[发明专利]测量图案化装置级的交换劲度的方法

说明书

一种确定存在于磁性结中的自由层的交换劲度的方法。所述方法包括对磁性结执行自旋转矩铁磁共振(ST‑FMR)测量。ST‑FMR测量表示与自由层中的自旋波模式对应的特征频率。所述方法也包括基于多个特征频率计算自由层的交换劲度。在一些实施例中，磁性结存在于包括用于装置的其它磁性结的晶圆上。其它磁性结可以布置为磁性存储器。经受ST‑FMR的磁性结具有与其它磁性结不同的纵横比。

本申请要求于2017年1月18日委托本申请的代理人提交的名称为“METHOD FORMEASURING EXCHANGE COUPLING STRENGTH(用于测量交换耦合强度的方法)”的第62/447,525号临时专利申请以及2017年4月3日提交的第15/478,226号专利申请的权益，这些专利申请通过引用包含于此。

技术领域

本发明提供了测量交换劲度的方法。

背景技术

磁性存储器，特别是磁性随机存取存储器(MRAM)，由于它们在操作期间的高读/写速度、优异的耐久性、非易失性和低功耗的潜力已经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是自旋转移力矩随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用至少部分由驱动通过磁性结(magnetic junction)的电流写入的磁性结。例如，STT-MRAM可以使用具有钉扎层、自由层以及钉扎层与自由层之间的非磁性间隔层的传统磁性结。钉扎层的磁化被固定或钉扎在特定的方向上。自由层具有可变化的磁化。非磁性间隔层可以是导体或隧道势垒层。驱动通过磁性结的自旋极化电流对自由层的磁矩施加自旋转矩。因此，自由层的磁矩可以被切换成期望的状态。因此，信息可以被写入到磁性结。基于磁性结的磁阻来读取数据，所述磁阻取决于自由层磁矩和钉扎层磁矩的相对定向。

由于它们用在各种应用中的潜力，所以正在进行磁性存储器的研究。期望用于改善STT-MRAM和其它薄膜磁性存储器的性能的机制。因此，期望获悉影响磁性结的性能的参数。因此，需要的是可以改善磁性存储器的特性的方法和系统。这里描述的方法和系统解决了这种需要。

发明内容

确定存在于磁性结中的自由层的交换劲度的方法和设备。所述方法包括对磁性结执行自旋转矩铁磁共振测量。自旋转矩铁磁共振测量表示与自由层中的自旋波模式对应的特征频率。方法也包括基于多个特征频率计算自由层的交换劲度。在一些实施例中，磁性结具有大于1.5且小于10的纵横比。在一些实施例中，磁性结存在于包括用于装置的其它磁性结的晶圆上。其它磁性结可以布置在磁性存储器中。经受自旋转矩铁磁共振的磁性结具有与可用在装置中的其它磁性结的纵横比不同的纵横比。

一种用于确定存在于磁性结中的自由层的交换劲度的方法，所述方法包括：对磁性结执行多个自旋转矩铁磁共振测量，自由层具有至少3.5且不大于4.5的面内纵横比，所述多个自旋转矩铁磁共振测量表示与自由层中的多个自旋波模式对应的多个特征频率，执行所述多个自旋转矩铁磁共振测量的步骤包括：驱动交流电通过磁性结，交流电具有至少一个GHz的电流频率；在驱动交流电的步骤期间将磁性结暴露于与自由层磁矩呈角度的磁场，磁场包括具有第一幅值的恒定分量和调制分量，调制分量具有第二幅值并且以不大于电流频率的百分之一的磁场频率变化，第二幅值小于第一幅值；以及感测穿过磁性结的整流电压，整流电压提供所述多个特征频率；基于所述多个特征频率之间的至少一个频率间隔计算自由层的交换劲度，计算交换劲度的步骤包括：将所述至少一个频率间隔与模型拟合；以及从模型的最佳拟合中选择交换劲度。

一种存储器装置包括：多个磁性存储单元，所述多个磁性存储单元中的每个磁性存储单元包括至少一个磁性结，所述至少一个磁性结包括用于存储数据的自由层，当写入电流穿过磁性结时自由层在多个稳定的磁状态之间可切换，自由层具有比自由层面外去磁能大的自由层垂直磁各向异性能，所述至少一个磁性结中的每个磁性结具有纵横比；多条位线，与所述多个磁性存储单元结合；以及多个测试磁性结，所述多个测试磁性结具有至少1.5且不大于8的测试自由层面内纵横比，测试自由层面内纵横比大于纵横比。

附图说明