用于改善磁阻式隧道结(mtj)器件铁磁层中的外围边缘损伤的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于改善磁阻式隧道结(MTJ)器件铁磁层中的外围边缘损伤的方法和装置
[0001]公开领域
[0002]本公开的技术领域涉及磁性隧道结(MTJ)存储器单元中的磁阻元件的制造和结构。
【背景技术】
[0003]MTJ被认为是用于下一代非易失性存储器的颇具前景的技术。潜在的益处包括快速切换、高切换周期耐久性、低功耗、以及扩展的断电归档存储。
[0004]—种常规的MTJ元件具有由隧道阻挡层分开的固定磁化层(替换地称为“钉扎”或“参考”层)和“自由”磁化层。自由层是可在两种相对磁化状态之间切换的，一种磁化状态是“平行”(P)于固定层的磁化，而另一种磁化状态是相反的，或即“反向平行”(AP)于固定磁化层。MTJ元件被称为“磁阻的”，因为当处于P状态时，其电阻低于处于AP状态时的电阻。通过注入写电流，MTJ自由层的磁化可在P与AP状态之间切换。写电流的方向对状态是决定性的。P和AP状态通过注入参考电流并检测电压可对应于“0”和“1”，即一个二进制位。
[0005]固定层和自由层的材料和结构涉及赋予这些层某些铁磁性质。已知的MTJ元件制造技术包括蚀刻大面积多层结构，使其各组成层变成MTJ元件阵列，留下椭圆柱阵列，每个椭圆柱是起始大面积多层结构的组成层的堆叠。由于组成层的堆叠次序，其相应厚度，以及相应的电、铁磁、和/或绝缘性质，每个柱是MTJ元件。
[0006]然而，某些蚀刻工艺可能导致各柱的铁磁层的外围处的化学损伤。这些铁磁层的化学损伤外围可以保留并且可以展现某些铁磁性质。然而，表征被损伤外围的铁磁性的一个或多个参数值可以与其起始值显著不同。各种成本都可归因于该损伤。各示例可包括减少的器件产量以及减小的MTJ器件密度。
[0007]概述
[0008]在一个实施例中，提供了用于形成磁性隧道结层的方法，并且各示例可包括:形成具有被化学损伤外围区域包围的铁磁主区域的进程内铁磁层以使得该化学损伤外围区域是弱铁磁性的，以及将该化学损伤外围区域的至少一部分变换为非铁磁性的化学改性外围部分。
[0009]在一方面，将化学损伤区域的至少一部分变换为化学改性外围部分可包括:氧化、氮化、或氟化，或者可包括氧化、氮化和/或氟化的任何组合。
[0010]在一个实施例的一方面，各方法可进一步包括:形成保护层以包围该化学改性外围部分。
[0011]在一个实施例的另一方面，各方法可包括:标识或提供磁性隧道结层的目标有效面积，以及执行进程内铁磁层的形成以向该进程内铁磁层提供比该目标有效面积大的面积尺寸。在相关方面，该变换可以形成具有铁磁性主区域的磁性隧道结层，该主区域具有大致等于目标有效面积的面积。
[0012]在一个实施例中，提供了用于制造磁性隧道结器件的方法，并且各示例可包括:提供包括基板、该基板之上的钉扎铁磁层、该钉扎铁磁层之上的隧道阻挡层、以及该隧道阻挡层之上的铁磁自由层的多层结构。在一方面，各方法包括:蚀刻该多层结构以形成柱，该柱包括具有铁磁自由层的一部分的进程内铁磁层。在一相关方面，该蚀刻可以形成进程内铁磁层以包括铁磁主区域和包围该铁磁主区域的化学损伤外围区域，其中该化学损伤外围区域是弱铁磁性的。根据一个实施例的各方法进一步包括:将该化学损伤外围区域的至少一部分变换为化学改性外围部分，并且根据一方面；该化学改性外围部分是无铁磁性的。
[0013]在一方面，各方法可进一步包括:形成保护层以包围化学改性外围部分，并且进行另一蚀刻以进一步形成柱从而包括另一进程内铁磁层，该另一进程内铁磁层具有钉扎铁磁层的一部分。
[0014]在一个实施例中，提供了用于形成磁性隧道结(MTJ)层的方法，并且可包括:形成进程内磁性层的步骤，该进程内磁性层具有大于目标有效MTJ面积的进程内面积尺寸，其中该形成在该进程内磁性层的外围处形成化学损伤区域；以及将该化学损伤区域的至少一部分变换为化学改性外围部分的步骤，其中该化学改性外围部分是非铁磁性的。
[0015]—个实施例提供了一种用于形成磁性隧道结(MTJ)层的设备，并且示例设备可包括:用于形成进程内铁磁层的装置，该进程内铁磁层具有大于目标有效MTJ面积的进程内面积尺寸，其中该形成在该进程内磁性层的外围处形成化学损伤区域；以及用于将该化学损伤区域的至少一部分变换为化学改性外围部分的装置，其中该化学改性外围部分是无铁磁性的。
[0016]在一方面，示例设备可进一步包括:用于保护该化学改性外围部分免于来自进一步处理的损伤的装置。
[0017]—个实施例提供了一种用于制造磁性隧道结(MTJ)器件的设备，并且示例设备可包括:用于形成包括进程内磁性层的柱的装置，该进程内磁性层具有大于给定面积尺寸的进程内面积尺寸，其中该形成在进程内铁磁层的外围处形成化学损伤区域；以及用于将该化学损伤区域的至少一部分变换为化学改性外围部分的装置，其中该化学改性外围部分是无铁磁性的。
[0018]一个实施例提供了一种磁性隧道结器件，其可包括:基板、该基板之上的钉扎铁磁层、该钉扎铁磁层之上的隧道阻挡层、以及该隧道阻挡层之上的铁磁自由层，并且该钉扎铁磁层或铁磁自由层中的至少一者可具有被无铁磁性的外围边缘区域包围的铁磁主区域。
[0019]—个实施例提供了一种包括指令的计算机可读介质，该指令在由处理器装置执行时使该处理器装置执行实现用于形成磁性隧道结层的方法的操作，包括可使该处理器装置形成进程内铁磁层的指令，该进程内铁磁层具有被弱铁磁性的化学损伤外围边缘区域包围的铁磁主区域。这一个实施例进一步包括:在由处理器执行时使该处理器将该化学损伤外围边缘区域的至少一部分变换为化学改性外围部分以形成磁性隧道结层的指令，并且在一方面，该化学改性外围部分是非铁磁性的。
[0020]一个实施例提供了一种包括指令的计算机可读介质，该指令在由处理器装置执行时使该处理器装置执行实现用于制造磁性隧道结器件的方法的操作，该指令包括:可使该处理器装置蚀刻多层结构以形成柱的指令，该多层结构具有:基板、该基板之上的钉扎铁磁层、该钉扎铁磁层之上的隧道阻挡层、以及该隧道阻挡层之上的铁磁自由层，其中该柱包括具有铁磁自由层的一部分的进程内铁磁层，其中该进程内铁磁层包括铁磁主区域和包围该铁磁主区域的化学损伤外围区域，其中该化学损伤外围区域是弱铁磁性的，并且其中该指令进一步包括使该处理器装置将该化学损伤外围区域的至少一部分变换为化学改性外围部分的指令，其中该化学改性外围部分是无铁磁性的。
[0021]附图简述
[0022]给出附件中找到的附图以帮助对本发明实施例进行描述，且提供附图仅用于解说实施例而非对其进行限定。
[0023]图1是在垂直于一个示例常规多层MTJ器件的一个常规多层柱结构的组成层的延伸面的投影面上的横截面视图。
[0024]图2是来自图1的常规多层MTJ器件的一个铁磁层的图1的投影2-2的视图，其中重叠示图指示具有“理想”化学/铁磁结构的外围区域。
[0025]图3A是一个常规多层MTJ器件的一个常规多层柱结构的图1的横截面视图，其中重叠示图示出在常规蚀刻中形成的MTJ铁磁层的损伤外围区域的示例性空间方面。
[0026]图3B通过图3A的投影面3_3上的重叠示图示出了图3A的常规多层MTJ器件的示例MTJ铁磁层之一的常规蚀刻损伤外围区域的示例性空间方面。
[0027]图4A是在垂直于组成层的延伸面的投影面上的横截面视图，其示出了根据一个示例性实施例构造并根据该示例性实施例形成的一个示例化学改性边缘多层MTJ器件的各方面。
[0028]图4B是来自图4A的投影4_4的视图，其示出了根据一个示例性实施例构造并根据该示例性实施例形成的图4A的化学改性边缘多层MTJ器件的一个化学改性边缘铁磁层。
[0029]图5A是在垂直于组成层的延伸面的投影面上的横截面图，其示出了根据另一示例性实施例构造并根据该示例性实施例形成的一个示例化学改性边缘多层MTJ器件的各方面。
[0030]图5B是来自图5A的投影5-5的视图，其示出了根据另一示例性实施例构造并根据该示例性实施例形成的图5A的化学改性边缘多层MTJ器件的一个化学改性边缘铁磁层。
[0031]图6A-6F示出了在垂直于组成起始和进程内层的延伸面的投影面上的横截面图的快照序列，其描述了根据一个或多个示例性实施例的示例结构和提供一个化学改性边缘多层MTJ器件的示例过程。
[0032]图7A-7F示出了在垂直于组成起始和进程内层的延伸面的投影面上的横截面图的快照序列，其描述了根据另外一个或多个示例性实施例的示例结构和提供一个化学改性边缘多层MTJ器件的示例过程。
[0033]图8示出了根据一个或多个示例性实施例的提供化学改性边缘多层MTJ器件的各个方面的操作的一个流程图。
[0034]图9示出了根据各个示例性实施例的各个方面的具有、支持、集成和/或采用化学改性边缘多层MTJ器件的一个无线通信系统的一个系统图，以及制造化学改性边缘多层MTJ器件的过程。
[0035]详细描述
[0036]本发明的各方面在以下针对本发明具体实施例的描述和有关附图中被公开。可以设计替换实施例而不会脱离本发明的范围。另外，本发明中众所周知的元素将不被详细描述或将被省去以免煙没本发明的相关细节。
[0037]措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。同样，术语“本发明的各实施例”并不要求本发明的所有实施例都包括所讨论的特征、优点、或工作模式。
[0038]本文中所使用的术语出于描述根据特定实施例的示例的目的，而并不旨在限定本发明的实施例。如本文所使用的，单数形式的“一”、“某”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，术语“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”在本文中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组的存在或添加。
[0039]此外，许多实施例是根据将由例如计算设备的元件执行的动作序列来描述的。将认识到，本文描述的各种动作能由专用电路(例如，专用集成电路(ASIC))、由正被一个或多个处理器执行的程序指令、或由这两者的组合来执行。另外，本文中所描述的这些动作序列可被认为是完全体现在任何形式的计算机可读存储介质内，该计算机可读存储介质内存储有一经执行就将使相关联的处理器执行本文所描述的功能性的相应计算机指令集。因此，本发明的各种方面可以用数种不同形式