DE19941046C1 - Production of a magnetically sensitive layer arrangement used in GMR sensors comprises adjusting the temperature coefficient of the layer arrangement whilst the material of at least one layer is chemically modified - Google Patents

Production of a magnetically sensitive layer arrangement used in GMR sensors comprises adjusting the temperature coefficient of the layer arrangement whilst the material of at least one layer is chemically modified

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Abstract

Production of a magnetically sensitive layer arrangement (10) comprises producing an arrangement of at least three subsequent layers (11, 12) made of alternating magnetic and non-magnetic material, and adjusting the temperature coefficient of the layer arrangement whilst the material of at least one layer is chemically modified.

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetisch sensitive Schichtanordnung mit GMR-Effekt, insbesondere zur Verwendung in einem temperaturunempfindlichem GMR-Sensor, und ein Verfahren zu deren Herstellung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche, wie beispielsweise aus US 5 510 172 bekannt.The invention relates to a magnetically sensitive Layer arrangement with GMR effect, especially for use in a temperature-insensitive GMR sensor, and a Process for their preparation according to the genus of independent claims, such as known from US 5 510 172.

Stand der TechnikState of the art

Aus G. Binasch et al., Phys. Rev. B 39 (1989), Seite 4828 ff. und M. N. Baibich et al., Phys. Rev. Lett. 61 (1988), Seite 2472 ff. sind Schichtsysteme bekannt, die einen sogenannten GMR-Effekt ("Gigant Magneto-Resistance") zeigen. In der einfachsten Form werden dazu mindestens zwei dünne magnetische Schichten, die beispielsweise aus Kobalt bestehen, jeweils von einer nichtmagnetischen Zwischenschicht, die beispielsweise aus Kupfer besteht, voneinander getrennt. Durch ein äußeres anliegendes Magnetfeld wird dann in einer solchen Schichtfolge eine Widerstandsänderung ausgelöst und gemessen. Diese Widerstandsänderung kann gemäß P. Levy, Solid State Physics Series, 47 (1994), Seite 367 ff. bis zu 100% des Ausgangswiderstandes erreichen. Weiterhin ist bereits bekannt, den GMR-Effekt in solchen Schichtanordnungen in Sensoren zur Messung von Magnetfeldern zu nutzen.From G. Binasch et al., Phys. Rev. B 39 ( 1989 ), page 4828 ff. And MN Baibich et al., Phys. Rev. Lett. 61 ( 1988 ), page 2472 ff., Layer systems are known which show a so-called GMR effect ("Gigant Magneto-Resistance"). In the simplest form, at least two thin magnetic layers, which consist, for example, of cobalt, are each separated from one another by a non-magnetic intermediate layer, which consists, for example, of copper. An external magnetic field then triggers and measures a change in resistance in such a layer sequence. According to P. Levy, Solid State Physics Series, 47 ( 1994 ), page 367 ff., This change in resistance can reach up to 100% of the output resistance. Furthermore, it is already known to use the GMR effect in such layer arrangements in sensors for measuring magnetic fields.

Nachteilig bei derartigen GMR-Sensoren ist jedoch, daß zwar ein großer magnetfeldinduzierter Widerstandseffekt auftritt, gleichzeitig jedoch auch hohe Temperaturkoeffizienten von ca. 1000 bis 1500 ppm/K (parts per million pro Kelvin) auftreten. Unter dem Temperaturkoeffizienten versteht man dabei die relative Änderung des elektrischen Widerstandes der magnetisch sensitiven Schichtanordnung bei einer gegebenen Ausgangstemperatur von beispielsweise 20°C durch Veränderung dieser Temperatur.However, a disadvantage of such GMR sensors is that a large magnetic field-induced resistance effect occurs, at the same time, however, also high temperature coefficients of approx. 1000 to 1500 ppm / K (parts per million per Kelvin) occur. The temperature coefficient is to be understood the relative change in electrical resistance the magnetically sensitive layer arrangement in a given starting temperature of, for example, 20 ° C. Change in this temperature.

Daher müssen bekannte GMR-Sensoren bisher, sofern sie innerhalb eines größeren Temperaturbereichs von beispielsweise mehr als 100°C eingesetzt werden sollen, mit einer Brückenschaltung von mehreren einzelnen Widerständen versehen werden, die jeweils einen GMR-Effekt zeigen.Therefore, known GMR sensors have so far, if they within a wider temperature range of for example, more than 100 ° C to be used with a bridge circuit of several individual resistors be provided, each showing a GMR effect.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine magnetische sensitive Schichtanordnung, bei der der GMR-Effekt auftritt, und ein Verfahren zu deren Herstellung zu entwickeln, wobei der Temperaturkoeffizient der magnetisch sensitiven Schichtanordnung über das Herstellungsverfahren einstellbar sein soll. Insbesondere sollen weiter mit dieser Schichtanordnung besonders niedrige Werte des Temperaturkoeffizienten erreichbar sein.The object of the present invention is a magnetic sensitive layer arrangement in which the GMR effect occurs, and to develop a process for their production, wherein the temperature coefficient of the magnetically sensitive Layer arrangement adjustable via the manufacturing process should be. In particular, continue with this Layer arrangement particularly low values of Temperature coefficients can be achieved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße magnetisch sensitive Schichtanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer magnetisch sensitiven Schichtanordnung mit GMR-Effekt hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß damit eine Vereinfachung und eine deutliche Kostenersparnis bei GMR- Sensoren mit einer solchen magnetisch sensitiven Schichtanordnung zur Magnetfeldmessung erzielt wird.The magnetically sensitive layer arrangement according to the invention and the inventive method for producing a magnetically sensitive layer arrangement with GMR effect the advantage over the prior art that a  Simplification and significant cost savings with GMR Sensors with such a magnetically sensitive Layer arrangement for magnetic field measurement is achieved.

Weiter ist mit dieser Schichtanordnung aufgrund des einstellbar geringen Temperaturkoeffizienten nunmehr auch ein Magnetometer realisierbar, das eine absolute Magnetfeldmessung erlaubt und nicht lediglich Magnetfeldänderungen, beispielsweise über eine Brückenschaltung, detektiert.Next is with this layer arrangement due to the adjustable low temperature coefficient now also a magnetometer realizable that is an absolute Magnetic field measurement allowed and not only Magnetic field changes, for example via a Bridge circuit, detected.

Weiter ist der Temperaturkoeffizient der erzeugten Schichtanordnung soweit verringerbar, daß eine einzelne magnetisch sensitive Schichtanordnung mit GMR-Effekt als Widerstand in einem GMR-Sensor ausreichend ist, um damit eine Magnetfelddetektierung und -messung über einen größeren Temperaturbereich zu ermöglichen.Next is the temperature coefficient of the generated Layer arrangement can be reduced so far that a single magnetically sensitive layer arrangement with GMR effect as Resistance in a GMR sensor is sufficient to deal with it a magnetic field detection and measurement over a larger one Allow temperature range.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.Advantageous developments of the invention result from the measures specified in the subclaims.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn das Material mindestens einer Schicht der Schichtanordnung in einem ersten Verfahrensschritt in chemisch reaktiver und/oder thermodynamisch instabiler Form erzeugt wird. Dadurch erfolgt die chemische Modifikation dieses Materials in einem zweiten Verfahrensschritt besonders schnell und leicht.So it is particularly advantageous if the material at least one layer of the layer arrangement in one first process step in chemically reactive and / or thermodynamically unstable form is generated. Thereby the chemical modification of this material takes place in one second step particularly quickly and easily.

Die chemische Modifikation eines Materials mindestens einer Schicht der Schichtanordnung erfolgt sehr einfach und vorteilhaft dadurch, daß die fertige Schichtanordnung nach dem ersten Verfahrensschritt einer Reaktivgasatmosphäre ausgesetzt wird, die besonders vorteilhaft eine Sauerstoffatmosphäre, Luft, eine ozonhaltige Gasatmosphäre oder eine wasserhaltige Gasatmosphäre ist.The chemical modification of a material at least one Layer of layer arrangement is very simple and advantageous in that the finished layer arrangement after the first process step of a reactive gas atmosphere is exposed, which is particularly advantageous  Oxygen atmosphere, air, an ozone-containing gas atmosphere or is a water-containing gas atmosphere.

Zur Beschleunigung, Steuerung oder Initiierung der chemischen Modifikation eines Materials einer Schicht der Schichtanordnung wird die Schichtanordnung in dem zweiten Verfahrensschritt weiter vorteilhaft einer Temperaturbehandlung unterzogen, die besonders vorteilhaft zumindest zeitweilig mit der Reaktivgasbehandlung kombiniert wird.To accelerate, control or initiate the chemical modification of a material of a layer of Layer arrangement becomes the layer arrangement in the second Process step further advantageously one Subjected to temperature treatment, which is particularly advantageous at least temporarily combined with the reactive gas treatment becomes.

Die chemische Modifikation eines Materials mindestens einer Schicht ist weiter dann besonders einfach, wenn dieses Material in dem ersten Verfahrensschritt durch einen typischen Nichtgleichgewichtsprozeß wie beispielsweise Aufsputtern, Aufdampfen, CVD oder PVD erzeugt worden ist. Damit ist dieses Material vorteilhaft vielfach porös und chemisch reaktiv bzw. es befindet sich in einer thermodynamisch instabilen Phase, so daß es bei dem zweiten Verfahrensschritt leicht zu einer chemischen Modifikation, insbesondere durch Phasenumwandlung in eine thermodynamisch stabilere Phase, kommen kann.The chemical modification of a material at least one Shift is particularly easy if this Material in the first process step by a typical non-equilibrium process such as Sputtering, vapor deposition, CVD or PVD has been generated. This material is therefore advantageous and often porous chemically reactive or in one thermodynamically unstable phase, making it the second Process step easy to a chemical modification, in particular by phase change into a thermodynamic more stable phase.

Besonders vorteilhaft und technisch einfach verläuft die chemische Modifikation eines Materials mindestens einer Schicht, wenn dieses ein elektrisch zumindest schwach leitfähiges Oxid bilden kann. In diesem Fall bietet sich als chemische Modifikation vor allem eine Oxidation an, die beispielsweise bereits durch Lagern oder Tempern der Schichtanordnung in einer sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre erreicht wird.This is particularly advantageous and technically simple chemical modification of a material at least one Layer if this is an electrically at least weak can form conductive oxide. In this case it offers itself as chemical modification, especially oxidation for example, by storing or tempering the Layer arrangement in an oxygen-containing gas atmosphere is achieved.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden weiter Temperaturkoeffizienten der erzeugten Schichtanordnung erreichbar bzw. gezielt einstellbar, die typischerweise deutlich kleiner als 600 ppm/K sind, wobei sich gleichzeitig der GMR-Effekt, d. h. die relative Änderung des elektrischen Widerstandes bei Anlegen eines Magnetfeldes im Vergleich zu Schichtanordnungen, die keiner chemischen Modifikation des Materials mindestens einer Schicht unterzogen wurden, nicht wesentlich verändert.The method according to the invention further Temperature coefficients of the layer arrangement generated  achievable or specifically adjustable, which is typically are significantly less than 600 ppm / K, while at the same time the GMR effect, d. H. the relative change in electrical Resistance when applying a magnetic field compared to Layer arrangements that do not involve any chemical modification of the Material has not undergone at least one layer changed significantly.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eine magnetisch sensitiven Schichtanordnung mit ultradünnen Schichten aus magnetischen und nichtmagnetischen Materialien.The invention is explained in more detail with reference to the drawing and in the description below. Fig. 1 is a schematic diagram showing a magnetic sensitive layer arrangement with ultra thin layers of magnetic and nonmagnetic materials.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Die Figur zeigt eine magnetisch sensitive Schichtanordnung 10, die aus einer Vielzahl von abwechselnd magnetischen Schichten 11 und nichtmagnetischen Schichten 12 besteht. Dabei sind die magnetischen Schichten 11 voneinander jeweils durch eine nichtmagnetische Schicht 12 getrennt.The figure shows a magnetically sensitive layer arrangement 10 , which consists of a plurality of alternating magnetic layers 11 and non-magnetic layers 12 . The magnetic layers 11 are each separated from one another by a non-magnetic layer 12 .

Die Schichtanordnung 10 besteht im erläuterten Beispiel in einem ersten Verfahrensschritt zunächst aus 11 magnetischen Schichten 11 aus Kobalt und 10 nichtmagnetischen Schichten 12 aus Kupfer. Die Dicke der magnetischen Schichten 11 beträgt typischerweise ca. 2 nm, die Dicke der nichtmagnetischen Schichten 12 typischerweise 1 nm oder 2 nm. Die Schichtanordnung 10 zeigt weiter bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes eine Änderung des elektrischen Widerstandes (GMR-Effekt). Dieser GMR-Effekt beträgt im erläuterten Beispiel ca. 20% d. h. es tritt eine relative Änderung des elektrischen Widerstandes der Schichtanordnung 10 von 20% auf, sofern ein äußeres Magnetfeld von beispielsweise 1 mT T bis 100 mT angelegt wird.In the example explained, the layer arrangement 10 initially consists of 11 magnetic layers 11 made of cobalt and 10 non-magnetic layers 12 made of copper in a first method step. The thickness of the magnetic layers 11 is typically approximately 2 nm, the thickness of the non-magnetic layers 12 is typically 1 nm or 2 nm. The layer arrangement 10 further shows a change in the electrical resistance (GMR effect) when an external magnetic field is applied. This GMR effect is approximately 20% in the example explained, ie there is a relative change in the electrical resistance of the layer arrangement 10 of 20%, provided an external magnetic field of, for example, 1 mT T to 100 mT is applied.

Die Erzeugung der Schichtanordnung 10 erfolgt in dem ersten Verfahrensschritt derart, daß zunächst die Abfolge von Schichten 11, 12 aus magnetischem bzw. nichtmagnetischen Material d. h. im erläuterten Beispiel aus Co und Cu, abwechselnd in an sich bekannter Weise im Vakuum auf ein Substrat aus beispielsweise oberflächlich mit SiO2 versehenem Silizium aufgesputtert wird.The layer arrangement 10 is generated in the first method step in such a way that first the sequence of layers 11 , 12 made of magnetic or non-magnetic material, ie in the illustrated example made of Co and Cu, alternately in a manner known per se in vacuo onto a substrate from, for example, the surface is sputtered with silicon provided with SiO 2 .

Da dieses Aufsputtern ein Nichtgleichgewichtsprozeß ist, befinden sich die abgeschiedenen Materialien der Schichten 11, 12 danach zumindest teilweise in einer instabilen kristallinen Phase bzw. in einem thermodynamisch instabilen Zustand.Since this sputtering is a non-equilibrium process, the deposited materials of the layers 11 , 12 are then at least partially in an unstable crystalline phase or in a thermodynamically unstable state.

So liegen diese Materialien in den Schichten 11, 12 teilweise in amorpher Form vor und/oder es treten dort zumindest bereichsweise nanokristalline Phasen oder nanoskalige Partikel bzw. Cluster in der Größenordnung der Dicke der jeweiligen Schicht 11, 12 auf. Zusammen mit einer gegenüber Einkristallen oder epitaktisch aufgewachsenen Schichten erhöhten Porosität und eines aufgrund der erläuterten Struktur erhöhten Grenzflächenanteils sind diese Materialien der Schichten 11, 12 somit gegenüber Einkristallen oder epitaktisch aufgewachsenen Schichten chemisch besonders reaktiv. Sie neigen insbesondere zur zumindest partiellen Oxidation oder zu von Grenzflächen ausgehenden bzw. dominierten Oxidationsprozessen. Diese Vorgänge können weiter auch mit Phasenumwandlungen, Korngrenzenwachstum usw. verbunden sein. These materials are partially present in the layers 11 , 12 in amorphous form and / or at least in some areas there occur nanocrystalline phases or nanoscale particles or clusters in the order of the thickness of the respective layer 11 , 12 . Together with an increased porosity compared to single crystals or epitaxially grown layers and an increased proportion of interfaces due to the structure explained, these materials of the layers 11 , 12 are thus particularly chemically reactive towards single crystals or epitaxially grown layers. They tend in particular to at least partial oxidation or to oxidation processes which start or are dominated by interfaces. These processes can also be associated with phase changes, grain boundary growth, etc.

Nach dem Erzeugen der Schichtanordnung 10 in dem ersten Verfahrensschritt, wird diese Schichtanordnung 10 dann im weiteren im Rahmen eines zweiten Verfahrensschrittes einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise Luft, als Reaktivgasatmosphäre ausgesetzt. Dabei findet eine teilweise chemische Modifizierung, insbesondere eine Oxidation der zuvor abgeschiedenen Materialien der Schichten 11, 12 statt.After the layer arrangement 10 has been produced in the first method step, this layer arrangement 10 is then exposed in the course of a second method step to an oxygen-containing atmosphere, for example air, as a reactive gas atmosphere. A partial chemical modification takes place, in particular an oxidation of the previously deposited materials of the layers 11 , 12 .

In der Figur ist dies schematisch angedeutet, indem in der Schicht 11 Kupferbereiche 14 und Kupferoxidbereiche 13 eingezeichnet sind. Die Figur ist jedoch nicht derart zu verstehen, daß es zu einer ausschließlichen oder vollständigen oder regelmäßigen Anordnung von Kupfer- bzw. Kupferoxidbereichen 13, 14 in der Schicht 11 kommt. Weiter kann die chemische Modifizierung je nach Material bzw. Zusammensetzung oder Struktur der Schichten 11, 12 auch nur die magnetischen Schichten 11 oder nur die nichtmagnetischen Schichten 12 betreffen.This is indicated schematically in the figure in that copper regions 14 and copper oxide regions 13 are drawn in the layer 11 . However, the figure is not to be understood in such a way that there is an exclusive or complete or regular arrangement of copper or copper oxide regions 13 , 14 in the layer 11 . Furthermore, depending on the material or composition or structure of the layers 11 , 12 , the chemical modification can also affect only the magnetic layers 11 or only the non-magnetic layers 12 .

Um die elektrischen Eigenschaften der Schichtanordnung 10 nicht wesentlich zu beeinträchtigen, ist es in jedem Fall zweckmäßig, wenn die Materialien des Schichten 11 und/oder der Schichten 12 derart gewählt sind, daß sie ein elektrisch zumindest schwach leitfähiges Oxid bilden.In order not to significantly impair the electrical properties of the layer arrangement 10 , it is expedient in any case if the materials of the layers 11 and / or of the layers 12 are selected in such a way that they form an oxide which is at least weakly conductive.

Das Lagern der Schichtanordnung 10 an Luft erfolgte im erläuterten Beispiel über 700 h. Anschließend wurde die Schichtanordnung dann im Rahmen des zweiten Verfahrensschrittes zusätzlich bei 150°C über 70 h an Luft getempert.The layer arrangement 10 was stored in air in the example explained for 700 h. The layer arrangement was then additionally annealed in the course of the second process step at 150 ° C. for 70 h in air.

Neben Luft als Reaktivgasatmosphäre hat sich herausgestellt, daß in dem zweiten Verfahrensschritt beispielsweise auch allgemein eine sauerstoffhaltige Gasatmosphäre eingesetzt werden kann. Insbesondere eine Sauerstoffatmosphäre, eine ozonhaltige Gasatmosphäre oder eine wasserhaltige Gasatmosphäre haben sich als besonders geeignet erwiesen.In addition to air as a reactive gas atmosphere, it has been found that in the second process step, for example generally used an oxygen-containing gas atmosphere  can be. In particular, an oxygen atmosphere, a ozone-containing gas atmosphere or a water-containing one Gas atmospheres have proven to be particularly suitable.

Nach Abschluß des zweiten Verfahrensschrittes wurde ein Temperaturkoeffizient der Schichtanordnung 10 gemessen, der bei 160 ppm/K (parts per million pro Kelvin) bei einer Ausgangstemperatur von 20°C lag. Eine nach einem bereits bekannten Verfahren hergestellte, analoge magnetisch sensitive Schichtanordnung aus entsprechenden metallischen Schichten von Co und Cu gleicher Anzahl und Dicken, wobei keine chemische Modifizierung der Schichten 11, 12 in einem zweiten Verfahrensschritt erfolgte, ergab demgegenüber ein Temperaturkoeffizient von 1300 ppm/K. Der GMR-Effekt war bei beiden Schichtanordnungen jedoch nahezu gleich stark und lag unverändert bei ca. 20% bei einem Magnetfeld von 40 mT.After completion of the second process step, a temperature coefficient of the layer arrangement 10 was measured, which was 160 ppm / K (parts per million per Kelvin) at an initial temperature of 20 ° C. In contrast, an analog, magnetically sensitive layer arrangement produced by a known method from corresponding metallic layers of Co and Cu of the same number and thicknesses, with no chemical modification of the layers 11 , 12 taking place in a second method step, on the other hand resulted in a temperature coefficient of 1300 ppm / K. However, the GMR effect was almost equally strong in both layer arrangements and remained unchanged at approx. 20% with a magnetic field of 40 mT.

In Abänderung des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels kann als nichtmagnetisches Material anstelle von Cu auch Cr oder Ag eingesetzt werden. Als magnetisches Material eignet sich beispielsweise auch Fe, Co, Mn oder NiFe.Modifying the above Embodiment can be used as a non-magnetic material Cr or Ag can also be used instead of Cu. As magnetic material is also suitable for example Fe, Co, Mn or NiFe.

Die Dicke der magnetischen Schichten 11 kann weiter im Bereich von ca. 1 nm bis ca. 4 nm liegen. Lediglich die Dicke des nichtmagnetischen Schicht 12 sollte möglichst präzise, je nach der gewählten Materialkombination auf einen Wert von 1 nm (±0,3 nm) oder 2 nm (±0,3 nm) eingestellt sein.The thickness of the magnetic layers 11 can be in the range from approximately 1 nm to approximately 4 nm. Only the thickness of the non-magnetic layer 12 should be set as precisely as possible, depending on the material combination chosen, to a value of 1 nm (± 0.3 nm) or 2 nm (± 0.3 nm).

Die Gesamtzahl der Schichten 11, 12 der Schichtanordnung 10 beträgt im übrigen mindestens drei d. h. zwei magnetische Schichten 11 und eine nichtmagnetische Schicht 12. Es können jedoch auch bis zu 40 Schichten 11, 12 eingesetzt werden. The total number of layers 11 , 12 of the layer arrangement 10 is at least three, ie two magnetic layers 11 and one non-magnetic layer 12 . However, up to 40 layers 11 , 12 can also be used.

Für die Zeitdauer des Lagerns oder Aussetzens der Schichtanordnung 10 in der gewählten Reaktivgasatmosphäre haben sich Zeiten zwischen 1 h und 2000 h als zweckmäßig erwiesen.For the period of storage or exposure of the layer arrangement 10 in the selected reactive gas atmosphere, times between 1 h and 2000 h have proven to be expedient.

Die Lagerdauer kann dabei dadurch verkürzt werden, daß dem Lagern eine Temperaturbehandlung der Schichtanordnung 10 in der Reaktivgasatmosphäre nachfolgt. Geeignete Zeiten für diese Temperaturbehandlung liegen zwischen 1 h bis 200 h, wobei die Schichtanordnung 10 in dieser Zeit auf Temperaturen von 50°C bis 300°C, insbesondere auf 150°C, aufgeheizt wird.The storage period can be shortened in that the storage is followed by a temperature treatment of the layer arrangement 10 in the reactive gas atmosphere. Suitable times for this temperature treatment are between 1 h to 200 h, during which time the layer arrangement 10 is heated to temperatures from 50 ° C. to 300 ° C., in particular to 150 ° C.

Die genauen Parameter zur Einstellung eines gewünschten Temperaturkoeffizienten kann der Fachmann dabei in einfacher Weise im Einzelfall bei gegebener Anzahl und gegebenen Materialien und Dicken der Schichten 11, 12 der Schichtanordnung 10 durch Variation der Parameter Reaktivgasatmosphäre, Lager- bzw. Temperzeit und Temperatur über Vorversuche ermitteln.The person skilled in the art can determine the precise parameters for setting a desired temperature coefficient in a simple manner in a given case with a given number and given materials and thicknesses of the layers 11 , 12 of the layer arrangement 10 by varying the parameters reactive gas atmosphere, storage or tempering time and temperature via preliminary tests.

Die erfindungsgemäßen Schichtanordnungen 10 weisen GMR- Effekte, d. h. eine relative elektrische Widerstandsänderung der Schichtanordnung 10 bei Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes von beispielsweise 40 mT, von typischerweise 5% bis 100%, insbesondere 10% bis 30%, auf.The layer arrangements 10 according to the invention have GMR effects, ie a relative electrical resistance change of the layer arrangement 10 when an external magnetic field of, for example, 40 mT is applied, of typically 5% to 100%, in particular 10% to 30%.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde weiter erreicht, daß der Temperaturkoeffizient der Schichtanordnungen 10, die gemäß den vorstehenden Erläuterungen hergestellt wurden, nach dem zweiten Verfahrensschritt bei unter 600 ppm/K lagen. Im Fall des erläuterten Beispiels aus Co/Cu/Co wurden beispielsweise stets Werte von unter 200 ppm/K erreicht.The inventive method further achieved that the temperature coefficient of the layer arrangements 10 , which were produced according to the above explanations, were below 600 ppm / K after the second process step. In the case of the illustrated example from Co / Cu / Co, values below 200 ppm / K were always achieved, for example.

Weiter hat sich herausgestellt, daß der Temperaturkoeffizient der Schichtanordnung 10 durch chemische Modifikation des Materials mindestens einer Schicht 11, 12 der Schichtanordnung 10 gezielt eingestellt werden kann. Bevorzugt werden jedoch alle nichtmagnetischen Schichten 12 und/oder alle magnetischen Schichten 11 in der Schichtanordnung 10 in dem zweiten Verfahrensschritt chemisch modifiziert.Furthermore, it has been found that the temperature coefficient of the layer assembly 10 may be selectively adjusted by chemical modification of the material at least one layer 11, 12 of the layer arrangement 10th However, all non-magnetic layers 12 and / or all magnetic layers 11 in the layer arrangement 10 are preferably chemically modified in the second method step.

Als Verfahren zur Erzeugung der Schichten 11, 12 der Schichtanordnung 10 kommt neben dem erläuterten Abscheiden durch Sputtern auch das Abscheiden durch Aufdampfen in Frage. Daneben sind auch weitere, an sich bekannte CVD- Verfahren oder PVD-Verfahren denkbar. In jedem Fall ist es wichtig, daß es sich bei dem gewählten Abscheideverfahren im ersten Verfahrensschritt um ein typisches Nichtgleichgewichtsverfahren handelt, so daß es beispielsweise nicht zur Bildung von einkristallinen Schichten oder epitaktisch aufgewachsenen Schichten 11 und/oder 12 kommt.In addition to the explained deposition by sputtering, deposition by vapor deposition can also be used as a method for producing the layers 11 , 12 of the layer arrangement 10 . In addition, other known CVD processes or PVD processes are also conceivable. In any case, it is important that the selected deposition process in the first process step is a typical non-equilibrium process, so that, for example, there is no formation of single-crystal layers or epitaxially grown layers 11 and / or 12 .

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung einer magnetisch sensitiven Schichtanordnung, insbesondere zur Verwendung in einem GMR- Sensor, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine Anordnung von mindestens drei übereinanderliegenden Schichten (11, 12) erzeugt wird, und wobei die Schichten (11, 12) abwechselnd ein magnetisches und ein nichtmagnetisches Material aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Verfahrensschritt der Temperaturkoeffizient der Schichtanordnung (10) eingestellt wird, indem das Material mindestens einer Schicht (11, 12) der Schichtanordnung (10) chemisch modifiziert wird.1. A method for producing a magnetically sensitive layer arrangement, in particular for use in a GMR sensor, an arrangement of at least three layers ( 11 , 12 ) lying one above the other being generated in a first method step, and the layers ( 11 , 12 ) alternatingly have magnetic and a non-magnetic material, characterized in that in a second method step the temperature coefficient of the layer arrangement ( 10 ) is set by chemically modifying the material of at least one layer ( 11 , 12 ) of the layer arrangement ( 10 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische und/oder das nichtmagnetische Material der Schichten (10, 11) in dem zweiten Verfahrensschritt chemisch modifiziert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic and / or the non-magnetic material of the layers ( 10 , 11 ) is chemically modified in the second process step. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mindestens einer Schicht (11, 12) der Schichtanordnung (10) in dem ersten Verfahrensschritt in chemisch reaktiver und/oder thermodynamisch instabiler Form erzeugt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the material of at least one layer ( 11 , 12 ) of the layer arrangement ( 10 ) is generated in the first process step in a chemically reactive and / or thermodynamically unstable form. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnung (10) in dem zweiten Verfahrensschritt zumindest zeitweilig einer Reaktivgasatmosphäre ausgesetzt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the layer arrangement ( 10 ) in the second process step is at least temporarily exposed to a reactive gas atmosphere. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktivgasatmosphäre eine sauerstoffhaltige Gasatmosphäre, eine Sauerstoffatmosphäre, Luft, eine ozonhaltige Gasatmosphäre oder eine wasserhaltige Gasatmosphäre eingesetzt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that as a reactive gas atmosphere an oxygen-containing Gas atmosphere, an oxygen atmosphere, air, a ozone-containing gas atmosphere or a water-containing one Gas atmosphere is used. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnung (10) in dem zweiten Verfahrensschritt zumindest zeitweilig, insbesondere während des Einsatzes der Reaktivgasatmosphäre, einer Temperaturbehandlung unterzogen wird.6. The method according to claim 1 or 4, characterized in that the layer arrangement ( 10 ) in the second step is at least temporarily, in particular during the use of the reactive gas atmosphere, subjected to a temperature treatment. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnung (10) über 1 h bis 200 h in der Reaktivgasatmosphäre bei Temperaturen von 50 C bis 300 C getempert wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the layer arrangement ( 10 ) is annealed for 1 h to 200 h in the reactive gas atmosphere at temperatures of 50 C to 300 C. 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (11, 12) in dem ersten Verfahrensschritt durch Aufsputtern, Aufdampfen, CVD oder PVD erzeugt werden.8. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the layers ( 11 , 12 ) are generated in the first process step by sputtering, vapor deposition, CVD or PVD. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtmagnetisches und/oder magnetisches Material ein Material eingesetzt wird, das ein elektrisch zumindest schwach leitfähiges Oxid bildet.9. The method according to claim 1, characterized in that as a non-magnetic and / or magnetic material Material is used that is electrically at least forms weakly conductive oxide. 10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnung (10) in dem ersten Verfahrensschritt derart erzeugt wird, daß mindestens eines der Materialien der Schichten (11, 12) zumindest bereichsweise amorph ist und/oder sich zumindest bereichsweise in einer nanokristallinen Phase befindet.10. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the layer arrangement ( 10 ) is generated in the first method step such that at least one of the materials of the layers ( 11 , 12 ) is at least partially amorphous and / or at least partially in a nanocrystalline phase. 11. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die chemische Modifizierung eine zumindest teilweise oder eine zumindest oberflächliche Oxidation des Materials mindestens einer Schicht (11, 12), insbesondere eine zumindest oberflächliche Oxidation nanoskaliger Kristallite des Materials der Schicht (11, 12), erfolgt.11. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that an at least partial or at least superficial oxidation of the material of at least one layer ( 11 , 12 ), in particular an at least superficial oxidation of nanoscale crystallites of the material of the layer ( 11 ) by the chemical modification , 12 ). 12. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem ersten Verfahrensschritt erzeugte Schichtanordnung (10) durch den zweiten Verfahrensschritt in eine thermodynamisch stabilere Form überführt wird.12. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the layer arrangement ( 10 ) generated in the first method step is converted into a thermodynamically more stable form by the second method step. 13. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient der erzeugten Schichtanordnung (10) auf einen Wert kleiner als 600 ppm/K, insbesondere kleiner als 200 ppm/K, eingestellt wird. 13. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the temperature coefficient of the layer arrangement ( 10 ) produced is set to a value less than 600 ppm / K, in particular less than 200 ppm / K. 14. Magnetisch sensitive, einen GMR-Effekt aufweisende Schichtanordnung, insbesondere zur Verwendung in einem GMR- Sensor, mit einer Anordnung von mindestens drei, abwechselnd ein magnetisches und ein nichtmagnetisches Material aufwei­ senden Schichten (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient der magnetisch sensitiven Schicht­ anordnung (10) durch eine chemische Modifikation des Materi­ als mindestens einer Schicht (11, 12) der Schichtanordnung (10) einstellbar ist und weniger als 600 ppm/K beträgt. 14. Magnetically sensitive layer arrangement having a GMR effect, in particular for use in a GMR sensor, with an arrangement of at least three layers ( 11 , 12 ) alternating between a magnetic and a non-magnetic material, characterized in that the temperature coefficient of the magnetic sensitive layer arrangement (10) by a chemical modification in design, materials as at least one layer (11, 12) of the layer arrangement (10) is adjustable and less than 600 ppm / K is. 15. Magnetisch sensitive Schichtanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anlegen eines Magnetfeldes an die Schichtanordnung (10) eine relative elektrische Widerstandsänderung von 5% bis 100%, insbesondere 10% bis 30%, in der Schichtanordnung (10) auftritt.15. Magnetically sensitive layer arrangement according to claim 14, characterized in that when a magnetic field is applied to the layer arrangement ( 10 ), a relative electrical resistance change of 5% to 100%, in particular 10% to 30%, occurs in the layer arrangement ( 10 ). 16. Magnetisch sensitive Schichtanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der die Schichtanordnung (10) bildenden Schichten (11, 12) zwischen 0,8 nm und 4 nm liegt.16. Magnetically sensitive layer arrangement according to claim 14, characterized in that the thickness of the layer arrangement ( 10 ) forming layers ( 11 , 12 ) is between 0.8 nm and 4 nm. 17. Magnetisch sensitive Schichtanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material Fe, Co, Mn oder NiFe ist, und daß das nichtmagnetische Material Cu, Cr oder Ag ist.17. Magnetically sensitive layer arrangement according to claim 14, characterized in that the magnetic material Fe, Is Co, Mn or NiFe, and that the non-magnetic material Is Cu, Cr or Ag.
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