可用于磁性器件的磁性结及其形成方法_4

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部分可以包括包含Co、Fe和/或B的磁性层。例如,可以沉积具有不超过二十原子百分数的B的CoFeB层。PEL或其它结构也可以已经被沉积在被钉扎层和非磁性间隔层之间。还可以沉积包括交插有非磁性层的铁磁层的多层,诸如Co/Pt多层。如果在方法130中形成的被钉扎层是SAF,则步骤132可以包括沉积磁性(多)层的一部分;磁性(多)层和非磁性层的一些或全部;或磁性(多)层、非磁性层以及顶部磁性(多)层的一部分。然而,通常,被钉扎层的较小的部分在步骤132中被沉积。这允许在下面的步骤138中限定较薄的结构。
[0054]牺牲插入层经由步骤134被沉积在被钉扎层的已经形成的部分上。牺牲插入层可以包括对硼具有亲合力、具有低扩散并对于下面的层为相对好的晶格匹配的材料。例如,下面的铁磁层和牺牲插入层之间的晶格常数的差异可以小于百分之十。例如,牺牲插入层可以包括 B1、W、1、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、T1、Ba、K、Na、Rb、Pb 和 Zr中的一种或多种。在一些实施例中,牺牲插入层由B1、W、1、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、取、5(3、¥、51'、1%、11、8&、1(、似、诎、?13和/或21'组成。牺牲插入层可以是薄的。然而牺牲插入层被期望是连续的以允许以下论述的图案化。
[0055]牺牲插入层以及下面的层然后经由步骤136被退火。例如,可以使用在300-400摄氏度的范围内的温度的RTA。在其它的实施例中,退火可以以另外的方式进行。因此,不仅被钉扎层在步骤132中沉积的部分以及牺牲插入层在步骤136中被退火,而且可位于牺牲插入层以下的非磁性间隔层和自由层在步骤136中被退火。因此,退火的温度和其它的特性可以被期望足够低,使得非磁性间隔层诸如晶体MgO隧穿势皇层没有被不利地影响。
[0056]在退火之后,磁性结的在牺牲插入层下面的部分经由步骤138被光刻地限定。步骤138可以因此包括提供光致抗蚀剂层和图案化光致抗蚀剂层以提供光致抗蚀剂掩模。其它的材料也可以用于该掩模。该掩模覆盖所沉积的层的将形成部分磁性结的部分。磁性结周围的区域被暴露。磁性结的边缘可以利用离子研磨或用于蚀刻该层的暴露部分的其它机构来限定。离子研磨可以以相对于垂直于牺牲层的顶部的小角度实施。
[0057]然后经由步骤140进行再填充步骤。因此,非磁性绝缘层诸如氧化铝可以被沉积。也可以进行平坦化以便提供用于后续处理的平坦表面。
[0058]牺牲插入层可以然后经由步骤142被除去。步骤142可以经由等离子体蚀刻进行。也可以使用其它的去除方法。在去除步骤中,被钉扎层的下面的部分的一些部分可以被除去。被钉扎层的剩余部分,如果有,可以然后经由步骤144被沉积。例如,额外的铁磁层可以直接沉积在暴露的第一铁磁层上。在其中被钉扎层是SAF的实施例中,所沉积的所述层取决于在步骤132中沉积的被钉扎层的分数。例如,如果整个底部铁磁层(或多层)在步骤132中被沉积,则非磁性层诸如Ru和另一磁性层可以在步骤144中被沉积。在其它实施例中,被钉扎层可以以另外的方式形成。
[0059]磁性结的剩余部分可以经由步骤146被限定。步骤146可以以类似于步骤138的方式光刻地进行。然而,因为自由层已经在步骤138中被限定,所以可以在步骤146中使用较低密度的图案。因此,磁性结的顶部会不如底部宽。在其它的实施例中,磁性结的上部分可以与磁性结的下部分为相同的大小或比磁性结的下部分宽。在一些实施例中,被钉扎层的顶部分可以在多个磁性结上方延伸。
[0060]图8示出包括磁性结200”’的磁存储器的示范性实施例,磁性结200”’可以利用方法130被制造。为了清晰,图8没有按比例绘制。磁性结200”’可以被用于磁性器件诸如STT-RAM中并因此可以被用于各种电子设备中。该磁性结200”’类似于磁性结200、200’和/或200”。然而,为简单起见,磁性结200”’的个别层没有被示出。
[0061]如图8中可见,在步骤138中限定的磁性结200”’的下部分间隔开距离屯。在步骤146中限定的磁性结200”’的上部分间隔开距离d2。此外,(1,4。因此,用于步骤138和146的光致抗蚀剂掩模具有不同的密度。在其它的实施例中,该密度可以是相同的,使得Cl1= d2o在另一些实施例中,在步骤146中使用的掩模的密度可以大于在步骤138中使用的掩模的密度。因此,在这样的实施例中,04。在另一些实施例中,磁性结200”’的顶部分可以被连接。此外,磁性结200”’的顶部分和底部分的长宽比(aspect rat1)、覆盖区及其它几何参数可以是不同的。尽管仅示出三个磁性结,但是另外数目的磁性结通常被一起制造。此外,二维阵列的磁性结通常被一起制造在衬底上。为了清晰,仅示出一行三个磁性结。
[0062]利用方法130,可以改善磁性结200” ’的性能和制造。磁性结200” ’的下部分可以被首先限定。被钉扎层230’的剩余部分被随后限定。叠层在步骤138和146中被限定的部分是较薄的。因而,可以减轻在这些限定步骤期间的遮蔽(shadowing)。因此,磁性结200”’的底部分可以被更紧密地堆积并良好地限定。磁性结200”’的上部分不包括自由层。磁性结200”’的这些部分之间的间隔不那么重要。这些部分可以进一步间隔开。因此,可以实现良好的工艺控制和集成。此外,分开地配置磁性结200”’的这些部分可以允许修整几何形状用于改善性能。因此,该制造可以被改善并且更密集地堆积的存储器件被实现。如果磁性结200”’的自由层利用方法110被制造,则可以进一步改善性能。
[0063]图9示出用于制造磁性结的方法150的示范性实施例,该磁性结可用于磁性器件诸如STT-RAM并因此可用于各种电子设备中。为简单起见,一些步骤可以被省略、以另外的方式或被结合。此外,方法150可以在已经进行了形成磁存储器的其它步骤之后开始。图10-24示出在利用方法150制造期间磁性结的实施例。图10-24没有按比例绘制。
[0064]晶体MgO籽层经由步骤152被沉积。在一些实施例中,步骤152形成一个非磁性间隔层作为双磁性结。因此,被钉扎层将位于晶体MgO层下面。在其它的实施例中,在步骤152中沉积的层可以是用于底部磁性结的籽层。
[0065]自由层的第一 CoFeB层经由步骤154被沉积。该层类似于以上在步骤102和112中描述的那些。在一些实施例中,该铁磁层可以为至少十五埃。然而,在其它的实施例中,其它的厚度和/或其它的层是可能的。图10示出在进行步骤154之后的磁性结300。因此,示出MgO籽层302和自由层的第一铁磁层312。
[0066]牺牲插入层经由步骤156被沉积在第一铁磁层302上。步骤156因此类似于步骤114。牺牲插入层的材料和厚度因此如上所述。图11示出在进行步骤156之后的磁性结300。因此,示出牺牲插入层304。在一些实施例中,牺牲插入层304的材料和厚度类似于以上对于方法100和110描述的那些。
[0067]层302、304和312然后经由步骤158被退火。例如,可以使用在300-400摄氏度的范围内的温度的RTA。步骤158的退火因此类似于步骤116的退火。在退火之后,牺牲插入层304经由步骤160被除去。步骤160类似于步骤118。例如,可以使用等离子体蚀刻。图12示出在进行步骤160之后的磁性结300。因此,已经除去牺牲插入层304。第一铁磁层312’的一些部分可以被除去。因此示出略微地变薄的铁磁层312’。
[0068]在一些实施例中,自由层的剩余部分经由步骤162被沉积。例如,第二 CoFeB铁磁层可以被沉积在暴露的第一铁磁层312’上。图13示出在步骤162之后的磁性结300。因此,已经沉积了第二铁磁层314。层312’和314 —起用于自由层310。
[0069]非磁性间隔层经由步骤164被提供。在一些实施例中,晶体MgO势皇层在步骤164中被提供。图14示出在进行步骤164之后的磁性结300。因此,已经制造了非磁性间隔层320。
[0070]被钉扎层的第一部分经由步骤166被沉积。步骤166类似于步骤132。因此,包括铁磁层和/或非磁性层的单层或多层可以被沉积。图15示出在步骤166之后的磁性结300。因此,示出铁磁层332。在图15-24中示出的实施例中,SAF被钉扎层的整个下层/多层在步骤166中被提供。然而,在其它的实施例中,磁性层332的较多的层或较少的层可以在步骤166中沉积。
[0071]额外的牺牲插入层经由步骤166’被沉积在铁磁层332上。步骤166’类似于步骤134。因此,可以使用上面描述的材料和厚度。图16示出在进行步骤166’之后的磁性结300。因此,示出牺牲插入层306。
[0072]层302,312' ,314,320和306经由步骤168被退火。步骤168类似于步骤136。例如,可以进行在上面描述的温度的RTA。因此,退火的温度和其它特性可以被期望足够低,使得非磁性间隔层诸如晶体MgO隧穿势皇层没有被不利地影响。
[0073]在退火之后,磁性结300的在牺牲插入层下面的部分经由步骤170被光刻地限定。步骤170类似于步骤138。图17示出在步骤170期间的磁性结。因此,已经在牺牲插入层306上提供掩模360。图18示出在步骤170之后的磁性结。因此,已经限定了两个磁性结300的部分。具体地,已经限定了自由层310、非磁性层320和铁磁层332。
[0074]然后经由步骤172进行再填充步骤。因此,非磁性绝缘层诸如氧化铝可以被沉积和平坦化。步骤172类似于步骤140。图19-20示出在步骤172期间和之后的磁性结。因此,在图19中示出再填充材料308。图20示出在完成步骤172之后的磁性结300。因此,再填充材料308的顶表面已经被平坦化。
[0075]牺牲层可以然后经由步骤174被除去。步骤174类似于步骤142。被钉扎层的剩余部分,如果有,可以然后经由步骤176被沉积。步骤176类似于步骤144。图21示出在完成步骤174之后的磁性结300的一个实施例。在示出的实施例中,整个的底部铁磁层(或多层)332在步骤166中被沉积。因此,非磁性层诸如Ru和另一磁性层可以在步骤176中被沉积。因此,示出了非磁性层诸如Ru层334和铁磁层336。注意到,层334和336跨两个结300延伸。层332、334和336形
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