
图2a、b是包括根据本发明的这些层结构的布置的实施例的TMR的层结构的示意性截面表示；
图3是根据本发明的一个示例性实施例的作为TMR元件的一对层结构的布置的实施例的示意性截面表示；
图4是根据一个示例性实施例的具有多个层结构和软磁性图案化元件的布置的磁阻磁场传感器的透视图；
图5是图4所示的磁场传感器的钉扎步骤的示意图；
图6示出了根据一个示例性实施例的钉扎过程期间的磁阻磁场传感器的平面图；
图7示出了具有不同钉扎方向的层结构的布置的实施方式的示意图。
在附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了用于根据本发明的布置的层结构100的实施例，其在本示例性实施例中被描述为TMR***。对于作为根据示例性实施例的一个修改的GMR***的配置，关于TMR***必须进行的改变通常是本领域技术人员已知的。
使用半导体技术中通常已知和常规的涂覆方法(例如化学或物理气相沉积方法)来施加层结构100的各个层。
将多个层结构100施加到半导体基板或基板110。首先，将籽晶层112施加到基板110上，选择该籽晶层，使得随后施加的具有最佳特性的反铁磁层114生长。籽晶层112的特征在于足够的导电性和最小可能的表面粗糙度，使得作为基极电极132，其形成第一电连接点。
反铁磁层114(也可以表示为钉扎层)被施加到籽晶层112。反铁磁层114由例如FeMn、NiMn、IrMn或PtMn组成，典型的层厚度在5nm和30nm之间。
然后将第一铁磁层116施加到反铁磁层114上，该反铁磁层由CoFe合金施加，通常为Co90Fe10(以质量百分比表示)，厚度为0.5nm至2.0nm，通常为1.2nm。
中间层或耦合层118邻接第一铁磁层116，该中间层或耦合层118例如由厚度在0.35nm与0.85nm之间(通常为0.5nm)的Ru制成。通过RKKY耦合，耦合层118引起第二铁磁层120相对于第一铁磁层116的反平行磁性取向。
由CoFeB合金(通常为Co40Fe40B2O)制成的第二铁磁层120沉积在耦合层118上。选择第二铁磁层120的层厚度，使得沉积的、尚未钉扎的铁磁层116、120的磁矩采用期望的比率。该比率(更确切地说，第一铁磁层116的磁矩M1和第二铁磁层120的磁矩M2的商，M1/M2)可以有利地采用1.7和2.3之间的值，通常为2.0。关于铁磁层116、120的上述材料成分，这对应于第一铁磁层116的物理厚度D1和第二铁磁层120的物理厚度D2的比率或商，D1/D2在1.36和1.94之间的范围内，通常为1.6。
反铁磁层114、第一铁磁层116、耦合层118和第二铁磁层120一起形成参考层堆叠126。为了实现不同的磁矩，两个铁磁层116、120可以具有不同的材料成分和/或不同的层厚度。为此，第一铁磁层116被示出为具有厚度Δl1并且铁磁层120具有厚度Δl2，其中减小的厚度指示减小的磁矩。
MgO的非导电层形式的势垒层122被附加地施加到参考层堆叠126或第二铁磁层120的顶部，其中其厚度被选择为使得通常在20％和200％之间的磁电隧道效应和通常可以在100Ω和30kΩ之间的整个层堆叠的隧道电阻针对相关应用得到优化。最后，将包含CoFe、Co或NiFe的第三铁磁层124施加到阻挡层122上，其中一种或多种其它元素(例如B)可以另外添加到合金中。第三铁磁层124被配置为使得TMR效应处于最大值。
另外的具有相同或不同材料成分或厚度的铁磁层可以可选地被施加到第三铁磁层124，使得可选地包括另外的铁磁层的第三电磁层124的磁特性可以被优化为检测层。
此外，可以在层结构100上提供一个或多个非磁性金属端接层或覆盖层128，以便相对于环境影响或位于其上的相邻元件来界定层结构100。
图2a示出了相对于图1的层结构100添加的层结构，作为用于根据本发明的布置的TMR元件140的实施例。其包括直接在基板110上的基极电极层132和终端覆盖电极层130以及覆盖层128。电极130、132用于TMR元件的电连接，例如用于磁场传感器10的测量桥配置中的连接。由于在垂直于基板110的Z方向上的电极配置，层结构100可以采取TMR元件140的形式，而横向电极配置也可以提供GMR元件。
绝缘层134覆盖TMR元件140的侧面，使得在构造时能够实现限定的层序列和相对于相邻层结构的横向界定。
所述层114-124也可以在覆盖层128和籽晶层112之间以相反的顺序施加到基板110上，即从第三铁磁层124开始并以反铁磁层114或另一覆盖层128和基极电极132结束。
籽晶层112同样可以用作基极电极132的底部电连接点，或者可选地，基极电极132可以与直接在基板110上的籽晶层112分开构造并且与籽晶层112垂直相邻。在覆盖层128上，可以施加端接电极130作为层结构的顶部连接点。因此，电流可以被垂直地引导通过层结构，使得层结构作为磁阻电阻器被提供有根据两个铁磁层的磁取向限定的优选磁化方向。所得到的磁阻电阻层布置可以用于磁场传感器布置或具有高灵敏度要求的磁存储布置。
图2b以较小的比例示出了图2a中所示的TMR元件140，其中，更广泛的绝缘层134封装TMR元件140并且使其相对于基板110上的相邻结构绝缘和钝化。
图3是中心轴间距在5μm至50μm范围内的两个相邻TMR元件140的布置的实施例的示意图，其中每个TMR元件140基本上对应于图2a中所示的实施例。然而，基极电极132被实施为导电籽晶层112，使得籽晶层112同时用于TMR元件140的电连接。为了在磁场传感器中使用，需要测量电桥的磁阻电阻器的不同钉扎方向，其理想地具有相同的构造以使电阻行为均匀并且在空间上非常紧密地相邻。这在图3中实现，因为参考层堆叠体126的中心到中心距离ΔD总计在5μm和50μm之间，并且相邻参考层堆叠体126的钉扎方向是相反的，即180°反平行取向。从180°偏差±20°的轻微偏差也被假设为基本上反平行。因此，两个堆叠的电阻在外部磁场的情况下彼此相反地表现。
使得两个钉扎方向可以不同地定向，软磁性图案化元件18可以有利地临时引入两个TMR元件140之间并且通过预处理磁场Hz在Z方向上磁化，这在图4中的透视图中示出并且在图5中示意性地在侧视图中示出。
根据用于生产根据本发明的层结构的示例性方法，层结构100可以进行钉扎过程。为此，将层结构100加热至高于层结构100的阻挡温度的温度，优选加热至超过260℃，通常280℃。然后将层结构100暴露于具有不大于130mT并且优选不大于100mT的相对低磁场强度的预处理磁场Hz，其中从其导出并由图案化元件散射的钉扎场M0的场线平行于层结构100的表面延伸。
层结构的钉扎可以特别有利地在一个或多个软磁图案化元件18的帮助下进行。对应的磁场传感器布置在图4中以透视图示出，并且在图5中以具有钉扎场的场强分布的图形表示的侧视图示意性地示出。如图6中的平面图所示，具有施加的图案化元件18的磁阻磁场传感器10包括由根据图1的相应层结构100形成的多个电阻器元件14。磁场传感器10包括半导体芯片基板或基板12，电阻器元件14布置在半导体芯片基板或基板12上。电阻器元件可以互连以形成惠斯通测量电桥。对于电阻器元件14的铁磁层的磁性预取向或“钉扎”，使用预处理磁场Hz38，其垂直于基板12的表面36取向。
磁场38由磁极(未示出)发射，穿过基板12并再次被布置在基板12下方的反极表面58(同样未示出)吸收。预处理磁场Hz38垂直地进入软磁性图案化元件18中并且在其中以集中的方式被引导，其中它作为钉扎场M060，即作为与图案化元件18的表面44成直角并且基本上平行于基底110的表面的非均匀杂散场离开。
如图5中图解所示，图案化元件18以这样的方式引导预处理磁场Hz38，使得预处理磁场Hz38在平行于基板表面36的边界边缘20处作为钉扎场M060离开，并且穿过平行于基板110的表面的电阻器元件14，电阻器元件14被实施为TMR元件140。实现了电阻器元件14的改善的穿透，特别是因为建立了高于电阻器元件14的反铁磁层的阻挡温度的温度，以便改善通过电阻器元件14的通量引导。
在一个有利的实施例中，图案化元件18的边界边缘20与电阻器元件14的边界边缘22重叠。因此，电阻器元件14在其整个宽度上被磁场穿过，该磁场也具有平行于基板表面36的分量。最后，磁场线通过基板12被引导到反极表面58上，使得可以根据基板12上的图案化元件18的边界边缘20的取向来建立不同的钉扎方向。
图6示出了由用于测量磁场传感器10的两个直线磁场分量X和Y的两个惠斯通测量电桥组成的复合角度传感器的生产。为了更好地说明，未示出在串联电路或并联电路中连接电阻器元件以例如形成惠斯通测量电桥的布线电平。同样，未示出用于与外部世界接触的端子或焊盘。图6示出了磁场传感器10的钉扎步骤，其中多个电阻器元件14(例如对应于图2的层结构140的布置的TMR电阻器元件14)布置在基板12的基板表面36上。至少对于成对成角度的TMR元件140，这些元件相对于彼此以中心到中心距离ΔD布置，在此被反平行地钉扎。在这些间隔区域ΔD中，例如NiFe的软磁图案化元件18相对于电阻器元件14的边界边缘22部分重叠地施加，其边界边缘20至少部分地覆盖电阻器元件14的边界边缘22。通过施加垂直于基板表面36定向的磁场(如小箭头所示)，生成图案化元件18的边界边缘杂散场46，其执行电阻器元件14的钉扎。在钉扎之后，可以使用材料去除方法再次从基板110去除图案化元件18。
图6表明，由于本发明，可以使用诸如PtMn或NiMn的热鲁棒反铁磁体和具有反铁磁耦合参考层的热鲁棒层堆叠来产生具有多个钉扎方向的复杂传感器。构建在晶片基板上的所有传感器可以在一个步骤中在任何期望的方向上长时间同时被钉扎，即使当使用需要长钉扎以表现优选的L10相的反铁磁体时，这也能够实现经济上可行的实施方式。
图7示出了被配置为TMR元件140的层结构100的不同布置。为了在生产期间实现不同的钉扎方向M0，将软磁性图案化元件18临时引入多个成对的层结构100之间的空间中。在高于阻挡温度的温度下，图案化元件18暴露于垂直于层结构100的堆叠平面定向的预处理磁场Hz38，其中指向远离周围边缘的直角的杂散磁场形成为钉扎场M060。钉扎场M060在图案化元件的堆叠平面中并且被磁化，即，在分别不同的方向上钉扎对应的铁磁层116并且因此也钉扎层结构100的层120。
图7a是以中心到中心距离ΔD间隔开的一排6个分别成对的TMR元件140的示意图，其借助于矩形图案化元件18相对地钉扎。在TMR元件的串联电路中，由此可以形成具有相反磁场灵敏度的磁场传感器10的半桥的两个桥电阻器。
图7b是TMR元件140的多个布置的示意图，其可以用于例如磁阻角度传感器并且为此目的互连。可以使用偏移90°的图7a的TMR元件的多个成对布置，以形成X方向和Y方向敏感的桥式电阻器。临时引入TMR元件140之间的图案化元件相应地相对于彼此偏移90°，以便在X或Y方向上提供钉扎场M060。
图7c和图7d示出了作为TMR元件140的层结构100的布置的另外的实施例，在TMR元件140之间布置有具有成角度的边界边缘20的图案化元件18。在图7c中，图案化元件18是六边形的，其中可以提供偏移180°的两对钉扎方向。这些对可以具有相差90°、60°、45°、36°、30°、18°或15°的钉扎方向。
图7d的图案化元件被配置为十四边形，其中两个镜像对称相对的边界边缘20具有-60°、-45°、30°、0°、30°、45°和60°的三个对称角度增量α1，α2和α3。在这方面，例如对于谐波滤波，串联连接的TMR元件可以具有不同的钉扎方向，特别是当用作角度传感器时。针对每个电阻器布置示出的TMR元件140的数量是示意性的，通常每个桥式电阻器中的TMR元件的数量显著高于所示出的数量。
原则上，层结构100(图1)的根据本发明的布置的钉扎也可以以任何其他合适的方式进行。软磁性图案化元件18的布置还可以被配置为从上方短暂地下降到基板结构中的冲头。
附图标记列表
10 磁场传感器
12 基板
14 电阻器元件
18 软磁图案化元件
20 图案化元件的边界边缘
22 电阻器元件的边界边缘
36 基板表面
38 预处理磁场
42 基板底部
44 图案化元件的表面
46 边界边缘杂散场
58 反极表面
60 钉扎场
100 层结构
110 基板
112 籽晶层
114 反铁磁层
116 第一铁磁层
118 耦合层
120 第二铁磁层
122 阻挡层
124 第三铁磁层、检测层
126 参考层堆叠
128 覆盖层
130 端接电极
132 基极电极
134 绝缘层
140 TMR元件
HZ Z方向预处理磁场
Δl1 第一铁磁层的宽度
Δl2 第二铁磁层的宽度
ΔD 相邻层结构的中心距离
M0 钉扎场
α1 第一侧面角
α2 第二侧面角
α3 第三侧面角

Claims (20)

1.一种用于磁阻磁场传感器(10)的至少两个相邻布置的层结构(100)的布置，每个层结构(100)包括至少一个反铁磁层(114)、具有第一磁矩的第一铁磁层(116)以及具有第二磁矩的第二铁磁层(120)，其中，在所述反铁磁层(114)和所述第一铁磁层(116)之间存在交换耦合，所述第二铁磁层(120)经由布置在所述第一铁磁层(116)和所述第二铁磁层(120)之间的非磁性耦合层(118)与所述第一铁磁层(116)反平行耦合，其特征在于，所述相邻布置的层结构(100)的对应的所述第一铁磁层(116)和所述第二铁磁层(120)的磁化强度彼此不同，特别是具有基本上彼此相反的取向。
2.根据权利要求1所述的层结构(100)的布置，其特征在于，至少三个、特别是四个或更多个层结构(100)彼此相邻布置，其磁化强度彼此不同，其中，特别地，成对相对的层结构(100)的磁化强度具有基本上彼此相反的取向，并且其中，特别地，各对层结构(100)的磁化强度优选地成90°、60°、45°、36°、30°、18°或15°的角度。
3.根据权利要求1或2所述的层结构(100)的布置，其特征在于，所述相邻的层结构(100)的中心到中心距离ΔD为50μm或更小，优选20μm或更小，特别是10μm或更小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的层结构(100)的布置，其特征在于，在每个层结构(100)中，每个层结构(100)的所述第一磁矩和所述第二磁矩的商不同于1，并且特别地在1.7和2.3之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的层结构(100)的布置，其特征在于，每个层结构(100)包括第三铁磁层(124)，所述第三铁磁层(124)布置在所述第二铁磁层(120)的远离所述耦合层(118)的一侧上，其中，非磁性、特别是非导电阻挡层(122)，优选为MgO，特别地布置在所述第二铁磁层(120)和所述第三铁磁层(124)之间，其中，每个层结构(100)优选地包括至少一个非磁性、特别是金属覆盖层(128)，其布置在所述第三铁磁层(124)的远离所述第二铁磁层(120)的一侧上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的层结构(100)的布置，其特征在于，在每个层结构(100)中，所述第一铁磁层(116)由第一铁磁材料成分组成，并且所述第二铁磁层(120)由第二铁磁材料成分组成，其中，所述第一铁磁材料成分不同于所述第二铁磁材料成分。
7.根据权利要求6所述的层结构(100)的布置，其特征在于，在每个层结构(100)中，所述第一铁磁材料成分是CoFe合金，其中，特别地，Fe的摩尔分数在5％和15％之间，并且优选地为10％。
8.根据权利要求6或7所述的层结构(100)，其特征在于，每个层结构(100)中的所述第二铁磁材料成分是CoFeB合金，其中，在相应的公差偏差的情况下，Co和Fe的摩尔分数在每种情况下总计为40％，并且B的分数总计为20％，其中，所述公差偏差允许相应的分数与所述分数的相应规定值偏离不超过5个百分点，并且优选地不超过2.5个百分点。
9.根据前述权利要求中任一项所述的层结构(100)的布置，其特征在于，每个层结构(100)中的所述第一铁磁层(116)具有第一层厚度Δl1，并且所述第二铁磁层(120)具有第二层厚度Δl2，其中，所述第一层厚度和所述第二层厚度的商Δl1/Δl2在1.2和2.5之间。
10.根据权利要求9所述的层结构(100)的布置，其特征在于，每个层结构(100)中的所述第一层厚度Δl1在0.5nm和2.0nm之间，并且优选地为1.2nm，并且所述第二层厚度Δl2选择为使得所述第一磁矩和所述第二磁矩的商在1.7和2.3之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的层结构(100)的布置，其特征在于，在每个层结构(100)中，所述耦合层(118)特别排他地由钌组成，并且具有0.35nm至0.85nm之间的厚度，并且优选地具有0.5nm的厚度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的层结构(100)的布置，其特征在于，在每个层结构(100)中，所述反铁磁层(114)是锰合金，特别是铱-锰(IrMn)、铂-锰(PtMn)、镍-锰(NiMn)、铁-锰(FeMn)或其合金混合物，其中，所述锰合金、特别是铂-锰(PtMn)或镍-锰(NiMn)以有序的L10相存在。
13.根据前述权利要求中任一项所述的层结构(100)的布置，其特征在于，所述层结构(100)的布置被布置在基板(110)上，其中，每个层结构(100)采取TMR元件(140)的形式，所述TMR元件(140)具有下部基极电极(132)和上部端接电极(130)，所述下部基极电极(132)优选地是被配置为籽晶层(112)的基极电极(132)，其中，在所述第一铁磁层(116)中，在钉扎方向上施加磁化，并且在所述第二铁磁层(120)中，建立与其反平行取向的磁化。
14.一种磁阻磁场传感器(10)，包括基板(110)、根据前述权利要求1至13中任一项所述的在所述基板(110)上相邻布置的至少两个或更多个层结构(100)的布置、以及至少一个至少临时可引入的软磁性图案化元件(18)，所述软磁性图案化元件(18)被布置成与相应的层结构(100)相邻或部分重叠，并且优选地在两个或更多个相邻布置的层结构(100)之间重叠，其中，所述图案化元件(18)被配置和布置成影响预处理磁场Hz(38)，所述预处理磁场Hz(38)穿透到所述图案化元件(18)中，使得至少在相邻层结构(100)的所述第一铁磁层(116)中不同取向的磁场分量作为所述图案化元件(18)的杂散磁场而变得有效，作为平行于所述层结构(100)的表面延伸的钉扎场M0(60)，其中所述预处理磁场Hz(38)优选地能够垂直于所述基板(110)的表面注入到所述图案化元件(18)中。
15.一种用于生产根据权利要求1至13中任一项所述的层结构(100)的布置的方法，具有以下步骤：在覆盖层(128)和籽晶层(112)之间以下述或相反的顺序将所述层施加到基板(110)，将所述层结构(100)加热到高于阻挡温度的温度，在所述阻挡温度下所述反铁磁层(114)和所述第一铁磁层(116)之间的交换耦合被抵消，将预处理磁场Hz(38)注入到加热的所述层结构(100)中，以至少在所述层结构(100)的温度大于所述阻挡温度的时间段内建立具有相邻层结构(110)的至少所述第一铁磁层(116)的不同磁化方向的钉扎场M0(60)，以及将所述层结构(100)冷却到低于所述阻挡温度的温度，其中，所述预处理磁场Hz(38)特别地垂直于所述基板(110)的表面而取向。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述层结构(100)的布置加热到至少260℃，优选280℃，特别是至少300℃。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，注入的所述预处理磁场Hz(38)的磁通量密度不大于200mT，优选不大于100mT。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，将所述预处理磁场Hz(38)注入加热至高于所述阻挡温度的所述层结构(100)中的时间段为至少1小时，优选至少5小时，特别优选至少12小时。
19.根据权利要求14所述的用于生产磁阻磁场传感器(10)的方法，具有以下步骤：根据权利要求16至19中任一项所述的方法生产层结构(100)的所述布置，以及至少临时施加所述至少一个图案化元件(18)，其中，经由所述图案化元件(18)将所述预处理磁场Hz(38)注入具有不同磁化方向的所述层结构(100)中作为钉扎场M0(60)，然后优选地在钉扎终止之后再次移除所述图案化元件(18)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将至少两个相邻的相互间隔的层结构(100)的布置施加到所述基板(110)，并且将所述图案化元件(18)至少暂时施加在所述层结构(100)之间，并且其中，将所述预处理磁场Hz(38)垂直于所述基板(110)的表面地注入到所述图案化元件(18)中，使得由所述图案化元件(18)产生的杂散磁场作为基本上平行于所述基板(110)的表面的钉扎场M0(60)提供相邻层结构(100)的所述钉扎场M0(60)的不同取向，所述相邻层结构(100)的钉扎场M0(60)的取向取决于所述图案化元件(18)的侧面几何形状，使得所述相邻层结构(100)的所述钉扎场M0(60)的取向彼此不同，特别是基本上相反取向。
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