[发明专利]铁磁共振测量方法

说明书

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)。

技术领域

本公开涉及一种铁磁共振(ferromagnetic resonance，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(saturation magnetization，Ms)，特别涉及用以测量已图案化的结构的铁磁共振光谱(FMR spectra)，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)。

背景技术

磁性薄膜(magnetic thin film)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(magnetic hard disk drive，HDD drive)、磁性随机存取存储器(magnetic random access memory，MRAM)、旋转力矩振荡器(spin torque oscillaor，STO)和磁性畴壁装置(magnetic domain wall devices)。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(crystalline anisotropy)、表面或界面非等向性(surface or interface anisotropy)、饱和磁化量(Ms)、阻尼常数(damping constant，α)、旋磁比(gyromagnetic ratio，γ)、非均匀谱线增宽(inhomogeneous broadening)、电阻和面积的乘积(RA)、及磁阻比(magnetoresistive ratio，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-Plane Tunneling，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(anisotropy field，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(vibrationsample magnetometry，VSM)和超导量子干涉仪(superconducting quantum interferenceDevice，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(microwave excitation)和准静态磁场(quasi-static magnetic field)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(magnetic tunnel junction stacks，MJT stacks))上获得上述数据。