用于制造磁性结的自组装图案方法技术

描述了可用于磁性器件中的磁性结和一种用于提供磁性结的方法。提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘基质的磁晶种岛。在图案化的晶种层之后提供磁阻堆栈的至少一部分。磁阻堆栈包括至少一个磁性分离层。磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。该方法至少使磁阻堆栈的该部分退火，以使得该至少一个磁性分离层分离。磁性分离层的成分分离，使得磁性材料的部分与磁晶种岛对准，并且使得绝缘体的部分与绝缘基质对准。

【技术实现步骤摘要】
用于制造磁性结的自组装图案方法相关申请的交叉引用本申请要求转让给本申请的受让人的2017年5月30日递交的题为“SELF-ASSEMBLEDPATTERNINGPROCESSFORMAGNETICDEVICESSUCHASSPINTRANSFERTORQUEMAGNETICRANDOMACCESSMEMORIES”的美国临时专利申请62/512,656、以及2017年7月25日递交的题为“SELF-ASSEMBLEDPATTERNINGPROCESSFORMAGNETICDEVICESSUCHASSPINTRANSFERTORQUEMAGNETICRANDOMACCESSMEMORIES”的美国专利申请15/659,613的权益，并通过引用将其合并于此。
技术介绍
磁性存储器，特别是磁性随机存取存储器(MRAM)，由于它们具有高读/写速度、优异的耐久性、非易失性和在操作期间的低功耗的潜力而引起越来越多的兴趣。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移扭矩随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用由通过磁性结驱动的电流至少部分地写入的磁性结。传统的磁隧道结(MTJ)可以用于传统的STT-MRAM中。MTJ包括钉扎层、自由层以及钉扎层与自由层之间的隧穿势垒层。MTJ通常驻留在衬底上并且可以包括晶种层和覆盖层以及邻接钉扎层的反铁磁(AFM)钉扎层。MTJ下方的底部触点和MTJ上的顶部触点可以用于以电流垂直于平面(CPP)的方向驱动通过MTJ的电流。钉扎层和自由层是磁性的。钉扎层的磁化被固定或钉在特定方向上。自由层具有可变的磁化。自由层和钉扎层均可以是单层或者包括多个层。钉扎层和自由层可以使其磁化方向垂直于层的平面(垂直于平面)或在层的平面中取向(平面内)。为了切换传统自由层的磁化，使电流垂直于平面被驱动。电流变为自旋极化并在自由层的磁矩上施加自旋扭矩。当从顶部触点向底部触点驱动足够的电流时，传统自由层的磁化可以切换为平行于传统的底部钉扎层的磁化。当从底部触点向顶部触点驱动足够的电流时，自由层的磁化可以切换为与底部钉扎层的磁化反平行。磁配置的差异对应于不同的磁阻，并因此对应于常规MTJ的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)。为了在STT-MRAM中制造传统的MTJ，将MTJ中的各层毯式地沉积在衬底的整个表面上。这些层形成MTJ堆栈。钉扎层、非磁性间隔层和自由层的各层都包含在MTJ堆栈中。诸如晶种层和/或覆盖层的附加层也可以是MTJ堆栈的一部分。一旦整个MTJ堆栈被沉积，则提供掩膜。掩膜覆盖将要形成MTJ的区域并且在MTJ之间具有孔隙。然后去除MTJ堆栈的暴露部分。这种去除可以通过诸如反应离子蚀刻(RIE)和/或离子铣削之类的工艺来完成。因此，单个MTJ是从MTJ堆栈限定的。然后可以完成STT-MRAM的制造。例如，可以形成绝缘填充物、导线和其他组件。越来越需要高密度STT-MRAM器件。存储器单元之间的间距以及因此常规MTJ之间的间距继续缩小。MTJ堆栈的高度不一定随着间距的减小而减小。因此，纵横比(高度除以宽度或高度除以长度)可能会增加。随着MTJ之间的间距减小并且纵横比增加，制造可以变得更具挑战性。例如，离子铣削可能不能以更小的间距和更高的纵横比来限定MTJ。此外，由于MTJ具有多层的不同材料，因此目前没有单个RIE化学品可用于制造。因此，需要一种可以对基于自旋转移扭矩的存储器的制造进行改进的方法和系统。本文描述的方法和系统解决了这种需求。
技术实现思路
描述了可用于磁性器件中的磁性结和一种用于提供磁性结的方法。提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘基质的磁晶种岛。磁晶种岛可以是磁性的或非磁性的。磁晶种岛是用于磁结构的晶种结构。在图案化的晶种层之后提供磁阻堆栈的至少一部分。磁阻堆栈的该部分包括至少一个磁性分离层。磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。该方法至少使磁阻堆栈的该部分退火，以使得该至少一个磁性分离层分离。磁性分离层的成分分离，使得磁性材料的部分与磁晶种岛对准，并且使得绝缘体的部分与绝缘基质对准。附图说明图1是描绘了用于提供可用于磁性器件(例如，使用自旋转移扭矩可编程的磁性存储器)中的自组装磁性结的方法的示例性实施例的流程图。图2至图5描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。图6是描绘了用于提供可用于磁性器件(例如，使用自旋转移扭矩可编程的磁性存储器)中的自组装磁性结的方法的示例性实施例的流程图。图7至图11描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。图12至图13描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。图14是描绘了用于提供可用于磁性器件(例如，使用自旋转移扭矩可编程的磁性存储器)中的自组装磁性结的方法的另一示例性实施例的流程图。图15至图17描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。图18至图19描绘了制造期间自组装磁性结的另一示例性实施例。图20至图21描绘了制造期间自组装磁性结的另一示例性实施例。图22描绘了在存储单元的存储器元件中利用磁性结的存储器的示例性实施例。具体实施方式示例性实施例涉及可用于诸如磁性存储器之类的磁性器件中的磁性结以及使用这种磁性结的器件。磁性存储器可以包括自旋转移扭矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)，并且可以用于采用非易失性存储器的电子设备中。这样的电子设备包括但不限于蜂窝电话、智能电话、平板电脑、膝上型电脑和其他便携式和非便携式计算设备。给出以下描述以使本领域普通技术人员能够制造和使用本专利技术，并且在专利申请及其要求的上下文中提供以下描述。对本文描述的示例性实施例以及一般原理和特征的各种修改将是显而易见的。主要根据在特定实现中提供的特定方法和系统来描述示例性实施例。但是，这些方法和系统将在其他实现中有效地运行。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”等短语可以指代相同或不同的实施例以及多个实施例。将针对具有特定组件的系统和/或设备来描述实施例。然而，系统和/或设备可以包括比所示组件更多或更少的组件，并且可以在不脱离本专利技术的范围的情况下对组件的布置和类型进行改变。还将在具有特定步骤的特定方法的上下文中描述示例性实施例。然而，该方法和系统有效地用于具有与示例性实施例不矛盾的不同和/或附加步骤和不同顺序的步骤的其他方法。因此，本专利技术并非意在限于所示实施例，而应被赋予与本文描述的原理和特征一致的最宽范围。描述了可用于磁性器件中的磁性结和用于提供磁性结的方法。提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘基质的磁晶种岛。磁晶种岛可以是磁性的或非磁性的。磁晶种岛是用于磁结构的晶种结构。在图案化的晶种层之后提供磁阻堆栈的至少一部分。磁阻堆栈的这部分包括至少一个磁性分离层。磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。该方法至少使磁阻堆栈的该部分退火，以使得该至少一个磁性分离层分离。磁性分离层的成分分离，使得磁性材料的部分与磁晶种岛对准，并且使得绝缘体的部分与绝缘基质对准。在特定方法、磁性结和具有特定组件的磁性存储器的上下文中对示例性实施例进行描述。本领域的普通技术人员将容易认识到，本专利技术与如下磁性结和磁性存储器的使用是一致的，所述磁性结和磁性存储器具有与本专利技术不矛盾的其他和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在衬底上提供能够用于磁性器件的多个磁性结的方法，所述方法包括：提供图案化的晶种层，所述图案化的晶种层包括散布有绝缘基质的多个磁晶种岛；在提供所述图案化的晶种层的步骤之后提供磁阻堆栈的至少一部分，所述磁阻堆栈包括至少一个磁性分离层，所述至少一个磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体；使所述磁阻堆栈的所述至少一部分退火，以使得所述至少一个磁性分离层分离，使得所述至少一种磁性材料的多个部分与所述多个磁晶种岛对准，并且使得所述至少一个绝缘体的多个部分与所述绝缘基质对准。

【技术特征摘要】
2017.05.30 US 62/512,656;2017.07.25 US 15/659,6131.一种用于在衬底上提供能够用于磁性器件的多个磁性结的方法，所述方法包括：提供图案化的晶种层，所述图案化的晶种层包括散布有绝缘基质的多个磁晶种岛；在提供所述图案化的晶种层的步骤之后提供磁阻堆栈的至少一部分，所述磁阻堆栈包括至少一个磁性分离层，所述至少一个磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体；使所述磁阻堆栈的所述至少一部分退火，以使得所述至少一个磁性分离层分离，使得所述至少一种磁性材料的多个部分与所述多个磁晶种岛对准，并且使得所述至少一个绝缘体的多个部分与所述绝缘基质对准。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个磁阻结中的每一个包括钉扎层、非磁性间隔层和自由层，所述非磁性间隔层位于所述钉扎层和所述自由层之间，与所述多个磁晶种岛对准的所述至少一种磁性材料的所述多个部分中的部分形成所述钉扎层和所述自由层中的一个，所述方法还包括：提供所述磁阻堆栈的剩余部分，所述磁阻堆栈的剩余部分包括用于所述非磁性间隔层的第一层和用于所述钉扎层和所述自由层中的另一个的第二层。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：从所述磁阻堆栈的剩余部分至少限定所述钉扎层和所述自由层中的另一个。4.根据权利要求2所述的方法，还包括：提供包括与所述多个磁晶种岛对准的多个电极在内的图案化的顶部电极层；以及在提供所述图案化的顶部电极层的步骤之后，从所述磁阻堆栈的剩余部分至少限定所述钉扎层和所述自由层中的另一个。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个磁性结中的每一个还包括附加的钉扎层和附加的非磁性间隔层，所述附加的非磁性间隔层位于所述附加的钉扎层和所述自由层之间，其中所述磁阻堆栈还包括用于所述附加的非磁性间隔层的第三层和用于所述附加的钉扎层的第四层，并且其中所述方法还包括：从所述磁阻堆栈的剩余部分至少限定所述自由层和所述附加的钉扎层。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个磁性结中的每一个包括钉扎层、非磁性间隔层和自由层，所述非磁性间隔层位于所述钉扎层和所述自由层之间，与所述多个磁晶种岛对准的所述至少一种磁性材料的所述多个部分中的部分形成所述钉扎层和所述自由层中的一个，其中提供所述磁阻堆栈的至少一部分的步骤还包括：提供用于所述非磁性间隔层的第一层；提供用于所述钉扎层和所述自由层中的另一个的至少一个附加分离层，所述至少一个附加分离层包括至少一种附加磁性材料和至少一个附加绝缘体，所述至少一个附加分离层由于提供所述退火的步骤而分离，使得所述至少一种附加磁性材料的多个部分与用于所述多个磁性结的所述至少一种磁性材料的所述多个部分对准，所述至少一种附加磁性材料的所述多个部分中的部分形成所述钉扎层和所述自由层中的另一个。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔·尼基京，德米特罗·阿帕尔科夫，塞巴斯蒂安·沙费尔，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR