用于改善磁阻式隧道結(jié)(mtj)器件鐵磁層中的外圍邊緣損傷的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于改善磁阻式隧道結(jié)(MTJ)器件鐵磁層中的外圍邊緣損傷的方法和裝置
[0001]公開領(lǐng)域
[0002]本公開的技術(shù)領(lǐng)域涉及磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲器單元中的磁阻元件的制造和結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]MTJ被認(rèn)為是用于下一代非易失性存儲器的頗具前景的技術(shù)。潛在的益處包括快速切換、高切換周期耐久性、低功耗、以及擴(kuò)展的斷電歸檔存儲。
[0004]—種常規(guī)的MTJ元件具有由隧道阻擋層分開的固定磁化層(替換地稱為“釘扎”或“參考”層)和“自由”磁化層。自由層是可在兩種相對磁化狀態(tài)之間切換的，一種磁化狀態(tài)是“平行”(P)于固定層的磁化，而另一種磁化狀態(tài)是相反的，或即“反向平行”(AP)于固定磁化層。MTJ元件被稱為“磁阻的”，因為當(dāng)處于P狀態(tài)時，其電阻低于處于AP狀態(tài)時的電阻。通過注入寫電流，MTJ自由層的磁化可在P與AP狀態(tài)之間切換。寫電流的方向?qū)顟B(tài)是決定性的。P和AP狀態(tài)通過注入?yún)⒖茧娏鞑z測電壓可對應(yīng)于“0”和“1”，即一個二進(jìn)制位。
[0005]固定層和自由層的材料和結(jié)構(gòu)涉及賦予這些層某些鐵磁性質(zhì)。已知的MTJ元件制造技術(shù)包括蝕刻大面積多層結(jié)構(gòu)，使其各組成層變成MTJ元件陣列，留下橢圓柱陣列，每個橢圓柱是起始大面積多層結(jié)構(gòu)的組成層的堆疊。由于組成層的堆疊次序，其相應(yīng)厚度，以及相應(yīng)的電、鐵磁、和/或絕緣性質(zhì)，每個柱是MTJ元件。
[0006]然而，某些蝕刻工藝可能導(dǎo)致各柱的鐵磁層的外圍處的化學(xué)損傷。這些鐵磁層的化學(xué)損傷外圍可以保留并且可以展現(xiàn)某些鐵磁性質(zhì)。然而，表征被損傷外圍的鐵磁性的一個或多個參數(shù)值可以與其起始值顯著不同。各種成本都可歸因于該損傷。各示例可包括減少的器件產(chǎn)量以及減小的MTJ器件密度。
[0007]概述
[0008]在一個實施例中，提供了用于形成磁性隧道結(jié)層的方法，并且各示例可包括:形成具有被化學(xué)損傷外圍區(qū)域包圍的鐵磁主區(qū)域的進(jìn)程內(nèi)鐵磁層以使得該化學(xué)損傷外圍區(qū)域是弱鐵磁性的，以及將該化學(xué)損傷外圍區(qū)域的至少一部分變換為非鐵磁性的化學(xué)改性外圍部分。
[0009]在一方面，將化學(xué)損傷區(qū)域的至少一部分變換為化學(xué)改性外圍部分可包括:氧化、氮化、或氟化，或者可包括氧化、氮化和/或氟化的任何組合。
[0010]在一個實施例的一方面，各方法可進(jìn)一步包括:形成保護(hù)層以包圍該化學(xué)改性外圍部分。
[0011]在一個實施例的另一方面，各方法可包括:標(biāo)識或提供磁性隧道結(jié)層的目標(biāo)有效面積，以及執(zhí)行進(jìn)程內(nèi)鐵磁層的形成以向該進(jìn)程內(nèi)鐵磁層提供比該目標(biāo)有效面積大的面積尺寸。在相關(guān)方面，該變換可以形成具有鐵磁性主區(qū)域的磁性隧道結(jié)層，該主區(qū)域具有大致等于目標(biāo)有效面積的面積。
[0012]在一個實施例中，提供了用于制造磁性隧道結(jié)器件的方法，并且各示例可包括:提供包括基板、該基板之上的釘扎鐵磁層、該釘扎鐵磁層之上的隧道阻擋層、以及該隧道阻擋層之上的鐵磁自由層的多層結(jié)構(gòu)。在一方面，各方法包括:蝕刻該多層結(jié)構(gòu)以形成柱，該柱包括具有鐵磁自由層的一部分的進(jìn)程內(nèi)鐵磁層。在一相關(guān)方面，該蝕刻可以形成進(jìn)程內(nèi)鐵磁層以包括鐵磁主區(qū)域和包圍該鐵磁主區(qū)域的化學(xué)損傷外圍區(qū)域，其中該化學(xué)損傷外圍區(qū)域是弱鐵磁性的。根據(jù)一個實施例的各方法進(jìn)一步包括:將該化學(xué)損傷外圍區(qū)域的至少一部分變換為化學(xué)改性外圍部分，并且根據(jù)一方面；該化學(xué)改性外圍部分是無鐵磁性的。
[0013]在一方面，各方法可進(jìn)一步包括:形成保護(hù)層以包圍化學(xué)改性外圍部分，并且進(jìn)行另一蝕刻以進(jìn)一步形成柱從而包括另一進(jìn)程內(nèi)鐵磁層，該另一進(jìn)程內(nèi)鐵磁層具有釘扎鐵磁層的一部分。
[0014]在一個實施例中，提供了用于形成磁性隧道結(jié)(MTJ)層的方法，并且可包括:形成進(jìn)程內(nèi)磁性層的步驟，該進(jìn)程內(nèi)磁性層具有大于目標(biāo)有效MTJ面積的進(jìn)程內(nèi)面積尺寸，其中該形成在該進(jìn)程內(nèi)磁性層的外圍處形成化學(xué)損傷區(qū)域；以及將該化學(xué)損傷區(qū)域的至少一部分變換為化學(xué)改性外圍部分的步驟，其中該化學(xué)改性外圍部分是非鐵磁性的。
[0015]—個實施例提供了一種用于形成磁性隧道結(jié)(MTJ)層的設(shè)備，并且示例設(shè)備可包括:用于形成進(jìn)程內(nèi)鐵磁層的裝置，該進(jìn)程內(nèi)鐵磁層具有大于目標(biāo)有效MTJ面積的進(jìn)程內(nèi)面積尺寸，其中該形成在該進(jìn)程內(nèi)磁性層的外圍處形成化學(xué)損傷區(qū)域；以及用于將該化學(xué)損傷區(qū)域的至少一部分變換為化學(xué)改性外圍部分的裝置，其中該化學(xué)改性外圍部分是無鐵磁性的。
[0016]在一方面，示例設(shè)備可進(jìn)一步包括:用于保護(hù)該化學(xué)改性外圍部分免于來自進(jìn)一步處理的損傷的裝置。
[0017]—個實施例提供了一種用于制造磁性隧道結(jié)(MTJ)器件的設(shè)備，并且示例設(shè)備可包括:用于形成包括進(jìn)程內(nèi)磁性層的柱的裝置，該進(jìn)程內(nèi)磁性層具有大于給定面積尺寸的進(jìn)程內(nèi)面積尺寸，其中該形成在進(jìn)程內(nèi)鐵磁層的外圍處形成化學(xué)損傷區(qū)域；以及用于將該化學(xué)損傷區(qū)域的至少一部分變換為化學(xué)改性外圍部分的裝置，其中該化學(xué)改性外圍部分是無鐵磁性的。
[0018]一個實施例提供了一種磁性隧道結(jié)器件，其可包括:基板、該基板之上的釘扎鐵磁層、該釘扎鐵磁層之上的隧道阻擋層、以及該隧道阻擋層之上的鐵磁自由層，并且該釘扎鐵磁層或鐵磁自由層中的至少一者可具有被無鐵磁性的外圍邊緣區(qū)域包圍的鐵磁主區(qū)域。
[0019]—個實施例提供了一種包括指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，該指令在由處理器裝置執(zhí)行時使該處理器裝置執(zhí)行實現(xiàn)用于形成磁性隧道結(jié)層的方法的操作，包括可使該處理器裝置形成進(jìn)程內(nèi)鐵磁層的指令，該進(jìn)程內(nèi)鐵磁層具有被弱鐵磁性的化學(xué)損傷外圍邊緣區(qū)域包圍的鐵磁主區(qū)域。這一個實施例進(jìn)一步包括:在由處理器執(zhí)行時使該處理器將該化學(xué)損傷外圍邊緣區(qū)域的至少一部分變換為化學(xué)改性外圍部分以形成磁性隧道結(jié)層的指令，并且在一方面，該化學(xué)改性外圍部分是非鐵磁性的。
[0020]一個實施例提供了一種包括指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，該指令在由處理器裝置執(zhí)行時使該處理器裝置執(zhí)行實現(xiàn)用于制造磁性隧道結(jié)器件的方法的操作，該指令包括:可使該處理器裝置蝕刻多層結(jié)構(gòu)以形成柱的指令，該多層結(jié)構(gòu)具有:基板、該基板之上的釘扎鐵磁層、該釘扎鐵磁層之上的隧道阻擋層、以及該隧道阻擋層之上的鐵磁自由層，其中該柱包括具有鐵磁自由層的一部分的進(jìn)程內(nèi)鐵磁層，其中該進(jìn)程內(nèi)鐵磁層包括鐵磁主區(qū)域和包圍該鐵磁主區(qū)域的化學(xué)損傷外圍區(qū)域，其中該化學(xué)損傷外圍區(qū)域是弱鐵磁性的，并且其中該指令進(jìn)一步包括使該處理器裝置將該化學(xué)損傷外圍區(qū)域的至少一部分變換為化學(xué)改性外圍部分的指令，其中該化學(xué)改性外圍部分是無鐵磁性的。
[0021]附圖簡述
[0022]給出附件中找到的附圖以幫助對本發(fā)明實施例進(jìn)行描述，且提供附圖僅用于解說實施例而非對其進(jìn)行限定。
[0023]圖1是在垂直于一個示例常規(guī)多層MTJ器件的一個常規(guī)多層柱結(jié)構(gòu)的組成層的延伸面的投影面上的橫截面視圖。
[0024]圖2是來自圖1的常規(guī)多層MTJ器件的一個鐵磁層的圖1的投影2-2的視圖，其中重疊示圖指示具有“理想”化學(xué)/鐵磁結(jié)構(gòu)的外圍區(qū)域。
[0025]圖3A是一個常規(guī)多層MTJ器件的一個常規(guī)多層柱結(jié)構(gòu)的圖1的橫截面視圖，其中重疊示圖示出在常規(guī)蝕刻中形成的MTJ鐵磁層的損傷外圍區(qū)域的示例性空間方面。
[0026]圖3B通過圖3A的投影面3_3上的重疊示圖示出了圖3A的常規(guī)多層MTJ器件的示例MTJ鐵磁層之一的常規(guī)蝕刻損傷外圍區(qū)域的示例性空間方面。
[0027]圖4A是在垂直于組成層的延伸面的投影面上的橫截面視圖，其示出了根據(jù)一個示例性實施例構(gòu)造并根據(jù)該示例性實施例形成的一個示例化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的各方面。
[0028]圖4B是來自圖4A的投影4_4的視圖，其示出了根據(jù)一個示例性實施例構(gòu)造并根據(jù)該示例性實施例形成的圖4A的化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的一個化學(xué)改性邊緣鐵磁層。
[0029]圖5A是在垂直于組成層的延伸面的投影面上的橫截面圖，其示出了根據(jù)另一示例性實施例構(gòu)造并根據(jù)該示例性實施例形成的一個示例化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的各方面。
[0030]圖5B是來自圖5A的投影5-5的視圖，其示出了根據(jù)另一示例性實施例構(gòu)造并根據(jù)該示例性實施例形成的圖5A的化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的一個化學(xué)改性邊緣鐵磁層。
[0031]圖6A-6F示出了在垂直于組成起始和進(jìn)程內(nèi)層的延伸面的投影面上的橫截面圖的快照序列，其描述了根據(jù)一個或多個示例性實施例的示例結(jié)構(gòu)和提供一個化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的示例過程。
[0032]圖7A-7F示出了在垂直于組成起始和進(jìn)程內(nèi)層的延伸面的投影面上的橫截面圖的快照序列，其描述了根據(jù)另外一個或多個示例性實施例的示例結(jié)構(gòu)和提供一個化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的示例過程。
[0033]圖8示出了根據(jù)一個或多個示例性實施例的提供化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的各個方面的操作的一個流程圖。
[0034]圖9示出了根據(jù)各個示例性實施例的各個方面的具有、支持、集成和/或采用化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的一個無線通信系統(tǒng)的一個系統(tǒng)圖，以及制造化學(xué)改性邊緣多層MTJ器件的過程。
[0035]詳細(xì)描述
[0036]本發(fā)明的各方面在以下針對本發(fā)明具體實施例的描述和有關(guān)附圖中被公開?？梢栽O(shè)計替換實施例而不會脫離本發(fā)明的范圍。另外，本發(fā)明中眾所周知的元素將不被詳細(xì)描述或?qū)⒈皇∪ヒ悦鉄煕]本發(fā)明的相關(guān)細(xì)節(jié)。
[0037]措辭“示例性”在本文中用于表示“用作示例、實例或解說”。本文中描述為“示例性”的任何實施例不必被解釋為優(yōu)于或勝過其他實施例。同樣，術(shù)語“本發(fā)明的各實施例”并不要求本發(fā)明的所有實施例都包括所討論的特征、優(yōu)點、或工作模式。
[0038]本文中所使用的術(shù)語出于描述根據(jù)特定實施例的示例的目的，而并不旨在限定本發(fā)明的實施例。如本文所使用的，單數(shù)形式的“一”、“某”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確指示。還將理解，術(shù)語“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”在本文中使用時指明所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、和/或組件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組件和/或其群組的存在或添加。
[0039]此外，許多實施例是根據(jù)將由例如計算設(shè)備的元件執(zhí)行的動作序列來描述的。將認(rèn)識到，本文描述的各種動作能由專用電路(例如，專用集成電路(ASIC))、由正被一個或多個處理器執(zhí)行的程序指令、或由這兩者的組合來執(zhí)行。另外，本文中所描述的這些動作序列可被認(rèn)為是完全體現(xiàn)在任何形式的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)內(nèi)，該計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)內(nèi)存儲有一經(jīng)執(zhí)行就將使相關(guān)聯(lián)的處理器執(zhí)行本文所描述的功能性的相應(yīng)計算機(jī)指令集。因此，本發(fā)明的各種方面可以用數(shù)種不同形式