專利名稱：制作磁移位寄存器式存儲器裝置中使用的數(shù)據(jù)磁道的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及存儲器存儲系統(tǒng)，具體說，是涉及使用磁疇的磁矩來存儲數(shù)據(jù)的存儲器存儲系統(tǒng)。準確地說，本發(fā)明涉及制作在磁移位寄存器式存儲器裝置中使用的數(shù)據(jù)磁道的方法。
背景技術(shù)：
兩種最常見的常規(guī)非易失性數(shù)據(jù)存儲裝置，是磁盤驅(qū)動器和固態(tài)隨機存取存儲器(RAM)。磁盤驅(qū)動器能廉價地存儲大量數(shù)據(jù)，即大于100GB。但是，磁盤驅(qū)動器本質(zhì)上是不可靠的。硬盤驅(qū)動器包括固定的讀/寫磁頭和運動的在其上寫入數(shù)據(jù)的媒體。具有運動部件的裝置容易磨損和失效。固態(tài)隨機存取存儲器目前存儲的數(shù)據(jù)在每器件1GB(吉字節(jié))的量級，并與磁盤驅(qū)動器比較，每存儲單元的價格相對較高。
固態(tài)RAM最常見的類型是快速擦寫存儲器。快速擦寫存儲器靠的是在晶體管通斷控制柵下面的氧化物內(nèi)的多晶硅薄層。該多晶硅層是浮動柵，由硅實施與控制柵和晶體管通道的隔離。快速擦寫存儲器是相對慢的，讀和寫的時間在微秒的量級。此外，快速擦寫存儲器的存儲單元在不到百萬次寫入周期之后，可能開始丟失數(shù)據(jù)。雖然它對某些應(yīng)用是合適的，但如果不斷用于寫入新的數(shù)據(jù)，如像計算機的主存儲器那樣，則快速擦寫存儲器的存儲單元可能迅速失效，還有，快速擦寫存儲器的存取時間，對計算機的應(yīng)用來說是太長了。
另一種RAM的形式是鐵電RAM或FRAM。FRAM是根據(jù)鐵電疇的指向方向存儲數(shù)據(jù)。FRAM的存取時間比快速擦寫存儲器快得多，且消耗的能量比標準的動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)小。但是，目前商業(yè)上可用的存儲器容量低，在0.25MB(兆字節(jié))的量級。此外，在FRAM中存儲器的存儲，靠的是物理上運動的原子導致媒體最終退化和存儲器失效。
還有另一種RAM的形式是雙向開關(guān)半導體統(tǒng)一存儲器(OvonicUnified Memory，OUM)，它利用材料在結(jié)晶相和非晶相之間交替變化來存儲數(shù)據(jù)。該應(yīng)用中使用的材料是硫族化物合金。硫族化物合金經(jīng)歷一次加熱和冷卻循環(huán)后，它能被編程而接受兩種穩(wěn)定相之一多晶或非晶相。兩相對應(yīng)電阻之差，使硫族化物合金能用作存儲器的存儲。數(shù)據(jù)存取時間在50ns的量級。但是，這些存儲器的大小仍然小，目前在4MB的量級。此外，OUM靠的是物理上把材料從結(jié)晶改變?yōu)榉蔷?，可能使材料最終退化并失效。
半導體磁阻RAM(MRAM)利用材料的磁矩方向，在鐵磁材料中對數(shù)據(jù)比特編碼。鐵磁材料中的原子響應(yīng)外磁場，把它們的磁矩沿施加的磁場方向排列。當磁場被撤去時，原子的磁矩仍保持沿感應(yīng)方向排列。沿反方向施加的場，使原子按新的方向重新排列。通常，鐵磁材料體積內(nèi)原子的磁矩，通過磁交換作用，彼此平行排列。然后，這些原子以一個宏觀磁矩的大小，共同對外磁場作出響應(yīng)。
一種實現(xiàn)MRAM的方法是使用隧道結(jié)作為存儲單元。磁隧道結(jié)包括被薄絕緣材料分隔的兩層鐵磁材料。在一層中的磁疇方向是固定的。在第二層中，磁疇方向能響應(yīng)外加場運動。因此，第二層的磁疇方向能與第一層平行或相反，以1或0的形式存儲數(shù)據(jù)。但是，目前可用的MRAM只能存儲最多1Mb(兆比特)，比大多存儲器應(yīng)用需要的少得多。更大的存儲器目前正在開發(fā)當中。此外，每一MRAM存儲單元僅存儲一比特數(shù)據(jù)，從而限制該種裝置最大可能的存儲器容量。
磁移位寄存器取代許多常規(guī)存儲器裝置，包括但不限于磁記錄硬盤驅(qū)動器及許多固態(tài)存儲器，如DRAM、SRAM、FeRAM、和MRAM。磁移位寄存器提供的存儲容量與那些常規(guī)存儲器裝置提供的相當，但沒有運動部件，且價格也與硬盤驅(qū)動器相當。
簡要地說，磁移位寄存器式存儲器裝置利用鐵磁材料磁疇壁固有的、自然的性質(zhì)存儲數(shù)據(jù)。磁移位寄存器式存儲器裝置利用一種讀/寫裝置，按100比特數(shù)據(jù)或更多的量級存取許多比特。因此，少量的邏輯單元可以存取數(shù)百比特的數(shù)據(jù)。
磁移位寄存器式存儲器裝置，利用基于自旋的電子，寫入和讀出鐵磁材料中的數(shù)據(jù)，所以不改變磁移位寄存器中材料的物理性質(zhì)。一種可移位磁移位寄存器，包括由細線或帶形成的數(shù)據(jù)磁道，用鐵磁材料制成的材料構(gòu)成。該線可以包括物理上均一的、磁性均勻的鐵磁材料，或不同鐵磁材料的層。信息是作為磁道磁疇內(nèi)的磁矩方向存儲的。該線可以按小的部分沿一個方向或另一個方向磁化。
在磁道上施加電流，可以使磁疇順著磁道沿電流方向運動，經(jīng)過讀出或?qū)懭雴卧蛟?。在有磁疇壁的磁性材料中，橫過磁疇壁的電流，使磁疇壁沿電流流動方向運動。隨著電流通過磁疇，電流變成“自旋偏振的”。當該自旋偏振的電流越過磁疇壁進入下一個磁疇時，它增進了自旋力矩。該自旋力矩移動磁疇壁。磁疇壁的速度可以非常高，在100到500m/s的量級。
概括地說，通過磁道(有一系列方向交替的磁疇)的電流，能夠移動這些磁疇通過讀出和寫入單元。于是讀出裝置讀出磁矩的方向。寫入裝置能改變磁矩方向，據(jù)此向磁道寫入信息。
有必要改進建立磁移位寄存器式存儲器裝置必需的數(shù)據(jù)磁道的制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以滿足該需求，并給出建立磁移位寄存器式存儲器裝置必需的數(shù)據(jù)磁道的制作方法。
磁移位寄存器式存儲器裝置包括磁線中信息的存儲，磁線大部分垂直包含讀出和寫入單元的平面。這些讀出和寫入單元是用常規(guī)CMOS技術(shù)構(gòu)成的。與常規(guī)CMOS存儲器比較，磁移位寄存器式存儲器在密度上有希望增大100倍。磁線可以作為高(約10微米)和窄(約0.1微米)的柱形成，這些柱的兩個柱之間在柱的一端連接在一起。
數(shù)據(jù)磁道是通過形成硅或電介質(zhì)交替的多層不同材料的疊層制成的。在該多層疊層結(jié)構(gòu)中，蝕刻出高約1到10微米，截面在100nm×100nm量級的通路。這些通路截面可以是橢圓的、矩形的、方形的、或任何其他需要的或適當?shù)男螤?。建立這種尺寸通路的制作技術(shù)，是根據(jù)DRAM制作溝槽電容使用的技術(shù)。制作這些溝槽電容的常規(guī)技術(shù)可以獲得的尺寸，深約9到10微米，截面尺寸約0.1微米。請參考美國專利號6,544,838和6,284,666，本文引用這些專利，供參考。
在一個實施例中，通路是用非選擇性蝕刻形成，形成的通路有光滑的壁。通路用交替型鐵磁或亞鐵磁金屬電鍍層填充。每一層的厚度，例如可以在50nm到500nm之間。交替的鐵磁或亞鐵磁層，包括有不同磁化或磁交換或磁各向異性的磁性材料。這些不同的磁性特性，能把磁疇鎖定(pin)在這些層之間的邊界上或這些層之一內(nèi)。
在另一個實施例中，在通路已經(jīng)用非選擇性蝕刻后，進行選擇性蝕刻。這一選擇性蝕刻，蝕去多層疊層結(jié)構(gòu)中比其他層材料有更高速率的材料層，在通路壁中形成凹陷和凸起。
通路例如借助電鍍或化學汽相淀積(CVD)，用均勻的鐵磁材料填充。磁疇壁形成在鐵磁或亞鐵磁材料中不連續(xù)處附近，這些不連續(xù)處沿通路壁出現(xiàn)在凹陷和凸起上。
連接每一數(shù)據(jù)磁道一端的電流導線的裝置，是為注入使磁疇壁沿數(shù)據(jù)磁道移動的電流而設(shè)置的。


本發(fā)明的各種特征及獲得它們的方式，將參考下面的說明、權(quán)利要求書和圖更詳細地描述，其中的參考數(shù)字，只要適當，將重復(fù)用來表示所指部件中對應(yīng)的部件，附圖有圖1包括圖1A和圖1B，表明一個示例性操作實施例，其中的寫入單元用于按照本發(fā)明向磁移位寄存器寫入數(shù)據(jù)；圖2包括圖2A、2B、和2C，示意表明圖1磁移位寄存器的操作方法；圖3是流程圖，表明圖1磁移位寄存器的操作方法；圖4包括圖4A、4B、和4C，其中圖4A和4B示意表明圖1磁移位寄存器的一個實施例，它用多種交替的鐵磁材料構(gòu)成，而其中圖4C示意表明圖1磁移位寄存器的另一個實施例，畫出由單一鐵磁材料構(gòu)成的移位寄存器的井坑或底部截面；圖5包括圖5A和圖5B，畫出圖1磁移位寄存器一個實施例的示意圖，它由均勻的鐵磁材料中的凹槽構(gòu)成；圖6包括圖6A、6B、6C、和6D，示意畫出圖1磁移位寄存器數(shù)據(jù)磁道底部區(qū)的形成；圖7是簡圖，畫出一種多層疊層結(jié)構(gòu)的形成，其中可以在圖1磁移位寄存器的數(shù)據(jù)磁道中，形成數(shù)據(jù)區(qū)和貯存區(qū)；圖8包括圖8A、8B、8C、8D、和8E，示意畫出多層疊層結(jié)構(gòu)中通路的形成，以便用鐵磁或亞鐵磁材料填充，形成圖1磁移位寄存器的數(shù)據(jù)區(qū)和貯存區(qū)；圖9是截面圖，畫出從圖7多層疊層結(jié)構(gòu)的頂部到圖6的底部區(qū)，蝕刻出有平的光滑壁的通路；圖10包括圖10A、10B、10C、10D、和10E，表明使用選擇性蝕刻工藝處理通路壁的結(jié)果，產(chǎn)生截面規(guī)則變化的通路；圖11包括圖11A和圖11B，畫出一種數(shù)據(jù)磁道形式的截面，可以用磁性材料填充，制作圖1磁移位寄存器的數(shù)據(jù)磁道；圖12包括圖12A和圖12B，畫出通過用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路和底部凹陷建立的數(shù)據(jù)磁道；圖13是流程圖，表明用如圖12所示均勻磁性材料，制作圖1磁移位寄存器的方法；
圖14畫出導電焊片的制作，焊片將連接至圖1磁移位寄存器數(shù)據(jù)磁道的數(shù)據(jù)區(qū)及貯存區(qū)；圖15畫出一種可以在其中形成兩條通路的多層疊層結(jié)構(gòu)的制作，用于建立圖1磁移位寄存器的數(shù)據(jù)區(qū)和貯存區(qū)；圖16是簡圖，畫出在多層疊層結(jié)構(gòu)中通路的形成，以便用鐵磁或亞鐵磁材料填充，形成圖1磁移位寄存器的數(shù)據(jù)區(qū)和貯存區(qū)；圖17是圖16多層疊層結(jié)構(gòu)的截面圖，表明從多層疊層結(jié)構(gòu)頂部到圖14導電焊片，經(jīng)蝕刻形成的通路；圖18是簡圖，畫出用選擇性蝕刻工藝處理通路截面的結(jié)果，在通路截面中產(chǎn)生矩形的變化；圖19是簡圖，畫出在通路之間的多層疊層結(jié)構(gòu)頂部，除去材料，為連接圖1磁移位寄存器數(shù)據(jù)區(qū)與貯存區(qū)的磁性區(qū)建立溝槽；圖20是簡圖，畫出用均勻鐵磁或亞鐵磁材料填充圖17的通路和圖19的區(qū)，制作數(shù)據(jù)磁道；圖21包括圖21A和圖21B，畫出的圖表明在多層疊層結(jié)構(gòu)中蝕刻的通路的截面圖，用于形成連接至圖1磁移位寄存器數(shù)據(jù)磁道的導電層；圖22包括圖22A和圖22B，畫出的圖表明用導電材料填充圖21的通路的結(jié)果；圖23是簡圖，畫出通向圖14導電層底部通路的形成，它構(gòu)成更短的通向圖1磁移位寄存器數(shù)據(jù)磁道的導電路徑；圖24包括圖24A和圖24B，畫出用均勻磁性材料，如圖23所示制作圖1磁移位寄存器數(shù)據(jù)磁道的方法的流程圖；圖25包括圖25A、25B、和25C，圖上表明，在圖1的數(shù)據(jù)磁道中形成區(qū)，用于連接數(shù)據(jù)區(qū)及貯存區(qū)；圖26是簡圖，畫出其中可以形成兩條通路的均一的層結(jié)構(gòu)的制作，以便建立圖1數(shù)據(jù)磁道的數(shù)據(jù)區(qū)和貯存區(qū)；圖27是簡圖，畫出在均一層結(jié)構(gòu)中通路的形成，該通路用于圖1數(shù)據(jù)磁道的數(shù)據(jù)區(qū)與貯存區(qū)；圖28是簡圖，畫出圖27均一層結(jié)構(gòu)的截面；
圖29包括圖29A和圖29B，畫出的圖表明圖27通路的截面和連接兩條通路的溝槽；圖30是簡圖，畫出用交替磁性材料填充圖27的通路，制作圖1的數(shù)據(jù)磁道的結(jié)果；圖31包括圖31A、31B、和31C，圖上表明，使用交替厚度的交替磁性材料層，制作圖1的數(shù)據(jù)磁道；圖32是流程圖，表明用交替磁性材料層，制作圖1磁移位寄存器數(shù)據(jù)磁道的方法。
具體實施例方式
下面的定義及解釋提供關(guān)于本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的背景信息，目的在于幫助對本發(fā)明的了解，而不是限制其范圍。
均勻磁性材料是指，磁性材料相連的體積可以有復(fù)雜的形狀，但名義上有相同的磁性質(zhì)，如，磁化、磁各向異性、磁交換、和磁阻尼，與該體積內(nèi)的位置無關(guān)。
非均勻磁性材料是指，磁性材料相連的體積可以有復(fù)雜的形狀，但它們的磁性質(zhì)，如，磁化、磁各向異性、磁交換、和磁阻尼，可以由于例如材料組分的變化，和/或由于該材料在淀積時某些物理處理過程，或在材料淀積后作用在材料上的某些物理處理過程，使它們的磁性質(zhì)在該體積內(nèi)隨位置變化。
圖1(圖1A和1B)畫出磁存儲器系統(tǒng)100一個示例性高級體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)100包括利用寫入裝置(本文此后稱為寫入單元)15和讀出裝置(本文此后稱為讀出單元)20的磁移位寄存器10。讀出裝置20和寫入裝置15兩者構(gòu)成系統(tǒng)100的讀/寫單元。
磁移位寄存器10包括細的數(shù)據(jù)磁道11，最好由鐵磁或亞鐵磁材料制成。數(shù)據(jù)磁道11可以按小的部分，或磁疇，沿一個方向或另一個方向磁化。信息被存儲在數(shù)據(jù)磁道11中例如磁疇25、30的區(qū)內(nèi)。制作磁道的磁性材料的操作參數(shù)，也就是磁化方向或磁矩方向，從一個方向改變到另一個方向。磁矩方向的變化，構(gòu)成數(shù)據(jù)磁道11存儲信息的基礎(chǔ)。
在一個實施例中，磁移位寄存器10包括數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40，由中心區(qū)42連接。數(shù)據(jù)區(qū)35包括相連的磁疇集合，如存儲數(shù)據(jù)的磁疇25、30。磁移位寄存器10以貯存區(qū)40的形式設(shè)有另外的長度。
貯存區(qū)40作成足夠長，以便當數(shù)據(jù)區(qū)35所有磁疇，從數(shù)據(jù)區(qū)35通過中心區(qū)42，越過用于寫入和讀出磁疇的寫入單元15和讀出單元20，完全移動至貯存區(qū)40時，能夠容納數(shù)據(jù)區(qū)35的所有磁疇。因此，在任何給定瞬間，磁疇是部分存儲在數(shù)據(jù)區(qū)35，部分存儲在貯存區(qū)40，所以，數(shù)據(jù)區(qū)35、貯存區(qū)40、和中心區(qū)42的聯(lián)合，構(gòu)成一存儲單元。在一個實施例中，貯存區(qū)40處于無磁疇的靜態(tài)。
因此，數(shù)據(jù)區(qū)35在任何瞬間都可以位于磁移位寄存器10的不同部分，而貯存區(qū)40可以被分為在數(shù)據(jù)區(qū)35兩側(cè)的兩個區(qū)。雖然數(shù)據(jù)區(qū)35可以是一個相連的區(qū)，但無論數(shù)據(jù)區(qū)35駐留在移位寄存器10內(nèi)的什么地方，數(shù)據(jù)區(qū)35內(nèi)磁疇的空間分布和范圍，可以近似相同。在另一個實施例中，存儲區(qū)各部分可以擴展，特別是在該區(qū)越過讀出單元20和寫入單元15時。一部分或整個數(shù)據(jù)區(qū)35可以移入貯存區(qū)40，以便存取指定磁疇中的數(shù)據(jù)。
圖1所示貯存區(qū)40與數(shù)據(jù)區(qū)35有近似相同的大小。但是，其他不同的實施例允許貯存區(qū)40的大小不同于數(shù)據(jù)區(qū)35。作為例子，如果每一磁移位寄存器10使用多于一個讀出單元20和寫入單元15，則貯存區(qū)40可以比數(shù)據(jù)區(qū)35小得多。例如，如果每一磁移位寄存器10，使用兩個讀出單元20和兩個寫入單元15，并沿數(shù)據(jù)區(qū)35的長度相距排列，那么貯存區(qū)40只需約數(shù)據(jù)區(qū)35長度的一半。
電流45加在數(shù)據(jù)磁道11，使磁疇25、30內(nèi)的磁矩沿數(shù)據(jù)磁道11移動，并通過讀出裝置20或?qū)懭胙b置15。在有磁疇壁的磁性材料中，越過磁疇壁的電流，使磁疇壁沿電流流動方向移動。隨著電流通過磁疇，電流變成“自旋偏振的”。當該自旋偏振的電流越過中間的磁疇壁，進入下一個磁疇時，它增進了自旋力矩。該自旋力矩移動磁疇壁。磁疇壁的速度可以非常高，在100到數(shù)百m/s的量級，所以，為了讀出指定磁疇或為了用寫入單元改變它的磁狀態(tài)的目的，使該磁疇移動到需要的位置的過程，是非常短的。
磁疇，例如磁疇25、30、31，在寫入裝置15和讀出裝置20上被向后或向前移動(或移位)，從而把數(shù)據(jù)區(qū)35移入和移出貯存區(qū)40，如圖2(圖2A、2B、2C)所示。在圖2A的例子中，數(shù)據(jù)區(qū)35開始駐留在井坑的左側(cè)，即磁移位寄存器10中心區(qū)42的左側(cè)，貯存區(qū)40中沒有磁疇。圖2C畫出數(shù)據(jù)區(qū)35完全駐留在磁移位寄存器10右側(cè)的情形。
要把數(shù)據(jù)寫入指定的磁疇，例如磁疇31，向磁移位寄存器10施加電流，把磁疇31移動到寫入裝置15上并對準寫入裝置15。當電流加在磁移位寄存器10上時，數(shù)據(jù)區(qū)35的所有磁疇都被移動。
磁疇的運動受電流的幅值和方向兩者，以及電流施加的時間的控制。在一個實施例中，施加指定形狀(幅值與時間關(guān)系)和持續(xù)時間的電流脈沖，使存儲區(qū)中的磁疇移動一個增量或一步。施加一系列電流脈沖，使磁疇移動需要的增量數(shù)或步數(shù)。因此，數(shù)據(jù)區(qū)35的被移位部分205(圖2B)被推進(移位或移動)貯存區(qū)40。
數(shù)據(jù)磁道11內(nèi)的磁疇移動方向與施加的電流方向有關(guān)。電流脈沖的長度可以在數(shù)百皮秒到數(shù)十納秒的范圍，并與電流幅值有關(guān)。電流的幅值越大，需要的電流脈沖長度越短?？梢哉{(diào)節(jié)電流脈沖的形狀(即脈沖中，電流與時間關(guān)系的細節(jié))，以便優(yōu)化磁疇壁的移動。電流脈沖形狀必須結(jié)合磁道中鐵磁材料的詳細規(guī)格，恰當?shù)卦O(shè)計，使磁疇壁從一個位置移動到下一個位置時，不致有太多的能量或動量使它們超出該下一個最佳位置。
要讀出指定磁疇，例如磁疇25中的數(shù)據(jù)，向磁移位寄存器10施加另外的電流，把磁疇25移動到讀出裝置20上并對準讀出裝置20。數(shù)據(jù)區(qū)35更大的被移位部分，被推進(移位或移動)貯存區(qū)40。
圖1和2所示的讀出裝置20和寫入裝置15，構(gòu)成控制電路的一部分，該控制電路規(guī)定了安排讀出裝置20和寫入裝置15的參考平面。在一個實施例中，磁移位寄存器10豎直地立在該參考平面上，基本上垂直于該平面。
操縱磁移位寄存器10的控制電路，除讀出裝置20和寫入裝置15外，還包括用于各種目的的邏輯和其他電路，其中包括操縱讀出裝置20和寫入裝置15；提供移動磁移位寄存器10內(nèi)磁疇的電流脈沖；和對磁移位寄存器10內(nèi)數(shù)據(jù)編碼和解碼的裝置。在一個實施例中，控制電路是用CMOS工藝在硅晶片上制作的。磁移位寄存器10的設(shè)計，最好在硅晶片上設(shè)置一小的腳印，以便使存儲器裝置的存儲容量最大化，同時利用最小的硅面積，保持可能的最低成本。
在圖1所示的實施例中，磁移位寄存器10的腳印，基本由讀出裝置20和寫入裝置15所占晶片面積確定。因此，磁移位寄存器10由基本從晶片平面伸延的數(shù)據(jù)磁道11構(gòu)成。數(shù)據(jù)磁道11沿該垂直方向的長度，確定磁移位寄存器10的容量。因為垂直伸延能夠比數(shù)據(jù)磁道11在水平方向的伸延大得多，數(shù)百的磁比特能夠存儲在磁移位寄存器10內(nèi)，而該磁移位寄存器10在水平平面內(nèi)所占面積非常小。因此，磁移位寄存器10可以在相同硅晶片面積上，比常規(guī)固態(tài)存儲器存儲的比特多出許多。
雖然畫出的磁移位寄存器10的數(shù)據(jù)磁道11，基本垂直于讀出單元20和寫入單元15的平面(電路平面)，但是，作為例子，為了更大密度，或為了容易制作這些裝置的目的，這些數(shù)據(jù)磁道11也能夠以某一角度傾斜于該參考平面。
再參照圖2(圖2A、2B、和2C)，圖3畫出操作磁移位寄存器10的方法300。參照圖2A，在方框305，存儲器系統(tǒng)100確定要求把磁疇25移動至寫入裝置15或讀出裝置20之一的比特數(shù)。在方框310，存儲器系統(tǒng)100還要確定要求移動磁疇25的方向。在圖2A，磁疇25在寫入裝置15和讀出裝置20的左側(cè)。例如，可以要求用正的電流45把磁疇25向右移動，也可以要求用負的電流45把磁疇25向左移動。
于是，在方框315，存儲器系統(tǒng)100向磁移位寄存器10施加要求的電流。電流45可以是一個脈沖，或一系列每次移動磁疇一比特的脈沖。也可以改變脈沖內(nèi)電流持續(xù)時間的長度或幅值，或者脈沖的形狀(脈沖內(nèi)電流與時間關(guān)系)，以便通過施加脈沖過程中的數(shù)個增量，使數(shù)據(jù)區(qū)35內(nèi)的磁疇移動。在方框320，數(shù)據(jù)區(qū)35內(nèi)的磁疇響應(yīng)電流45而移動。磁疇25停在需要的裝置上，即，寫入裝置15或讀出裝置20上(方框325)。
參考圖4(圖4A、4B)，這是另一種與圖1和2磁移位寄存器10類似的磁移位寄存器10A，但由交替磁層構(gòu)成，以鎖定磁移位寄存器10A內(nèi)磁疇可能的位置。鎖定磁疇可能的位置，是防止指配的磁疇漂移。
磁性層可以包括各種鐵磁或亞鐵磁材料，這些鐵磁材料基本根據(jù)它們的磁化值(每單位體積的磁矩)、交換參數(shù)、磁各向異性、和阻尼系數(shù)適當?shù)剡x擇。這些材料的選擇，也受它們的可制作性、和與制作磁移位寄存器工藝的兼容性的影響。
如磁移位寄存器10A的區(qū)405所示，一種磁性材料用于磁疇410、420，而不同的磁性材料用于交替的磁疇415、425。在另一個實施例中，可以按變化的材料次序，使用多種磁性材料。
在磁移位寄存器10A中引進不同的鐵磁層，建立了類似于“勢阱”的局部能量極小，使相反極性的磁疇間的磁疇壁，把它們自己與交替鐵磁層410、415等等之間的邊界對準。因此，磁疇的范圍與大小由磁性層的厚度確定。
加在磁移位寄存器10A的電流脈沖45，使區(qū)405內(nèi)的磁疇410、415、420、425沿電流方向45移動。但是，除非電流脈沖45有足夠的幅值和持續(xù)時間，否則磁疇410、415、420、425不能通過兩種不同磁性材料之間的邊界。因此，數(shù)據(jù)區(qū)35能夠每次移動一比特，但不允許磁疇出現(xiàn)越過它們需要的位置的漂移。
除去鎖定磁疇可能的位置外，不同磁性材料層的使用，還能允許更高的電流幅值和脈沖持續(xù)時間的容差。在該實施例中，磁移位寄存器10A通過了寫入裝置15和讀出裝置20的部分，可以是均勻的磁性材料，如圖4C所示，或不同的磁性材料層，如圖4A所示。
交替磁性材料區(qū)410、420等，和415、425等的長度，可以不同。此外，雖然最好在整個磁移位寄存器10A中，每一種磁區(qū)410、420等，和415、425等的長度相同，但這一點不是必要的，這些長度可以在整個磁移位寄存器10A中有某些變化。重要的是，該磁勢能對抗電流脈沖引起的感應(yīng)的運動，把磁疇鎖定在它們規(guī)定的位置。
參考圖5(圖5A、5B)，圖上畫出另一種磁移位寄存器10B，它能夠用均勻磁性材料制成，通過物理上改變數(shù)據(jù)磁道11的寬度或面積，作成非均勻的。通過物理上對磁移位寄存器10B成型，能夠在磁移位寄存器10B內(nèi)建立局部能量極小。
在圖5的成型方法中，凹槽，例如凹槽505、506，被引進磁移位寄存器10B的鐵磁材料中。凹槽505、506可以是空的，或用金屬材料或絕緣材料填充。
在一個實施例中，這些凹槽505、506可以按均一的間隔排列。在另一個實施例中，這些凹槽505、506之間的間隔，沿磁移位寄存器10B的長度方向可以是不均一的。凹槽505、506在數(shù)據(jù)磁道511兩側(cè)彼此對準。
制作只在數(shù)據(jù)磁道511一側(cè)有凹槽的磁移位寄存器是方便的。因為這些凹槽505、506是用于鎖定磁疇壁的，只在數(shù)據(jù)磁道511一側(cè)有凹槽，能夠提供足夠的鎖定磁勢。凹槽可以設(shè)在圖5所示數(shù)據(jù)磁道511四側(cè)的一側(cè)、兩側(cè)、或任何更多側(cè)。凹槽也可以交替地從一側(cè)到另一側(cè)，沿磁道提供連續(xù)的鎖定地點，以便易于制作(例如，通過使所有凹槽在磁道的單側(cè)排列，能沿磁道制作比可能的更密的鎖定地點)。
在另一個實施例中，這些凹槽505、506用凸起代替，數(shù)據(jù)磁道511的寬度，在那里是局部增大而不是縮小。需要的是通過改變磁疇壁的局部磁勢，獲得鎖定磁疇的手段。
在又一個實施例中，數(shù)據(jù)磁道511的寬度在相繼區(qū)是交替的，以便使數(shù)據(jù)區(qū)511包括交替寬度或面積的區(qū)。
磁移位寄存器10B不一定必須沿長度均一地用凹槽或凸起或交替的磁區(qū)填充。磁移位寄存器10B只需要用足夠數(shù)量的該類鎖定地點，使每一電流脈沖只移動數(shù)據(jù)區(qū)35一個增量或指定數(shù)的增量。例如，每N個磁疇只有一個鎖定地點是足夠的，這里N可以大于1。
貯存區(qū)40可以包括也可以不包括這些凹槽。磁移位寄存器10B橫過寫入裝置15和讀出裝置20的底部段510，可以包括也可以不包括凹槽505、506。
在再一個實施例中，磁移位寄存器10B由不同鐵磁材料與凹槽505、506組合制成，結(jié)合了磁移位寄存器10A和10B的特征。
一般地說，磁移位寄存器10的數(shù)據(jù)磁道11，是通過形成包含交替的硅和/或電介質(zhì)材料層的多層疊層制作的。在該交替硅和/或電介質(zhì)層的多層疊層中，蝕刻高約0.1到10微米，截面在100nm×100nm量級的通路。雖然本文自始至終都給出尺寸，但應(yīng)當指出，這些尺寸只作為例子舉出，本發(fā)明不受這些值或尺寸限制。例如，通路的高度可以在約0.1到約10微米的范圍。通路的截面可以在約10nm乘10nm到約1微米乘1微米的范圍。然后，用鐵磁或亞鐵磁材料填充這些通路，形成圖1磁移位寄存器10數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40。
通路的截面可以是橢圓形、矩形、或方形。在單層硅的情形，根據(jù)現(xiàn)有的制作DRAM使用的溝槽電容的技術(shù)，可以建立這種尺寸的通路。用于制作這些溝槽電容的常規(guī)技術(shù)，已能獲得約1到10微米深和約0.1微米截面的尺寸。請參考美國專利序號6,544,838、6,284,666、5,811,357、和6,345,399，本文引用這些專利，供參考。使用這些制作技術(shù)制作磁移位寄存器10的數(shù)據(jù)磁道11，如圖6、7、8、9、10、11、12、和13所示。
圖6(6A、6B、6C、6D)畫出形成數(shù)據(jù)磁道11的底部，即中心區(qū)42的實施例。用二氧化硅或氮化硅，形成例如厚度約300nm的絕緣層605。在絕緣層605上涂布光刻膠并形成矩形610的圖形。使用標準的蝕刻技術(shù)，把矩形610蝕刻至約200nm的深度，形成溝槽615。對氮化硅蝕刻工藝另外的細節(jié)，可以參考美國專利序號6,051,504，對二氧化硅蝕刻工藝另外的細節(jié)，可以參考美國專利序號5,811,357，本文引用這兩個專利，供參考。
在圖6C中，用材料填充溝槽615，形成方塊620。方塊620可以包括，例如從如下一組材料中選擇的均勻磁性材料鐵磁材料和亞鐵磁材料，以及與中心區(qū)42對應(yīng)的材料。在這種情形下，使方塊620平面化并拋光。用于方塊620的示例性鐵磁材料或亞鐵磁材料有坡莫合金；鎳鐵合金；鈷鐵合金；由一種或多種Ni、Co、和Fe形成的合金；由一種或多種Ni、Co、和Fe加其他元素如B、Zr、Hf、Cr、Pd、Pt形成的合金；等等。另外，方塊620可以由非均勻磁性材料形成，例如，包括不同鐵磁或亞鐵磁金屬的交替區(qū)，與例如圖4A所示的那些區(qū)410、420、和415、425類似。這些區(qū)可以通過圖6沒有畫出的附加處理步驟形成，包括附加的光刻、圖形形成、蝕刻、用例如電鍍或濺射淀積或CVD材料淀積、和平面化步驟。另外，方塊620可以包括隨后要刻蝕掉的犧牲材料。犧牲材料可以通過低壓化學汽相淀積，接著化學機械拋光使之平面化形成。
然后，在隨后的處理步驟中，如有必要，例如用氮化硅，在絕緣層605的頂部淀積一薄電介質(zhì)層625，充當?shù)撞糠忭攲?，以保護溝槽。底部封頂層的厚度約在10到500nm范圍。底部封頂層625可以用氮化硅、二氧化硅、或任何合適的電介質(zhì)制成。在另一個實施例中，可以不用底部封頂層625。
圖7畫出一種其中能夠形成兩條通路的結(jié)構(gòu)的制作，用于建立數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40。多層疊層結(jié)構(gòu)705用交替的硅/電介質(zhì)或電介質(zhì)/電介質(zhì)材料(稱為材料A和B)形成。材料A和B按照它們的蝕刻性質(zhì)選擇。在一個實施例中，材料A由二氧化硅(SiO2)組成，而材料B由硅(Si)組成。或者，材料A由二氧化硅組成，而材料B由氮化硅(Si3N4)組成。
在圖7的例子中，第一組層如層710、715、720，由材料A，例如二氧化硅形成。第二組層如層725、730、735，由材料B，例如硅或氮化硅形成。第一和第二組層可以用各種技術(shù)形成。例如，多晶硅層可以用低壓化學汽相淀積，或非晶硅層可以用濺射淀積形成。在多層疊層結(jié)構(gòu)705的頂部，可以淀積薄的電介質(zhì)層，例如氮化硅，充當上封頂層740。上封頂層740的厚度約在10到500nm范圍。上封頂層可用氮化硅、二氧化硅、或任何其他合適的電介質(zhì)制成。
可以選擇有不同蝕刻速率的材料A和B，以便使通路壁中形成凹陷或凸起。雖然圖7畫出的是相等的厚度，材料A和B形成的層可以有不同的厚度。
多層疊層結(jié)構(gòu)705可以包括，例如約100層材料A和B交替的層，總厚度例如約0.5到10微米或更大。形成例如層710、715、720、725、730、735的材料A和B的厚度，與數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中磁疇壁的分開距離對應(yīng)。
蝕刻材料A和B，形成凹陷或凸起。一種材料，例如材料A代表的材料的厚度，與數(shù)據(jù)磁道11中磁疇壁間分開距離對應(yīng)。另一種材料，例如材料B代表的材料，將形成數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中的凹陷或凸起。這樣一種用于數(shù)據(jù)磁道11的配置，由圖5表示。雖然由層710、715、720、725、730、735代表的層A和層B，畫成等厚度的，但實際上它們可以有非常不同的厚度。每一凹陷或凸起的寬度，約在5nm到100nm的范圍。
圖8(圖8A、8B、8C、8D、8E)畫出多層疊層結(jié)構(gòu)705中通路805、810的形成。在一個實施例中，利用硅作材料B(即，層725、730、735)，使通路805、810的側(cè)壁氧化，形成薄的二氧化硅絕緣層(厚度約在3nm到30nm范圍)。通路805、810用均勻的鐵磁或亞鐵磁材料填充，形成數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40。垂直于通路805、810的多層疊層結(jié)構(gòu)705的截面圖，示于圖8B，表明通路805、810有方形截面。通路805、810的截面可以有其他的形狀，例如，如圖8C所示的通路805A、810A有矩形截面，圖8D所示的通路805B、810B有圓形截面，和圖8E所示的通路805C、810C有橢圓形截面。
如圖9的截面圖所示，蝕刻的通路805、810，穿過多層疊層結(jié)構(gòu)705，直到絕緣層605的方塊620。在圖8和9畫出的例子中，借助通路的蝕刻工藝，形成有平的光滑壁的通路805、810。在一個其中材料B(即，層725、730、735)由硅構(gòu)成的實施例中，交替使用在硅與二氧化硅之間優(yōu)先選擇硅的工藝，和在二氧化硅與硅之間優(yōu)先選擇二氧化硅的工藝兩種干式蝕刻工藝，形成通路805、810。“選擇”一詞用于表示，腐蝕劑蝕刻第一種材料的速度比蝕刻第二種材料更快。換句話說，在硅與二氧化硅間優(yōu)先選擇硅的干式蝕刻工藝，以比蝕刻二氧化硅更快的速度蝕刻硅，以便更好地控制蝕刻。要更詳細了解在硅與二氧化硅間優(yōu)先選擇硅的干式蝕刻工藝，可參考美國專利序號6,544,838和6,284,666，本文引用這些專利，供參考。要更詳細了解在二氧化硅與硅間優(yōu)先選擇二氧化硅的干式蝕刻工藝，可參考美國專利序號6,294,102和5,811,357，本文引用這些專利，供參考。
當材料A由二氧化硅形成而材料B由氮化硅形成時，通路805、810可類似地形成，就是，交替地、連續(xù)地使用在氮化硅與二氧化硅間優(yōu)先蝕刻氮化硅的工藝(參考美國專利序號6,461,529和6,051,504，本文引用這些專利，供參考)，和在二氧化硅與氮化硅間優(yōu)先蝕刻二氧化硅的工藝(參考美國專利序號6,294,102和5,928,967，本文引用這些專利，供參考)兩種干式蝕刻工藝。如果方塊620由金屬，例如鐵磁或亞鐵磁材料構(gòu)成，則腐蝕劑很可能根本不能蝕刻方塊620的材料。通路805、810的形成，是通過蝕刻封頂層625，接通與均勻的鐵磁或亞鐵磁材料底部，即方塊620的接觸。
蝕刻通路805、810之前，用適當?shù)母g劑蝕刻封頂層740，或按照層A或B的成分和層740的成分，用層A或B的腐蝕劑之一蝕刻封頂層740。當交替硅和/或電介質(zhì)層的多層疊層結(jié)構(gòu)的頂層，是由硅形成時，則封頂層740的作用，例如，是防止該疊層結(jié)構(gòu)最頂層被氧化。
圖10(圖10A、10B、10C、10D、10E)畫出形成通路805、810之后，用選擇性濕式蝕刻工藝的作用。在圖10(圖10A、10B、10C、10D、10E)上畫出的多層疊層結(jié)構(gòu)705，沒有封頂層740或襯底封頂層625。通過用選擇性濕式蝕刻工藝，能夠以不同速度蝕刻材料A和材料B。作為例子，可以把基于氫氟酸(HF)化學反應(yīng)(例如，緩沖的或稀釋的HF)，用于氧化硅和氮化硅間優(yōu)先選擇二氧化硅的濕式蝕刻，而基于磷酸H3PO4的化學反應(yīng)，可用于氮化硅與二氧化硅間優(yōu)先選擇氮化硅的濕式蝕刻。
以不同速度蝕刻材料A和材料B，在通路805、810的截面中形成規(guī)則變化。當用鐵磁或亞鐵磁材料填充時，通路805、810截面中的變化，在數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中產(chǎn)生凸起或凹陷。數(shù)據(jù)磁道11中的凸起或凹陷，可以用于鎖定數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中的磁疇壁。選擇通路805、810中的凸起或凹陷的配置，可以優(yōu)化磁移位寄存器10數(shù)據(jù)磁道11的性能。具體說，改變凸起或凹陷的長度和深度，以及它們的形狀，可以改變磁疇壁的鎖定磁勢。
圖10A畫出通路1002一部分的截面，表明蝕刻材料A(以層1004、1008代表)比材料B(以層1006、1010代表)速度更快的選擇性蝕刻工藝。當用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1002時，在數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中，層1004、1008形成凸起，而層1006、1010形成凹陷。
圖10B畫出通路1012一部分的截面，截面中材料A(以層1014、1018代表)的蝕刻速度比材料B(以層1016、1020代表)更慢。當用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1012時，在數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中，層1014、1018形成凹陷，而層1016、1020形成凸起。
可以選擇材料A、材料B、和蝕刻工藝，以提供淺的凹陷，如圖10A和10B所示，或者提供更深的凹陷，如圖10C中通路1022所示。材料B(以層1026、1030代表)的蝕刻速度比材料A(以層1024、1028代表)快得多。
材料A和材料B的厚度也可以改變，如圖10D和10E所示。圖10D畫出通路1032的截面，其中材料A的層(以層1034、1038代表)比材料B的層(以層1036、1040代表)更厚。當用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1032時，在數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中，層1036、1040形成淺的凸起，而層1034、1038形成寬的凹陷。
圖10E畫出通路1042的截面，其中材料A的層(以層1046、1050代表)比材料B的層(以層1044、1048代表)更薄。當用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1042時，在數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中，層1046、1050形成淺的凹陷，而層1044、1048形成寬的凸起。
圖11(圖11A、11B)畫出一種數(shù)據(jù)磁道11形式的截面，包括通路1105、1110(在多層疊層結(jié)構(gòu)1115中蝕刻的)和溝槽1120。要制作溝槽1120，用犧牲電介質(zhì)材料填充方塊620(圖6)。當形成通路1105、1110時，把該犧牲材料蝕刻掉。在圖11B所示另一個實施例中，方塊620包括在通路1105、1110建立之后仍然保留的鐵磁或亞鐵磁材料1125。
如圖11A所示，材料A(以層1130、1135代表)的蝕刻速度比材料B(以層1140、1145代表)更快。因此，通路1105、1110形成的數(shù)據(jù)磁道11，有規(guī)則間隔的凹陷和凸起，以及等厚的材料A和材料B層。
圖12(圖12A、12B)畫出通過用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1105、1110、和溝槽1120，建立磁道1215，如帶陰影的通路1205、1210、和底部區(qū)1220所示。帶陰影的通路1205與數(shù)據(jù)區(qū)35對應(yīng)，帶陰影的通路1210與貯存區(qū)40對應(yīng)，而底部區(qū)1220與中心區(qū)42對應(yīng)。
通路1105、1110、和溝槽1120，可以用各種方法填充，例如，無電電鍍或電鍍。無電電鍍工藝，可以參考美國專利序號3,702,263，電鍍工藝，可以參考美國專利序號4,315,985，本文引用這些專利，供參考。另外，在通路1105、1110填充前，方塊1125可以包括磁性材料，例如鐵磁或亞鐵磁材料。方塊1125的磁性材料，可以與也可以不與通路1105、1110使用的相同。方塊1125的金屬可以用作無電電鍍或電鍍工藝的種子層電極。最好是使用電鍍工藝，因為它比無電電鍍工藝更快。要實現(xiàn)電鍍，必須向種子層電極提供觸點。該觸點可以通過犧牲線或觸點(圖中沒有畫出)實施，或者用非常薄的金屬層實施，如把Al淀積在通路1105、1110的側(cè)壁。電鍍工藝完成之后，通過加熱磁道至300C附近，使側(cè)壁上的Al金屬氧化，形成絕緣的氧化鋁。對圖11A的犧牲層已經(jīng)除去的情形，則可以在通路填充前，用例如化學汽相淀積等工藝，淀積薄的種子層電極。
一種用于制作磁道1215的方法1300，用圖13的流程圖畫出。在步驟1305，形成絕緣層605(圖6A)。在步驟1310，在絕緣層605上形成矩形圖形610(圖6A)。在步驟1315，蝕刻矩形610，形成溝槽615(圖6B)。在步驟1320，以犧牲電介質(zhì)、鐵磁材料、或亞鐵磁材料填充溝槽615(圖6C)。然后，最好在步驟1325，用封頂層625覆蓋溝槽615。
在步驟1330，把交替材料A和B的多層加到絕緣層605上，形成多層疊層結(jié)構(gòu)705(圖7)。該多層疊層結(jié)構(gòu)705，可以包括，例如約100層交替的材料A和B，總厚度例如約10微米。在步驟1335，在多層疊層結(jié)構(gòu)705的頂部，形成封頂層740。
在步驟1340，用非選擇性蝕刻，形成穿過多層疊層結(jié)構(gòu)705到達方塊620的通路805、810(圖8、9)。如果方塊620以犧牲電介質(zhì)材料填充，那么在步驟1340，還要把該犧牲電介質(zhì)材料蝕刻掉(圖11)。
可以在步驟1345使用任選的選擇性蝕刻工藝，選擇性地使一種材料的蝕刻速度比另一種更快，在通路805、810的壁上形成凹陷和凸起(圖10、11)。在步驟1350，以鐵磁或亞鐵磁材料填充通路805、810(圖12)，形成磁移位寄存器10的數(shù)據(jù)磁道11。
制作數(shù)據(jù)磁道11的另一個實施例，是在下部的絕緣層中形成導電焊片，和在多層疊層結(jié)構(gòu)705的頂層形成中心區(qū)42。該制作工藝在圖14、15、16、17、18、19、20、21、22、和23中畫出。
圖14(圖14 A、14B、14C、14D)畫出導電焊片的制作，焊片將與數(shù)據(jù)磁道11數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40在底部連接。形成厚度約300nm的絕緣層1405，例如氮化硅或二氧化硅層。
在絕緣層1405上涂布光刻膠，并形成矩形1410、1415的圖形。使用標準的蝕刻技術(shù)，把矩形1410、1415蝕刻至約200nm的深度，形成溝槽1420、1425。對氮化硅蝕刻工藝，可以參考美國專利序號6,051,504，對二氧化硅蝕刻工藝，可以參考美國專利序號5,811,357，本文引用這兩個專利，供參考。
溝槽1420、1425用材料填充，形成圖14C中的方塊即底部焊片1430、1435。方塊1430、1435可以包括導電材料，以便在數(shù)據(jù)磁道11底部形成導電焊片。方塊1430、1435中使用的導電材料例子有，導電的硅、銅、等等。另外，方塊1430、1435可以包括隨后要刻蝕掉的犧牲材料。犧牲材料可以用例如二氧化硅。犧牲材料的形成，可以通過低壓化學汽相淀積，接著化學機械拋光使之平面化。然后，在絕緣層1405的頂部，淀積薄的電介質(zhì)層，例如氮化硅，充當封頂層1440。封頂層1440的厚度約在10到500nm范圍。封頂層1440可以用氮化硅、二氧化硅、或任何合適的電介質(zhì)制成。
圖15畫出一種可以在其中形成兩條通路的多層疊層結(jié)構(gòu)的制作，該兩條通路用于建立數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40。多層疊層結(jié)構(gòu)1505由交替的材料，即材料A和材料B形成。材料A和材料B由硅/電介質(zhì)，或電介質(zhì)/電介質(zhì)材料形成。在一個優(yōu)選實施例中，材料A由二氧化硅構(gòu)成，而材料B由硅構(gòu)成。該硅可以通過低壓化學汽相淀積工藝，作為多晶硅形成，或通過濺射淀積工藝，用非晶硅形成?；蛘撸牧螦由二氧化硅構(gòu)成，而材料B由氮化硅構(gòu)成。
在圖15的例子中，第一組層，如層1510、1515、1520，由材料A，如二氧化硅形成。第二組層，如層1525、1530、1535，由材料B，如硅或氮化硅形成。在多層疊層結(jié)構(gòu)1505的頂部，淀積薄的電介質(zhì)層，如氮化硅，充當封頂層1540。封頂層的厚度約在10到500nm范圍。該底部封頂層1540可以用氮化硅、二氧化硅、或任何合適的電介質(zhì)制成。
可以選擇有不同蝕刻速率的材料A和材料B，以便在通路壁形成凹陷或凸起。雖然圖15中畫出的材料A和材料B是等厚的，但它們可以有不同的厚度。
多層疊層結(jié)構(gòu)1505可以包括，例如約100層交替的材料A和材料B，總厚度例如約10微米。諸如層1510、1515、1520、1525、1530、1535的層厚度，與數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40各個磁疇對應(yīng)，或作為磁疇壁的鎖定地點。
蝕刻材料A或材料B，以形成凹陷或凸起。雖然諸如層1510、1515、1520、1525、1530、1535的層厚度，被畫成等厚的，實際上它們可以是不同厚度的。一種材料的厚度，例如材料A代表的厚度，可以與數(shù)據(jù)磁道11中磁疇壁之間分開距離對應(yīng)。另一材料，例如材料B代表的材料，將形成數(shù)據(jù)磁道11數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中的凹陷或凸起。這種數(shù)據(jù)磁道11的配置，畫在圖5。磁疇壁或者被限制在凹陷或凸起處，或者被限制在凹陷與凸起之間的區(qū)域內(nèi)，將視形成磁道的材料的磁性質(zhì)而定。
圖16畫出在多層疊層結(jié)構(gòu)1505中形成通路1605、1610。在一個利用硅作為材料B(即，層1525、1530、1535)的實施例中，通路1605、1610的側(cè)壁被氧化，形成二氧化硅薄絕緣層(厚度約在3nm到30nm范圍)。用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1605、1610，形成數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40。
如圖17的截面圖所示，蝕刻的通路1605、1610，穿過多層疊層結(jié)構(gòu)1505和封頂層1440，到達方塊1430、1435。在圖16和17的例子中，通路1605、1610借助非選擇性工藝蝕刻通路，形成有平的光滑的壁。在一個材料A(即，層1510、1515、1520)由二氧化硅構(gòu)成而材料B(即，層1525、1530、1535)由硅構(gòu)成的實施例中，交替使用在硅與二氧化硅之間優(yōu)先選擇硅，和在二氧化硅與硅之間優(yōu)先選擇二氧化硅的兩種干式蝕刻工藝，形成通路1605、1610。關(guān)于在硅與二氧化硅間優(yōu)先選擇硅的交替干式蝕刻工藝，可參考美國專利序號6,544,838和6,284,666，本文引用這些專利，供參考。關(guān)于在二氧化硅與硅間優(yōu)先選擇二氧化硅的交替干式蝕刻工藝，可參考美國專利序號6,294,102和5,811,357，本文引用這些專利，供參考。
在一個材料A由氧化硅構(gòu)成而材料B由氮化硅構(gòu)成的另外實施例中，交替使用在氮化硅與二氧化硅間優(yōu)先選擇氮化硅(參考美國專利序號6,461,529和6,051,504，本文引用這些專利，供參考)，和在二氧化硅與氮化硅間優(yōu)先選擇二氧化硅(參考美國專利序號6,294,102和5,928,967，本文引用這些專利，供參考)兩種干式蝕刻工藝，形成通路1605、1610。非選擇性蝕刻工藝將以相同速率蝕刻材料A和材料B。如果方塊1430、1435由導電層，例如導電的硅、銅等構(gòu)成，則蝕刻材料將基本不腐蝕方塊1430、1435。
圖18畫出用選擇性蝕刻工藝，以不同蝕刻速率對材料的處理結(jié)果。由于使用選擇性蝕刻工藝，能夠以不同蝕刻速率蝕刻多層疊層結(jié)構(gòu)1505的材料A和材料B。例如，可以把基于氫氟酸HF化學反應(yīng)(例如，緩沖的或稀釋的HF)用于氧化硅和氮化硅間優(yōu)先選擇二氧化硅的濕式蝕刻，而基于磷酸H3PO4的化學反應(yīng)，可用于在氮化硅與二氧化硅間優(yōu)先選擇氮化硅的濕式蝕刻。
對材料A和材料B以不同蝕刻速率的蝕刻，在通路1805、1810的截面中形成規(guī)則的變化。當用鐵磁或亞鐵磁材料填充時，通路1805、1810截面中的變化，在數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40中產(chǎn)生凸起或凹陷。數(shù)據(jù)磁道11中的凸起或凹陷，可以用于刻劃數(shù)據(jù)磁道11中各磁區(qū)之間，即磁疇壁之間可能的邊界，這些磁疇壁可以用例如圖1B所示寫入單元寫入磁道。因此，這些凹陷或凸起，用于在磁疇壁處在靜態(tài)時，把磁疇壁鎖定在數(shù)據(jù)區(qū)35或貯存區(qū)40的磁道中。選擇通路1805、1810中的凸起或凹陷的配置，可以優(yōu)化數(shù)據(jù)磁道11的性能。通路1805、1810的配置，和材料A和材料B的選擇，可以與圖10(圖10A、10B、10C、10D、10E)類似。
圖19畫出從多層疊層結(jié)構(gòu)1505中除去材料后形成區(qū)或溝槽1905的結(jié)果。除去材料以形成區(qū)1905，例如可以通過用光刻膠蝕刻實施(參考美國專利序號6,461,529和6,051,504，本文引用這些專利，供參考)。然后，用鐵磁材料或亞鐵磁材料填充區(qū)1905，形成數(shù)據(jù)磁道11的中心區(qū)2010，如圖20的數(shù)據(jù)磁道2005所示。
圖20畫出用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1805、1810和區(qū)1905后建立的數(shù)據(jù)磁道2005。通路1805、1810和區(qū)1905，能夠用各種方法填充，例如無電電鍍或電鍍。無電電鍍工藝，可以參考美國專利序號3,702,263，電鍍工藝，可以參考美國專利序號4,315,985，本文引用這些專利，供參考。
如圖21(圖21A、21B)的截面圖所示，通路2105、2110是穿過多層疊層結(jié)構(gòu)1505，到達方塊1430、1435蝕刻形成的。通路2105、2110將形成導電層，借助與方塊1430、1435的觸點，把外電路與數(shù)據(jù)磁道2005連接。在一個材料A由氧化硅構(gòu)成而材料B由氮化硅構(gòu)成的實施例中，交替使用在氮化硅與氧化硅間優(yōu)先選擇氮化硅(參考美國專利序號6,461,529和6,051,504，本文引用這些專利，供參考)，和在二氧化硅與氮化硅間優(yōu)先選擇二氧化硅(參考美國專利序號6,294,102和5,928,967，本文引用這些專利，供參考)兩種干式蝕刻工藝，形成通路2105、2110。
在另一個實施例中，方塊1430、1435包括隨后要用形成通路2105、2110的蝕刻工藝刻蝕掉的犧牲材料。因此形成溝槽2115、2120，如圖21B所示。
圖22(圖22A、22B)畫出用導電材料，例如多晶硅、鎢等填充通路2105、2110直到方塊1430、1435(圖22A)的結(jié)果。在另一個實施例中，溝槽2115、2120用與通路2105、2110相同的工藝形成，并用填充通路2105、2110相同的導電材料填充，形成導電的焊片。
通路2105、2110的配置，是作為形成與數(shù)據(jù)磁道2005導電連接的技術(shù)例子給出。在又一個實施例中，與方塊1430、1435連接的導電層，可以通過蝕刻穿過絕緣層1405的通路2305、2310形成，如圖23所示。以導電材料填充通路2305、2310，將經(jīng)過金屬通路把數(shù)據(jù)磁道2005連接至絕緣層1405的底部能實現(xiàn)與某種裝置的連接，例如與建立電流脈沖，送至磁道11的裝置的連接。
一種用于制作數(shù)據(jù)磁道2005的方法2400，以圖24(圖24A、24B)流程圖說明。在步驟2405(圖14A)，形成絕緣層1405。在步驟2410，在絕緣層1405(圖14A)上形成矩形圖形1410、1415。在步驟2415，蝕刻矩形1410、1415，形成溝槽1420、1425(圖14B)。在步驟2420，用犧牲電介質(zhì)或?qū)щ姴牧咸畛錅喜?420、1425(圖14C)，形成方塊1430、1435。然后，在步驟2425，把封頂層加在絕緣層1405的表面。
在步驟2430，把多層交替的材料A和B加在絕緣層1405上，形成多層疊層結(jié)構(gòu)1505(圖15)。該多層疊層結(jié)構(gòu)1505可以包括，例如約100層交替的材料A和B，總厚度例如約10微米。在步驟2435，在多層疊層結(jié)構(gòu)1505的頂部，形成封頂層1540。在步驟2440，用非選擇性蝕刻，形成穿過多層疊層結(jié)構(gòu)1505到達方塊1430、1435的通路1605、1610(圖16、17)。
可以在步驟2445使用任選的選擇性蝕刻工藝，選擇性地使通路1605、1610壁中一種材料的蝕刻速度比另一種更快，在通路1605、1610的壁上形成凹陷和凸起(圖18、19)。
在步驟2450，通過蝕刻，除去區(qū)1905，建立溝槽1905，該溝槽1905使通路1805與通路1810連接(圖19)。在步驟2455，以鐵磁或亞鐵磁材料填充通路1805、1810、和溝槽1905(圖20)，形成數(shù)據(jù)磁道2005。
在步驟2460，從多層疊層結(jié)構(gòu)1505的頂部到方塊1430、1435，蝕刻通路2105、2110。如果方塊1430、1435是用犧牲電介質(zhì)材料填充，則在步驟2460還要把犧牲電介質(zhì)材料蝕刻掉(圖21)，形成溝槽2115、2120。在步驟2465，以導電材料填充通路2105、2110，形成經(jīng)過數(shù)據(jù)磁道2005的電流路徑(圖22)。如果犧牲電介質(zhì)材料已經(jīng)在步驟2460從方塊1430、1435蝕刻掉，那么步驟2465還要填充溝槽2115、2120，形成導電焊片2215、2220。
圖25(圖25A、25B、25C)畫出形成數(shù)據(jù)磁道11底部、中心區(qū)42的一個實施例。例如用氮化硅或二氧化硅，形成絕緣層2505，厚度約在300nm。在絕緣層2505上涂布光刻膠，并形成矩形2510的圖形。用標準的蝕刻技術(shù)，把矩形2510蝕刻至約200nm的深度，形成溝槽2515。對氮化硅蝕刻工藝，可以參考美國專利序號6,051,504，對二氧化硅蝕刻工藝，可以參考美國專利序號5,811,357，本文引用這兩個專利，供參考。
在圖25C，用材料填充溝槽2515，形成方塊2520。與數(shù)據(jù)磁道11的中心區(qū)42對應(yīng)的方塊2520，可以包括鐵磁或亞鐵磁材料。如果方塊2520包括鐵磁或亞鐵磁材料，則使方塊2520平面化并拋光。用于方塊2520的鐵磁或亞鐵磁材料例子，如坡莫合金、鎳鐵合金、等等。另外，方塊2520可以包括隨后要蝕刻掉的犧牲材料。該犧牲材料可以通過低壓化學汽相淀積，接著化學機械拋光使之平面化形成。然后，在絕緣層2505的頂部，可以淀積薄的電介質(zhì)層，例如氮化硅層，充當封頂層(圖25中沒有畫出)。封頂層的厚度約在10到500nm范圍。封頂層可用氮化硅、氧化硅、或任何其他合適的電介質(zhì)制成。
圖26畫出其中可以形成兩條通路的結(jié)構(gòu)的制作，該兩條通路用于建立數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40。以厚度例如約10微米形成均一的層結(jié)構(gòu)2605(本文亦稱均一層2605)。層2605可以包括硅或電介質(zhì)材料，例如二氧化硅或氮化硅。如果層2605由硅形成，為了防止硅層表面氧化，可以在層2605的頂部，淀積薄的電介質(zhì)層，例如氮化硅層，充當封頂層2610。封頂層2610的厚度約在10到500nm范圍。底部封頂層2610可用氮化硅、氧化硅、或任何其他合適的電介質(zhì)制成。
圖27畫出在均一層2605中通路2705、2710的形成。可以用鐵磁或亞鐵磁材料填充通路2705、2710，形成數(shù)據(jù)磁道11的數(shù)據(jù)區(qū)35和貯存區(qū)40。在一個用硅作均一層2605的實施例中，通路2705、2710的側(cè)壁被氧化，形成薄的二氧化硅絕緣層(厚度約在3nm到30nm范圍)。
如在圖28的截面圖所示，蝕刻的通路2705、2710，穿過均一層2605到絕緣層2505中的方塊2520。形成的通路2705、2710，有平的光滑的壁。在均一層2605是硅的情形，通路2705、2710的側(cè)壁被氧化，形成薄的二氧化硅絕緣層(厚度約在3nm到30nm范圍)。通路2705、2710形成后，跟著是蝕刻封頂層2610，接通與均勻鐵磁或亞鐵磁材料底部即方塊2520的接觸。封頂層2610與絕緣層2505相似，是抗氧化的。如果方塊2520由金屬，例如鐵磁或亞鐵磁材料構(gòu)成，則蝕刻材料將基本不會蝕刻進方塊2520的材料內(nèi)。
圖29(圖29A、29B)畫出包括通路2705、2710(蝕刻進均一層2605)和溝槽2905的數(shù)據(jù)磁道11的截面。為了制作溝槽2905，以犧牲電介質(zhì)材料填充方塊2520(圖25)。當通路2705、2710形成后，把犧牲材料蝕刻掉。在圖29B所示另一個實施例中，方塊2910由鐵磁或亞鐵磁材料構(gòu)成，所以在建立了通路2705、2710后，這些材料依然保留。
圖30畫出交替用不同類型鐵磁或亞鐵磁材料填充通路2705、2710、和溝槽2905(圖29)，建立的磁道3005。可以用各種方法，例如無電電鍍或電鍍，填充通路2705、2710、和溝槽2905。無電電鍍工藝，可以參考美國專利序號3,702,263，電鍍工藝，可以參考美國專利序號4,315,985，本文引用這些專利，供參考。溝槽2905以一種磁性材料，即材料I填充，建立方塊3010。方塊3010與數(shù)據(jù)磁道11的中心區(qū)42對應(yīng)。
然后，在方塊3010上淀積一層磁性材料II，形成層3015。然后，在層3015上淀積磁性材料I，形成層3020。在通路中交替淀積磁性材料I和磁性材料II，形成交替的層，總數(shù)例如約100層，每一層的厚度，例如層3015、3020，可以約在50nm到500nm厚之間。交替的鐵磁或亞鐵磁層3015、3020由不同磁性質(zhì)的磁性材料構(gòu)成，不同的磁性質(zhì)包括，磁化和/或磁交換和/或磁各向異性。這些不同的磁特性，能把磁疇壁鎖定在這些層之間的邊界上，或鎖定在層自身內(nèi)。
另外，可以在通路2705、2710填充前，用諸如鐵磁或亞鐵磁材料構(gòu)成方塊2520。方塊2520的金屬可以用作電極，以便電鍍。方塊2520的磁性材料，可以與，也可以不與填充通路2705、2710使用的材料相同。
磁疇壁3025、3030可以出現(xiàn)在交替磁層之間的界面。交替的鐵磁或亞鐵磁層3020、3035，由不同磁化或磁交換或磁各向異性的磁性材料構(gòu)成。這些不同的磁特性，能把磁疇壁鎖定在層3020、3035之間的邊界3025上。例如，磁疇壁3025出現(xiàn)在層3020與層3035之間。磁疇壁3030出現(xiàn)在層3035與層3040之間。
在另一個實施例中，磁疇壁3045與層3050可以出現(xiàn)在一種磁性材料，例如磁性材料II的每一層內(nèi)。形成有磁疇壁在磁性材料內(nèi)的層的能力，與鐵磁或亞鐵磁材料的性質(zhì)有關(guān)。磁疇壁在數(shù)據(jù)磁道11內(nèi)的位置，能夠通過設(shè)計，選擇磁性材料I和磁性材料II使用的磁性材料而優(yōu)化。
磁性材料層的厚度可以變化，如圖31(圖31A、31B、31C)所示。為便于說明，圖31(圖31A、31B、31C)中沒有畫出封頂層。圖31A畫出包括等厚磁層的數(shù)據(jù)磁道3005。圖31B畫出包括不等厚磁層的數(shù)據(jù)磁道3105。在圖31B中，磁性材料I的層(以層3110、3115代表)薄。磁性材料II的層(以層3120、3125代表)厚。在圖31C中，數(shù)據(jù)磁道3130也包括不等厚的磁層。在圖31C中，磁性材料I的層(以層3135、3140代表)厚。磁性材料II的層(以層3145、3150代表)薄。
圖32畫出一種制作包括不同鐵磁或亞鐵磁材料層的數(shù)據(jù)磁道3005的方法3200。在步驟3205(圖25A)，形成絕緣層2505。在步驟3210，在絕緣層2505(圖25A)上形成矩形圖形2510。在步驟3215，蝕刻矩形2510，形成溝槽2515(圖25B)。在步驟3220，用犧牲電介質(zhì)、鐵磁材料、或亞鐵磁材料填充溝槽2515(圖25C)，建立方塊2520。在步驟3225，把均一層2605加在絕緣層上(圖26)。該均一層2605的厚度可以約例如10微米。在步驟3230，在均一層2605頂部形成封頂層2610(圖26)。封頂層也可以在方塊2520已經(jīng)完成后，涂敷在層2505的頂部。
在步驟3235，用非選擇性蝕刻工藝，蝕刻穿過均一層2605到方塊2520的通路2705、2710(圖27、28、29)。如果方塊2520用犧牲材料填充，則在步驟3235，還要把犧牲材料蝕刻掉(圖29)。
在步驟3240，以不同類型鐵磁或亞鐵磁材料的交替磁層，填充通路2705、2710(圖30)，形成數(shù)據(jù)磁道3005。磁道3005中磁性材料層的厚度可以變化(圖31)。
用方法3200建立磁道11的工藝，與用方法1300制作磁道11的工藝類似，但使用多層磁性材料除外。類似地，磁道11可以用方法3200制作。在該實施例中，均一電介質(zhì)材料取代多層疊層結(jié)構(gòu)1505，且數(shù)據(jù)磁道2005用交替磁性材料層填充，而不是用均一的磁性材料填充。
應(yīng)當指出，已經(jīng)說明的本發(fā)明的具體實施例，僅僅示例說明本發(fā)明原理的某些應(yīng)用。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本文說明的、磁移位寄存器系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)磁道制作方法，作許多變化。本文說明的尺寸，只為舉例說明的目的；應(yīng)當充分明白，無意把本發(fā)明的范圍限制在這些尺寸上。
權(quán)利要求
1.一種制作包括數(shù)據(jù)磁道的磁移位寄存器的方法，包括在絕緣襯底中蝕刻溝槽；以溝槽材料填充溝槽，形成中心區(qū)；在絕緣襯底和溝槽材料頂部形成多層疊層結(jié)構(gòu)；形成兩條穿過該多層疊層結(jié)構(gòu)的通路，暴露出該中心區(qū)；和以磁性材料填充該兩條通路形成數(shù)據(jù)區(qū)和貯存區(qū)，使該數(shù)據(jù)區(qū)、中心區(qū)、和貯存區(qū)形成數(shù)據(jù)磁道。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中的溝槽材料包括均勻的磁性材料。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中的均勻磁性材料從包括鐵磁材料和亞鐵磁材料的一組材料中選出。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中的均勻磁性材料從如下一組材料中選出坡莫合金；鎳鐵合金；鈷鐵合金；由Ni、Co、和Fe中的一種或多種形成的合金；由Ni、Co、和Fe中的一種或多種結(jié)合B、Zr、Hf、Cr、Pd、和Pt中的一種或多種形成的合金。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中的溝槽材料包括非均勻的磁性材料。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中的非均勻磁性材料從包括鐵磁材料和亞鐵磁材料的一組材料中選出。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中填充的溝槽材料包括用犧牲材料填充溝槽。
8.按照權(quán)利要求1的方法，還包括在中心區(qū)上形成底部保護封頂層，以保護溝槽材料。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中的底部保護封頂層包括從包含氮化硅、氧化硅、和電介質(zhì)的一組材料中選出的材料。
10.按照權(quán)利要求8的方法，其中底部保護封頂層的厚度約在10到500nm的范圍。
11.按照權(quán)利要求1的方法，其中形成多層疊層結(jié)構(gòu)包括形成交替材料A和B的多層疊層結(jié)構(gòu)。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其中的材料A和B包括不同的材料。
13.按照權(quán)利要求11的方法，其中的材料A和B包括相似的材料。
14.按照權(quán)利要求11的方法，其中的材料A包括二氧化硅(SiO2)。
15.按照權(quán)利要求14的方法，其中的材料B包括硅(Si)。
16.按照權(quán)利要求11的方法，其中的材料A包括二氧化硅。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其中的材料B包括氮化硅(Si3N4)。
18.按照權(quán)利要求1的方法，還包括在多層疊層結(jié)構(gòu)和兩條通路頂部形成上部保護封頂層。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其中的上部保護封頂層包括電介質(zhì)材料。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中的上部保護封頂層包括氮化硅。
21.按照權(quán)利要求19的方法，其中上部保護封頂層的厚度約在10到500nm的范圍。
22.按照權(quán)利要求12的方法，其中的材料A和B對預(yù)先選定的腐蝕劑有不同的蝕刻速率。
23.按照權(quán)利要求12的方法，其中材料A和B的厚度與數(shù)據(jù)磁道中磁疇壁的分開距離對應(yīng)。
24.按照權(quán)利要求23的方法，其中材料A和B的厚度是相似的，并約在0.5到10微米的范圍。
25.按照權(quán)利要求23的方法，其中材料A和B的厚度是不同的。
26.按照權(quán)利要求11的方法，還包括蝕刻材料A和B，形成一系列沿數(shù)據(jù)磁道與磁疇壁對應(yīng)的凹陷。
27.按照權(quán)利要求11的方法，還包括蝕刻材料A和B，形成一系列沿數(shù)據(jù)磁道與磁疇壁對應(yīng)的凸起。
28.按照權(quán)利要求1的方法，其中，形成該兩條通路包括選擇性地蝕刻該兩條通路。
29.按照權(quán)利要求28的方法，其中的通路包括內(nèi)側(cè)壁；并且還包括在該內(nèi)側(cè)壁上形成絕緣層。
30.按照權(quán)利要求29的方法，其中，在該內(nèi)側(cè)壁上形成絕緣層包括使內(nèi)側(cè)壁氧化。
31.按照權(quán)利要求30的方法，其中的絕緣層包括二氧化硅。
32.按照權(quán)利要求31的方法，其中的絕緣層厚度約在3nm到30nm的范圍。
33.按照權(quán)利要求1的方法，其中，形成該兩條通路包括形成有普通方形截面的兩條通路。
34.按照權(quán)利要求1的方法，其中，形成該兩條通路包括形成有普通矩形截面的兩條通路。
35.按照權(quán)利要求1的方法，其中，形成該兩條通路包括形成有普通圓形截面的兩條通路。
36.按照權(quán)利要求11的方法，其中，形成該兩條通路包括用第一蝕刻工藝在材料A和材料B間選擇性地蝕刻材料A。
37.按照權(quán)利要求36的方法，其中，形成該兩條通路還包括與第一蝕刻工藝交替地使用第二蝕刻工藝在材料B和材料A間選擇性地蝕刻材料B。
38.按照權(quán)利要求37的方法，其中的第一蝕刻工藝在硅和二氧化硅間選擇性地蝕刻硅，和其中的第二蝕刻工藝在二氧化硅和硅間選擇性地蝕刻二氧化硅。
39.按照權(quán)利要求37的方法，其中的第一蝕刻工藝在氮化硅和氧化硅間選擇性地蝕刻氮化硅，和其中的第二蝕刻工藝在氧化硅和氮化硅間選擇性地蝕刻氧化硅。
40.按照權(quán)利要求1的方法，其中填充溝槽包括使用無電電鍍工藝。
41.按照權(quán)利要求1的方法，其中填充溝槽包括使用電鍍工藝。
42.按照權(quán)利要求1的方法，其中填充溝槽包括用犧牲材料填充溝槽；并且還包括把犧牲材料蝕刻掉。
43.一種制作包括數(shù)據(jù)磁道的磁移位寄存器的方法，包括在絕緣襯底中蝕刻兩個下部的溝槽；用導電的溝槽材料填充該兩個下部溝槽，在數(shù)據(jù)磁道上部部分形成導電焊片；在絕緣襯底和兩個下部溝槽的頂部形成多層疊層結(jié)構(gòu)；形成兩條穿過該多層疊層結(jié)構(gòu)的通路，暴露出該兩個下部溝槽；在多層疊層結(jié)構(gòu)中形成上部溝槽，該溝槽連接該兩條通路；和以磁性材料填充該兩條通路和該上部溝槽，形成數(shù)據(jù)磁道的數(shù)據(jù)區(qū)、中心區(qū)、和貯存區(qū)。
44.按照權(quán)利要求43的方法，其中，形成多層疊層結(jié)構(gòu)包括形成交替材料A和B的多層疊層結(jié)構(gòu)。
45.按照權(quán)利要求44的方法，還包括在絕緣襯底和兩個下部溝槽的頂部形成底部保護封頂層。
46.按照權(quán)利要求45的方法，其中的底部保護封頂層包括電介質(zhì)材料。
47.按照權(quán)利要求46的方法，其中的底部保護封頂層包括氮化硅。
48.按照權(quán)利要求46的方法，其中底部保護封頂層的厚度約在10到500nm的范圍。
49.按照權(quán)利要求43的方法，還包括在形成兩條通路前在多層疊層結(jié)構(gòu)的頂部形成上部保護封頂層。
50.按照權(quán)利要求43的方法，其中，形成兩條通路包括用非選擇性蝕刻工藝在多層疊層結(jié)構(gòu)中蝕刻該兩條通路。
51.按照權(quán)利要求50的方法，其中的通路包括內(nèi)壁；并且其中，形成該兩條通路還包括使用選擇性蝕刻工藝通過比材料B更快地蝕刻材料A的選擇性蝕刻選擇性地蝕刻通路的內(nèi)壁。
52.按照權(quán)利要求51的方法，還包括用均勻磁性材料填充該兩條通路。
53.按照權(quán)利要求52的方法，其中的均勻磁性材料從包括鐵磁材料和亞鐵磁材料的一組材料中選出。
54.按照權(quán)利要求44的方法，還包括形成兩條穿過該多層疊層結(jié)構(gòu)的導電層通路，暴露出兩個下部溝槽。
55.按照權(quán)利要求54的方法，還包括用導電材料填充該導電層通路。
56.按照權(quán)利要求43的方法，其中，蝕刻該兩個下部溝槽包括在絕緣襯底中形成該兩個下部溝槽形狀的圖形。
57.一種制作包括數(shù)據(jù)磁道的磁移位寄存器的方法，包括在絕緣襯底中蝕刻溝槽；以溝槽材料填充溝槽，形成中心區(qū)；在絕緣襯底和溝槽材料頂部形成均一的層；形成兩條穿過該均一層的通路，暴露出該中心區(qū)；和以交替的磁性材料層填充該兩條通路，形成數(shù)據(jù)區(qū)和貯存區(qū)，使該數(shù)據(jù)區(qū)、中心區(qū)、和貯存區(qū)形成數(shù)據(jù)磁道。
58.按照權(quán)利要求57的方法，其中，以交替的磁性材料層填充該兩條通路包括以至少兩種交替材料填充每一條通路。
59.按照權(quán)利要求58的方法，其中，形成該兩條通路包括使用非選擇性蝕刻工藝在該均一層中蝕刻該兩條通路。
60.按照權(quán)利要求59的方法，其中，該兩種交替材料是從包括鐵磁材料和亞鐵磁材料的一組材料中選出的。
61.按照權(quán)利要求57的方法，其中均一層的厚度約10微米。
62.按照權(quán)利要求57的方法，其中均一層的厚度至少約10微米。
63.按照權(quán)利要求57的方法，還包括在均一層的頂部形成保護封頂層。
64.按照權(quán)利要求57的方法，其中的保護封頂層包括氮化硅。
65.按照權(quán)利要求57的方法，其中，在絕緣襯底中蝕刻溝槽包括在絕緣襯底中形成溝槽形狀的圖形。
66.按照權(quán)利要求57的方法，其中的均一層包括從包含硅和電介質(zhì)材料的一組中選出的材料。
67.按照權(quán)利要求66的方法，其中的均一層包括從包含二氧化硅和氮化硅的一組中選出的材料。
全文摘要
一種在磁移位寄存器式存儲器系統(tǒng)中使用的磁數(shù)據(jù)磁道，可以通過形成交替電介質(zhì)和/或硅層的多層疊層結(jié)構(gòu)來制作。在該交替層的多層疊層結(jié)構(gòu)內(nèi)蝕刻出高約10微米、截面在100nm×100nm量級的通路。通路可以蝕刻成有光滑的或凹陷的壁。以交替類型的鐵磁或亞鐵磁金屬的電鍍層填充通路。該交替的鐵磁或亞鐵磁層包括有不同磁化或磁交換或磁各向異性的磁性材料。這些不同的磁特性能把磁疇壁鎖定在這些層之間的邊界上。另外，可以用均勻的鐵磁材料填充通路。磁疇壁由鐵磁或亞鐵磁材料中的不連續(xù)性形成，這種不連續(xù)性出現(xiàn)在沿通路壁的凹陷處或凸起處。
文檔編號G11C19/00GK1691200SQ20051005095
公開日2005年11月2日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者斯圖爾特·P.·帕金, 陳自強 申請人:國際商業(yè)機器公司