磁自旋移位寄存器存儲器的製作方法

2024-01-28 17:46:15

專利名稱：磁自旋移位寄存器存儲器的製作方法
技術領域：
本發明涉及存儲器器件，更具體地，涉及形成賽道存儲器器件。
背景技術：
賽道存儲器器件以在磁納米線或者「賽道(racetrack) 」中的磁疇壁的形式存儲信息。所述疇壁使用電流脈衝沿著納米線向後移動和向前移動，其中電子承載電流是自旋極化的。自旋極化的電流承載自旋角動量，該自旋角動量傳輸到磁疇壁使它們在電子流動方向上移動。

發明內容
根據本發明的一個實施例，一種用於形成存儲器器件的方法，所述方法包括在襯底中形成具有波動輪廓的內表面的腔；在所述腔中沉積鐵磁材料；在所述襯底上鄰近所述鐵磁材料的一部分形成讀取元件；以及在所述襯底上鄰近所述鐵磁材料的第二部分形成寫入元件。根據本發明的另一個實施例，一種存儲器器件，包括移位寄存器，包括設置在具有波動內表面輪廓的腔中的鐵磁材料；讀取元件，設置為鄰近所述移位寄存器的一部分；以及寫入元件，設置為鄰近所述移位寄存器的第二部分。仍根據本發明的另一個實施例，一種用於形成存儲器器件的方法，所述方法包括使用各向同性蝕刻和鈍化聚合物沉積方法在襯底中形成具有肋部分的第一腔；在所述腔中沉積鐵磁材料，所述鐵磁材料包括部分地通過所述腔的所述波動輪廓限定的磁疇；鄰近所述鐵磁材料的一部分形成讀取元件。通過本發明的技術可實現另外的特徵和優點。這裡詳細描述了本發明的其它實施例和方面並且被考慮為主張的發明的一部分。為了更好地理解本發明具有的優點和特徵，參考描述和附圖。


在說明書的結論部分的權利要求中具體指出並且明確要求保護被認為是本發明的主題。從後面聯繫附圖的詳細描述中將明白本發明的前述和其它特徵以及優點，其中圖1示出了磁移位寄存存儲器器件的示範性實施例的透視圖。圖2示出了移位寄存器的一部分的部分截面圖。圖3示出了腔的形成。
具體實施例方式圖1示出了磁移位寄存器存儲器器件100的示範性實施例。器件100包括磁移位寄存器10，其包括寫入元件15和讀取元件20。磁移位寄存器10包括從包括亞鐵磁或鐵磁材料的細線(或軌道)形成的數據列25。數據可以儲存在移位寄存器10的磁化區域中，例如磁疇30和35。疇壁36、37、38和39是磁疇30和35之間的過渡磁化區域。在操作中，磁疇30和35可以改變極化取向(狀態)。磁疇30和35的每一個的電阻部分依賴於磁疇30和35的狀態。讀取元件20測量鄰近磁疇30的電阻，其指示磁疇30的狀態。磁疇30的狀態可以轉移到在級聯循環中的鄰近磁疇30。磁疇30的循環狀態允許讀取元件20讀出在移位寄存器10中存儲的數據的狀態。類似的存儲器器件的操作和形成可以在U. S.專利No. 7，551，469中找到。圖2示出了在例如矽材料的襯底200中形成的移位寄存器10的一部分的部分截面圖。在製造中，在襯底200中形成腔201。用例如，如基本從N1、Fe和Co中的一種或多種形成的合金或者從Fe和/或Co結合Pt和/或Pd形成的合金或者Heusler合金的鐵磁材料填充腔201。腔201包括具有波動輪廓或圓齒(scalloped)的內表面202。內表面202包括肋204，其優選限定疇壁36、37、38和39以及磁疇30、32和35。肋204並通過內表面201的彎曲部分的相交部分(intersection)限定且從腔201的外徑向內延伸。依賴磁疇壁的結構和類型，當位於肋204處或者附近或者在腔30、32、35中時疇壁具有更低的能量。疇壁的能量和其沿著腔201的延伸依賴於用於填充腔201的磁合金的磁交換能和合金的磁各向異性。磁交換能越大，疇壁的範圍越大，然而，磁各向異性能越大，導致更窄的疇壁。各向異性能主要由磁合金的固有磁晶能和退磁能構成。前者主要是合金本身的特性並且是晶體結構和合金成分的結果，而後者依賴於賽道的幾何外形和疇壁的形狀和結構。通過改變肋204的詳細形貌(topography)和腔202的內表面，沿著賽道的疇壁的能量圖可以改變以便優先將疇壁定位在肋204處或附近或者在腔202內。圖3示出了沿X方向的腔的形成的部分截面圖。在示出的實施例中，使用構圖和蝕刻工藝在襯底200中形成腔201。蝕刻工藝可以包括，例如，交替各向同性蝕刻和鈍化聚合物沉積工藝的循環。在示出的實例中，各向同性蝕刻是使用SF6的等離子體蝕刻工藝，並且鈍化聚合物是C4F8，並且工藝條件包括循環1800瓦特施加到等離子體源；110瓦特施加到襯底；約65毫託的等價室壓力，通過固定泵抽速度控制；以及7秒鐘的300標準立方釐米每分(sccm)的SF6的流量；隨後在-10°C下的2秒鐘的150sCCm的C4F8流量。每個蝕刻和鈍化聚合物沉積的循環增加腔201的深度並且在表面202中形成肋204。可以修改工藝條件以導致期望的腔寬度(X);肋尺寸(x』)；基元深度(y』)；以及腔深度(y)。例如，循環的數量確定腔深度1，而蝕刻和聚合物沉積的條件影響x、x』和I，尺寸。SF6脈衝的典型範圍包括250-350sccm供給氣體流動速率和5_9秒的時長。C4F8脈衝的範圍包括在100-200sccm之間的供給氣體流動速率和在1-5秒之間的時長。工藝溫度範圍在_20°C到50°C之間。參考圖3，y長度可以具有不同尺寸。因此對X和X』的等價尺寸，即y和y』可以被設計為比X和X』更大或更小以允許腔201的橢圓截面而不是均勻截面。當腔201的磁化在通過線X和y形成平面(xy平面)內被定向時，允許唯一方向的形成磁移位寄存器10(圖1)的合金的磁化的取向。當磁移位寄存器10的磁化被定向為垂直於xy平面時，優選X和X』分別具有與I和I，相同的尺寸。上述工藝條件僅是實例。其它工藝條件可以用於形成腔201以滿足存儲器器件100的設計規範(圖1)。例如，當在襯底200的不同區域中形成腔和形成具有不同基元深度和寬度、腔深度和肋尺寸的腔時，可以調節工藝條件。可選地，可以使用低溫蝕刻工藝，包括例如，交替各向同性蝕刻和鈍化氧化工藝的循環。
這裡使用的術語僅用於描述具體實施例目的並且沒有旨在限制本發明。如這裡使用的，單數形式「一」、「一個」和「該」旨在也包括複數形式，除非文檔中明確指出。還應該明白，術語「包括」和/或「包含」，當在說明書中使用時，指狀態特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個特徵、整體、步驟、操作、元件和/或其群組的存在或者添加。在下面的權利要求中對應的結構、材料、作用和所有裝置或步驟加功能要素的等價物旨在包括與具體主張的其它主張元件組合執行功能的任意結構、材料、或者作用。提出本發明的描述用於示出和表述，但是不旨在窮盡或者限制本發明到公開的形式中。本領域的技術人員可以在不脫離本發明的範圍和精神內進行許多修改和變化。選擇和描述實施例的目的是更好的理解本發明的原理和實踐應用，並且使得本領域的其它技術人員明白本發明，對於不同的實施例具有不同的修改以適合具體的使用目的。這裡示出的附圖僅是一個實例。對這裡不脫離本發明的精神下描述的此流程或步驟(或操作)可以存在更多的變化。例如，可以以不同的順序執行步驟或者添加、刪除、修改步驟。所有這些變化被認為是所主張的本發明的一部分。雖然描述了本發明的優選實施例，但是本領域的技術人員應該明白，現在和將來都可能產生落入隨後的權利要求的範圍內的各種改善和增強。這些權利要求應該被認為保持對首先描述的本發明的妥善保護。
權利要求
1.一種用於形成存儲器器件的方法，所述方法包括在襯底中形成具有波動輪廓的內表面的腔；在所述腔中沉積鐵磁材料；在所述襯底上鄰近所述鐵磁材料的一部分形成讀取元件；以及在所述襯底上鄰近所述鐵磁材料的第二部分形成寫入元件。
2.根據權利要求1的方法，其中通過操作為在所述腔中形成所述波動輪廓內表面的各向同性蝕刻和鈍化聚合物沉積方法形成所述腔。
3.根據權利要求1的方法，其中所述腔的所述波動輪廓包括肋部分，所述肋部分操作為限定在所述鐵磁材料中限定磁疇的疇壁。
4.根據權利要求1的方法，其中所述鐵磁材料限定在所述鐵磁材料中的移位寄存器。
5.根據權利要求2的方法，其中所述各向同性蝕刻和鈍化聚合物沉積方法包括多個循環，每個循環包括將1800瓦特施加到等離子體源；將110瓦特施加到所述襯底；通過固定泵抽速度控制的約65毫託的等價室壓力；以及將所述襯底暴露到300標準立方釐米每分 (sccm)的SF6的流量7秒鐘。
6.根據權利要求5的方法，其中所述多個循環包括在將所述襯底暴露到所述SF6的流量之後，在-10°c下將所述襯底暴露到150SCCm的C4F8的流量中2秒鐘。
7.根據權利要求1的方法，其中所述襯底包括矽材料。
8.根據權利要求1的方法，其中由低溫蝕刻方法形成所述腔。
9.一種存儲器器件,包括移位寄存器，包括設置在具有波動內表面輪廓的腔中的鐵磁材料；讀取元件，設置為鄰近所述移位寄存器的一部分；以及寫入元件，設置為鄰近所述移位寄存器的第二部分。
10.根據權利要求9的器件，其中所述腔的所述波動內表面輪廓限定在所述鐵磁材料中限定磁疇的疇壁。
11.根據權利要求9的器件，其中所述波動內表面輪廓包括肋部分。
12.根據權利要求9的器件，其中所述波動內表面輪廓是圓齒形狀的。
13.根據權利要求9的器件，其中所述移位寄存器操作為存儲數據。
14.一種用於形成存儲器器件的方法，所述方法包括使用各向同性蝕刻和鈍化聚合物沉積方法在襯底中形成具有肋部分的第一腔；在所述腔中沉積鐵磁材料，所述鐵磁材料包括部分通過所述腔的所述波動輪廓限定的磁疇；鄰近所述鐵磁材料的一部分形成讀取元件。
15.根據權利要求14的方法，其中所述方法還包括鄰近所述鐵磁材料的第二部分形成寫入元件。
16.根據權利要求14的方法，其中所述各向同性蝕刻和鈍化聚合物沉積方法包括多個循環，每個循環包括將1800瓦特施加到等離子體源；將110瓦特施加到所述襯底；通過固定泵抽速度控制的約65毫託的等價室壓力；以及將所述襯底暴露到300標準立方釐米每分 (sccm)的SF6的流量7秒鐘。
17.根據權利要求16的方法，其中所述多個循環包括在將所述襯底暴露到所述SF6的流量之後，在-10°C下將所述襯底暴露到150SCCm的C4F8的流量中2秒鐘。
18.根據權利要求16的方法，其中由低溫蝕刻方法形成所述腔。的方法，其中通過所述腔的內表面的彎曲表面的相交部分限定所
19.根據權利要求述肋部分。
20.根據權利要求16的方法，其中所述肋部分在所述鐵磁材料中限定疇壁。
全文摘要
一種用於形成存儲器器件的方法包括在襯底中形成具有波動輪廓的內表面的腔；在所述腔中沉積鐵磁材料；在所述襯底上鄰近所述鐵磁材料的一部分形成讀取元件；以及在襯底上鄰近所述鐵磁材料的第二部分形成寫入元件。
文檔編號G11C19/00GK103026417SQ201180033934
公開日2013年4月3日 申請日期2011年6月2日 優先權日2010年7月9日
發明者E·A·約瑟夫, S·S·P·帕金, M·B·羅思韋爾 申請人:國際商業機器公司