铁磁共振测量方法技术

一种铁磁共振测量方法，包括：磁性薄膜或堆叠层被图案化至具有延长轴长度的细长结构物。于有关于延长轴(平行于面内且垂直于长轴)的两个不同方向或垂直于平面的一方向施加磁场(H)。在其他实施例中，施加磁场(H)以在x轴方向沿着长轴平行于细长结构的第一组，及在y轴方向沿着长轴垂直于细长结构的第二组。从测量共振频率差(Δfr)(用于固定磁场并扫描频率的范围)中或测量共振场差(ΔHr)(用于固定微波频率并扫描磁场振幅的范围)中，使用去磁因子的方程式决定饱和磁化量(Ms)。

Ferromagnetic resonance measurement method

【技术实现步骤摘要】
铁磁共振测量方法
本公开涉及一种铁磁共振(ferromagneticresonance，FMR)测量方法以用于测量图案化于细长结构(例如：平行的条带)中的磁性薄膜及多层堆叠中的饱和磁化量(saturationmagnetization，Ms)，特别涉及用以测量已图案化的结构的铁磁共振光谱(FMRspectra)，其中该已图案化的结构位于沿着相对于这种结构的长轴的磁场的至少两个不同方向的全部的晶圆上，然后，根据两次测量的共振场差或共振频率差来计算饱和磁化量(Ms)。
技术介绍
磁性薄膜(magneticthinfilm)和多层结构在各种类型的磁性装置中起着关键作用，例如：磁性硬盘驱动器(magneticharddiskdrive，HDDdrive)、磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmemory，MRAM)、旋转力矩振荡器(spintorqueoscillaor，STO)和磁性畴壁装置(magneticdomainwalldevices)。为了开发和优化这样的装置，监视和特征化磁性薄膜堆叠是必要的。必须使用各种不同的磁性特征化技术来决定所有基本的磁性参数，例如：晶形非等向性(crystallineanisotropy)、表面或界面非等向性(surfaceorinterfaceanisotropy)、饱和磁化量(Ms)、阻尼常数(dampingconstant，α)、旋磁比(gyromagneticratio，γ)、非均匀谱线增宽(inhomogeneousbroadening)、电阻和面积的乘积(RA)、及磁阻比(magnetoresistiveratio，MR)。某些上述参数(RA和MR)可以通过非侵入性传输测量(例如：电流平面穿隧(Current-in-PlaneTunneling，CIPT))在工业尺寸的晶圆(直径为6、8、12英寸或更大)上来被确定。其他磁性参数通常由FMR技术来确定以得出非等向性场(anisotropyfield，HK)、旋磁比(γ)、阻尼常数(α)或非均匀谱线增宽(L0)，或由振动样品磁力测定(vibrationsamplemagnetometry，VSM)和超导量子干涉仪(superconductingquantuminterferenceDevice，SQUID)中的一个或两个来确定饱和磁化量(Ms)。然而，这些技术通常需要将晶圆尺寸磁性薄膜切成小试片(coupon)，从而使这种特征化工具可被破坏、不切实际、费时费力，这对成本产生不利影响。在现有技术中，通常使用一种方法来执行FMR测量，该方法包括通过结合微波激发(microwaveexcitation)和准静态磁场(quasi-staticmagneticfield)来探测磁性系统(薄膜、多层堆叠或结构化装置)。通过以一恒定的微波频率扫描磁场或通过以一恒定的磁场扫描频率来获取FMR数据。当达到铁磁共振条件时，可以通过铁磁样品对微波(RF信号)的增强吸收来检测到它。因此，对于每个谐振条件，谐振(FMR)条件由磁场(Hr)和微波频率值(fr)来定义。如前所述，由于成本原因，使用芯片的FMR测量在工业环境中仍不被接受的。此外，期望能够仅使用一种测量方法来获得除非等向性场(Hk)、旋磁比(γ)、阻尼常数(α)和非均匀谱线增宽(L0)结果之外的饱和磁化量(Ms)数据，以提高效率。因此，需要一种改进的FMR测量方法，该方法能够对整个芯片进行全自动测量，并且能够确定饱和磁化量(Ms)值。该改进的FMR测量方法还应该能够在薄膜的已图案化叠层(例如：磁性穿隧接面叠层(magnetictunneljunctionstacks，MJTstacks))上获得上述数据。
技术实现思路
本公开的一个目的是提供一种FMR方法，其用于决定包括整个芯片上多层MTJ堆叠的磁性薄膜中的饱和磁化量(Ms)。本公开的第二目的是提供根据第一目的的FMR方法，该FMR方法在于更有弹性的施加不同方向的磁场及用于测量的图案的尺寸方面具有灵活性。本公开的一个实施例中，这些目的是利用被配置为相连于探测站(probestation)的控制器(电脑)的周边的FMR测量系统来实现。FMR测量系统可以基于相关专利申请号15/463,074和15/875,004中所述的感应技术，或者可以使用一个或多个与安装板相连的探测器，该安装板还容纳由一个或多个磁场源组成的磁性组件。在相关的专利申请号15/875,004和16/056,783中描述了有关于磁场源的相关技术。因此，本公开的FMR测量可以利用在相关专利申请中描述的全自动晶圆层FMR装置来执行。磁性组件可以被配置为施加“垂直于平面”的磁场，并且安装板上的一个或多个RF探测器可以接触磁性薄膜上的多个预定位置，从而连续地或同时地测量多个位置。在其他一实施例中，磁性组件包括位于RF探测器两侧的两个磁极(或2的倍数个(2m)磁极，其中每一对磁极中的一磁极被设置于m个RF探测器的其中之一的每一边，其中m是一大于或等于2的整数)，从而在FMR测量期间向每个预定测试位置的磁性薄膜提供平面内的磁场。该磁极靠近磁性薄膜，但是不接触磁性薄膜的上表面。依据一实施例表示用于执行FMR测量的RF传输模式，RF输入信号通过探测端(probetip)中的信号(S)路径，同时将磁场施加到与射频探测端(RFprobetip)接触的磁性结构上。当RF电流激发测试结构中的磁性层时，会出现功率损耗，该功率损耗会通过信号路径在RF输出信号中传输并由射频二极管(RFDiode)检测到。射频二极管可以连接到模拟数字转换器(analog-to-digitalconverte，ADC)，该模拟数字转换器通过可选的数据获取(dataacquisition，DAQ)系统将数据传输到控制器。根据固定磁场(H)的函数，针对不同的施加的射频(RF)(微波)频率，测量通过测试结构的发射射频功率(RFpower)，或者在施加固定的微波频率时，通过扫描不同的H值来测量。在其他一实施例中，FMR测量是在反射模式(reflectancemode)下进行的，保留第一实施例中的元件，除了插入射频电路(RFcircuit)中的定向耦合器(directionalcoupler)之外，由于RF输入信号和RF输出信号可以往返定向耦合器，使得射频探测端仅需要一个S路径。RF输出信号从定向耦合器发送到射频二极管，然后再发送到模拟数字转换器(ADC)、数据获取系统(DAQsystem)和控制器。本公开的FMR测量方法还包括在被测晶圆(waferundertest，WUT)上，图案化薄膜堆叠为多个条纹或已知尺寸(包括：长度L、宽度w和厚度t)的其他细长特征。此后，在测试位置扫过一定范围的RF频率时通过沿两个不同方向施加磁场(H)，或在固定的RF频率扫描不同的磁场(H)以取得FMR频谱。例如，当条纹状图案具有沿着x轴的长度方向和沿着y轴的宽度方向时，在x轴方向上施加第一磁场，并且在y轴方向上施加第二磁场。或者，在x轴(或y轴)方向上施加第一磁场，并且在z轴(垂直于平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁磁共振测量方法，用于决定在一磁性薄膜中或在具有形成于一晶圆上的至少一磁性层的一多层结构中的饱和磁化量(Ms)，并包括：/n形成一图案于该磁性薄膜中或该多层结构中，其中该磁性薄膜中或该多层结构包括至少一第一细长(非对称)结构物及至少一第二细长结构物，该至少一第一细长结构物具有沿着一y轴方向的一第一长度(L

【技术特征摘要】
20181016 US 16/161,1661.一种铁磁共振测量方法，用于决定在一磁性薄膜中或在具有形成于一晶圆上的至少一磁性层的一多层结构中的饱和磁化量(Ms)，并包括：
形成一图案于该磁性薄膜中或该多层结构中，其中该磁性薄膜中或该多层结构包括至少一第一细长(非对称)结构物及至少一第二细长结构物，该至少一第一细长结构物具有沿着一y轴方向的一第一长度(L1)和具有沿着一x轴方向的一第一宽度(W1)，该至少一第二细长结构物具有沿着该x轴方向的一第二长度(L2)和沿着该y轴方向的一第二宽度(W2)，该第一长度(L1)大于该第一宽度(W1)且该第二长度(L2)大于该第二宽度(W2)；
当施加一微波频率到该第一细长结构物及该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：圣地牙哥·山诺·古山，路克·汤马斯，真杰诺，李松，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71