磁性结、磁存储器、用于提供磁性结的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了磁性结、磁存储器、用于提供磁性结的方法和系统。该方法和设备在基板上提供包括磁性结的磁存储器。该设备包括RIE室和离子研磨室。RIE室和离子研磨室被耦接使得磁存储器可在RIE室和离子研磨室之间移动而不将磁存储器暴露到周围环境。该方法提供磁性结层和在磁性结层上的硬掩模层。硬掩模利用RIE由硬掩模层形成。磁性结层在RIE之后被离子研磨，而不在RIE之后将磁存储器暴露到周围环境。离子研磨磁性结层限定每个磁性结的至少部分。可以提供磁性结。磁性结包括被钉扎层、非磁间隔层和自由层。自由层具有不大于20纳米的宽度并在写电流流过磁性结时可转换。

【技术实现步骤摘要】
磁性结、磁存储器、用于提供磁性结的方法和系统
技术介绍
磁存储器，特别地磁随机存取存储器(MRAM)，由于它们对高读/写速度的潜力、良好的耐久性、非易失性和在操作期间低的功耗而引起人们越来越多的兴趣。MRAM能够利用磁材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移力矩随机存取存储器(STT-RAM)。STT-RAM利用磁性结，该磁性结被驱动经过该磁性结的电流至少部分地写入。驱动经过磁性结的自旋极化电流对磁性结中的磁矩施加自旋力矩。结果，具有对自旋力矩敏感的磁矩的层可以被转换到期望的状态。例如，图1示出了常规的STT-RAM5，其包括常规的磁隧道结(MTJ)10。常规的MTJ10分隔开一节距，并具有宽度w。典型地，该节距为至少200至300纳米或更大。MTJ10的宽度典型地为约90至120纳米或更大。然而，例如距最近的MTJ至少300纳米或更大的孤立的MTJ10可以制造在22纳米或更大的量级上。常规的MTJ10典型地位于底接触(未示出)上，采用常规的籽层12，并包括常规的反铁磁(AFM)层14、常规的被钉扎层16、常规的隧道阻挡层18、常规的自由层20和常规的覆盖层22。顶接触(未示出)典型地位于MTJ10上。电介质的覆盖层24典型地覆盖MTJ10。为了转换常规自由层20的磁化21，电流在CPP(电流垂直于平面)方向上驱动。当足够的电流被驱动在顶接触和底接触之间时，常规的自由层20的磁化21可以转换为平行于或反平行于常规的被钉扎层16的磁化17。磁构造上的差异对应于不同的磁致电阻，因此对应于常规的MTJ10的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)。因此，通过读取常规的MTJ10的隧道磁致电阻(TMR)，能够确定常规的MTJ的状态。图2示出了用于制造常规的STT-RAM5中的常规MTJ10的常规方法50。用于MTJ10的堆叠通过步骤52被沉积和掩模。例如，层12、14、16、18、20和22可以沉积得跨过晶片的表面。还沉积硬掩模层。硬掩模可以包括诸如Ta或W的材料。用于STT-RAM5的图案通过步骤54采用反应离子蚀刻(RIE)转移到硬掩模。典型地，对应于MTJ10的光致抗蚀剂图案提供在硬掩模上。光致抗蚀剂掩模覆盖其中期望形成MTJ的区域。在RIE室中，适合于硬掩模的反应气体以低的压力引入，典型地在几微托的数量级上。例如，F或Cl可以用于Ta或W硬掩模。然后，在步骤54中执行RIE以化学地去除硬掩模层被光致抗蚀剂掩模暴露的部分。因此，光致抗蚀剂掩模中显影的图案可以在步骤54中精确地转移到硬掩模。一旦执行了RIE，包含存储器5的晶片通过步骤56从RIE室移除且转移到离子研磨室。在步骤56期间，晶片典型地暴露到周围环境。换言之，存储器5暴露到空气。然后MTJ通过步骤58经由有角度的离子研磨限定。为了执行步骤58，离子研磨室被抽真空，典型地至10-5Torr以下。期望低的压力以允许例如来自离子枪的离子到达晶片的表面并去除MTJ堆叠被硬掩模暴露的部分。与步骤54中执行的RIE相反，步骤58被认为是物理的而不是化学的工艺。因此，期望步骤58中采用的离子不与堆叠的层12、14、16、18和20化学反应。常规的覆盖层24可以然后通过步骤60沉积。常规的STT-RAM5的制造可以于是完成。尽管可以制造常规的STT-RAM5，但是存在缺点。在步骤58中以一角度的离子研磨会限制常规的STT-RAM5的节距可被减小的程度。此外，已经确定，方法50的产率会是低的。例如，常规的MTJ10的电特性上会具有大的变化。例如，隧道磁致电阻(TMR)和常规的MTJ10的电阻与面积乘积(resistanceareaproduct，RA)会不同。这些差异会是足够大的，使得常规的STT-RAM5不能使用。因此，常规方法50的产率会是低的。因而，需要一种方法和系统，可以改善基于自旋转移力矩的存储器的性能，减小其性能上的变化，因此提高其产率。这里描述的方法和系统解决这样的需求。
技术实现思路
方法和设备在基板上提供包括磁性结的磁存储器。该设备包括RIE室和离子研磨室。RIE室和离子研磨室被耦接使得磁存储器可在RIE室和离子研磨室之间移动而不暴露磁存储器到外部环境。在一个方面中，方法包括提供用于磁性结的磁性结层和在磁性结层上提供硬掩模层。方法还包括利用RIE由硬掩模层形成硬掩模以及在RIE之后离子研磨磁性结层，而在RIE之后没有将磁存储器暴露到外部环境。离子研磨磁性结层的步骤限定每个磁性结的至少部分。在另一个方面中，提供磁性结。磁性结包括被钉扎层、非磁间隔层和自由层。自由层具有不大于20纳米的宽度并在写电流流过磁性结时可转换。附图说明图1示出了包括常规磁性结的常规磁存储器。图2示出了制造用于常规磁存储器的磁性结的常规方法。图3示出了用于制造磁存储器的磁性结的设备的示范性实施例。图4示出了用于制造磁存储器的磁性结的设备的另一个示范性实施例。图5示出了用于制造磁存储器的磁性结的设备的另一个示范性实施例。图6示出了利用所述设备制造磁存储器中的磁性结的方法的示范性实施例。图7示出了可经由自旋转移来转换的磁性结的示范性实施例。图8示出了可经由自旋转移来转换的磁性结的另一个示范性实施例。图9示出了可经由自旋转移来转换的磁性结的另一个示范性实施例。图10示出了采用磁插入层且可经由自旋转移来转换的磁性结的另一个示范性实施例图11示出了用于制造可经由自旋转移来转换的磁性结的方法的示范性实施例。图12至图16示出了可经由自旋转移来转换的磁性结在制造期间的示范性实施例。图17示出了在存储单元的存储器元件中利用磁性结的存储器的示范性实施例。具体实施方式示范性实施例涉及可在磁器件诸如磁存储器中使用的磁性结以及采用这样的磁性结的器件。给出下面的描述以使得本领域普通技术人员能够制造和使用本专利技术，并在专利申请及其要求的背景下提供。对示范性实施例以及这里描述的一般原理和特征的各种修改将易于变得显然。示范性实施例主要在特定实施中提供的特定方法和系统方面进行描述。然而，方法和系统在其它实施中将有效操作。诸如“示范性实施例”、“一个实施例”和“另一个实施例”的术语可以指的是相同或不同的实施例以及多个实施例。实施例将关于具有特定部件的系统和/或装置进行描述。然而，系统和/或装置可以包括比示出的更多或更少的部件，并且可以进行这些部件的布置和类型的变化而不脱离本专利技术的范围。示范性实施例也将在具有某些步骤的特定方法的背景下进行描述。然而，该方法和系统对于与示范性实施例不一致的具有不同和/或另外的步骤以及不同顺序的步骤的方法有效操作。因此，本专利技术并不意在被限于所示的实施例，而是被给予与这里描述的原理和特征一致的最宽范围。用于提供磁性结以及利用该磁性结的磁存储器的方法和设备被描述。示范性实施例提供一种方法和设备，该方法和设备在基板上提供包括磁性结的磁存储器。该设备包括RIE室和离子研磨室。RIE室和离子研磨室被耦接使得磁存储器可在RIE室和离子研磨室之间移动而不暴露磁存储器到外部环境。在一个方面中，该方法包括提供用于磁性结的磁性结层以及在磁性结层上提供硬掩模层。该方法还包括利用RIE由硬掩模层形成硬掩模以及在RIE之后离子研磨磁性结层，而在RIE之后没有将磁存储器暴露到外部环境。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基板上制造包括多个磁性结的磁存储器的设备，该设备包括：反应离子蚀刻（RIE）室；以及离子研磨室；所述RIE室和所述离子研磨室被耦接使得所述磁存储器可在所述RIE室和所述离子研磨室之间移动而不将所述磁存储器暴露到周围环境。

【技术特征摘要】
2012.07.20 US 13/553,9651.一种用于在基板上制造包括多个磁性结的磁存储器的设备，该设备包括：反应离子蚀刻(RIE)室；以及离子研磨室；所述RIE室和所述离子研磨室被耦接使得所述磁存储器可在所述RIE室和所述离子研磨室之间移动而不将所述磁存储器暴露到周围环境。2.如权利要求1所述的设备，还包括：互锁室，与所述RIE室和所述离子研磨室连接，所述互锁室可与所述周围环境隔离且允许所述磁存储器在所述RIE室和所述离子研磨室之间移动而不暴露到周围环境。3.如权利要求2所述的设备，还包括：沉积室，至少与所述离子研磨室连接，使得所述磁存储器可在所述离子研磨室和所述沉积室之间移动。4.如权利要求3所述的设备，其中所述沉积室与所述RIE室连接，使得所述磁存储器可在所述沉积室和所述RIE室之间移动而不将所述磁存储器暴露到周围环境。5.一种在基板上提供用于磁存储器中的至少一个磁性结的方法，所述磁性结被构造为当写电流流过所述磁性结时可在多个稳定的磁状态之间转换，该方法包括：提供用于所述至少一个磁性结的多个磁性结层；在所述多个磁性结层上提供硬掩模层；利用反应离子蚀刻(RIE)由所述硬掩模层形成硬掩模；在进行所述RIE之后离子研磨所述多个磁性结层而不在所述RIE之后暴露所述磁存储器到周围环境，离子研磨所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：CM朴，DW埃里克森，MT克劳恩比，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：