磁性质测量系统和方法和使用其制造磁存储器件的方法
阅读：778发布：2020-05-08
专利汇可以提供磁性质测量系统和方法和使用其制造磁存储器件的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 磁性 质测量系统、测量磁性质的方法和使用其制造磁 存储器 件的方法，其中该磁性质测量系统包括配置为保持样品的平台和设置在平台上方的磁结构。该平台包括主体部分、邻近主体部分的磁性部分以及在主体部分中限定的多个孔。平台的磁性部分和磁结构配置为将垂直于样品的一个表面的 磁场 施加到样品。平台配置为在平行于样品的所述一个表面且彼此垂直的第一方向和第二方向上 水 平地移动。，下面是磁性质测量系统和方法和使用其制造磁存储器件的方法专利的具体信息内容。
1.一种磁性质测量系统，包括：
平台，配置为保持样品；和
磁结构，设置在所述平台上方，
其中所述平台包括：
主体部分；
邻近所述主体部分的磁性部分；和
在所述主体部分中限定的多个孔，
其中所述平台的所述磁性部分和所述磁结构配置为将垂直于所述样品的一个表面的磁场施加到所述样品，以及
其中所述平台配置为在平行于所述样品的所述一个表面且彼此垂直的第一方向和第二方向上水平地移动。
2.根据权利要求1所述的磁性质测量系统，其中所述多个孔中的每个连接到设置在所述主体部分中的真空管线，以及
其中所述平台配置为通过经由所述多个孔抽取空气而将所述样品固定在所述平台上。
3.根据权利要求2所述的磁性质测量系统，还包括：
连接到所述真空管线的真空泵。
4.根据权利要求2所述的磁性质测量系统，其中所述磁性部分设置在所述主体部分上，以及
其中所述多个孔穿透所述磁性部分。
5.根据权利要求4所述的磁性质测量系统，其中所述磁性部分是涂覆在所述主体部分的顶表面上的涂层。
6.根据权利要求4所述的磁性质测量系统，其中所述平台配置为使得所述样品被放置在所述磁性部分的顶表面上。
7.根据权利要求2所述的磁性质测量系统，其中所述磁性部分设置在所述主体部分中，以及
其中所述多个孔穿透所述磁性部分。
8.根据权利要求7所述的磁性质测量系统，其中所述平台配置为使得所述样品被放置在所述主体部分的顶表面上。
9.根据权利要求1所述的磁性质测量系统，其中所述磁结构包括：极靴；和围绕所述极靴的外周表面的线圈。
10.根据权利要求1所述的磁性质测量系统，还包括：
光源，配置为将入射光照射到所述样品的所述一个表面；和
检测器，配置为检测从所述样品反射的光的偏振。
11.根据权利要求10所述的磁性质测量系统，还包括：
偏振器和分析器，
其中所述入射光经过所述偏振器照射到所述样品，以及
其中所述反射光经过所述分析器在所述检测器处被接收。
12.根据权利要求10所述的磁性质测量系统，还包括：
控制器，
其中所述控制器基于从所述检测器获得的数据而生成磁滞曲线。
13.一种测量磁性质的方法，该方法包括：
将样品装载于平台上；
通过使用真空而将所述样品固定在所述平台上；
通过在与所述样品的顶表面平行且彼此垂直的第一方向和第二方向上水平地移动所述平台，将所述样品的测量目标区域移动到光照射区域；
将入射光照射到所述样品的所述测量目标区域；以及
检测从所述样品的所述测量目标区域反射的光的偏振。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述样品包括：基板；和在所述基板上彼此横向地间隔开的磁隧道结图案。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将垂直于所述样品的所述顶表面的磁场施加到所述样品；以及
通过分析从所述样品的所述测量目标区域反射的光的偏振来获得关于所述磁隧道结图案的垂直磁性质的信息。
16.根据权利要求15所述的方法，其中获得关于所述磁隧道结图案的所述垂直磁性质的信息包括：通过使用极化磁光克尔效应生成所述磁隧道结图案的磁滞曲线。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述平台包括：
主体部分；
邻近所述主体部分的磁性部分；和
在所述主体部分中限定的多个孔，
其中所述平台配置为通过经由所述多个孔抽取空气而将所述样品固定在所述平台上。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将垂直于所述样品的所述顶表面的磁场施加到所述样品，
其中所述磁场由所述平台的所述磁性部分和设置在所述平台上方的磁结构产生。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个孔穿透所述磁性部分，并且：
(i)所述磁性部分设置在所述主体部分上，并且将所述样品装载于所述平台上包括将所述样品放置在所述磁性部分的顶表面上，或者
(ii)所述磁性部分设置在所述主体部分中，并且将所述样品装载于所述平台上包括将所述样品放置在所述主体部分的顶表面上。
20.一种制造磁存储器件的方法，该方法包括：
在基板上形成磁隧道结层；
图案化所述磁隧道结层以形成磁隧道结图案；
测量所述磁隧道结图案的磁性质；以及
确定所测量的磁性质是否在允许的范围内，
其中测量所述磁隧道结图案的所述磁性质包括：
将所述基板装载于磁性质测量系统中的平台上；
通过使用真空将所述基板固定在所述平台上；
通过在平行于所述基板的顶表面且彼此垂直的第一方向和第二方向上水平地移动所述平台，将所述基板的测量目标区域移动到光照射区域；
将入射光照射到所述基板的所述测量目标区域；以及
检测从所述基板的所述测量目标区域反射的光的偏振。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述磁性质测量系统是极化磁光克尔效应测量系统。
22.根据权利要求21所述的方法，其中测量所述磁隧道结图案的所述磁性质还包括：
将垂直于所述基板的所述顶表面的磁场施加到所述基板；以及
通过分析从所述基板的所述测量目标区域反射的光的偏振，获得关于所述磁隧道结图案的垂直磁性质的信息。
23.根据权利要求22所述的方法，其中获得关于所述磁隧道结图案的所述垂直磁性质的信息包括：生成所述磁隧道结图案的磁滞曲线。
24.根据权利要求20所述的方法，还包括：
当所测量的磁性质在允许范围内时，在所述基板上形成覆盖所述磁隧道结图案的保护层和层间绝缘层。
磁性质测量系统和方法和使用其制造磁存储器件的方法
技术领域
[0001] 本发明构思的实施方式涉及磁性质测量系统、用于测量磁性质的方法以及使用其制造磁存储器件的方法。更具体地，本发明构思的实施方式涉及通过使用磁光克尔效应(MOKE)来测量磁隧道结的磁性质的系统和方法以及使用其制造磁存储器件的方法。
背景技术
[0002] 由于需要高速度和/或低功耗的电子器件，所以还需要在其中使用的高速度和/或低电压的半导体存储器件。已经开发了磁存储器件作为能够满足这些要求的半导体存储器件。磁存储器件可以包括磁隧道结(MTJ)图案。磁隧道结图案可以包括两个磁性层和设置在这两个磁性层之间的绝缘层。磁隧道结图案的电阻值可以根据这两个磁性层的磁化方向而改变。例如，当这两个磁性层的磁化方向彼此反平行或彼此不平行时，磁隧道结图案可以具有相对高的电阻值。当这两个磁性层的磁化方向彼此平行时，磁隧道结图案可以具有相对低的电阻值。磁存储器件可以使用磁隧道结图案的电阻值之间的差异来读取/写入数据。
[0003] 当这两个磁性层的磁化方向基本上垂直于绝缘层和磁性层之间的界面时，磁隧道结图案可以被定义为垂直磁隧道结图案。使用极性磁光克尔效应(极性MOKE)的测量系统可以用于测量垂直磁隧道结图案的垂直磁性质。
发明内容
[0004] 本发明构思的实施方式可以提供能够测量样品的各个区域上的磁隧道结图案的有效磁性质的磁性质测量系统和方法。
[0005] 本发明构思的实施方式还可以提供能够稳定地测量磁隧道结图案的磁性质的磁性质测量系统和方法。
[0007] 在一方面中，一种磁性质测量系统可以包括：平台，配置为保持样品；和设置在平台上方的磁结构。平台可以包括主体部分、邻近主体部分的磁性部分以及在主体部分中限定的多个孔。平台的磁性部分和磁结构可以配置为向样品施加垂直于该样品的一个表面的磁场。平台可以配置为在平行于样品的所述一个表面且彼此垂直的第一方向和第二方向上水平地移动。
[0008] 在一方面中，一种用于测量磁性质的方法可以包括：将样品装载在平台上；通过使用真空将样品固定在平台上；通过在平行于样品的顶表面且彼此垂直的第一方向和第二方向上水平地移动平台，将样品的测量目标区域移动到光照射区域；将入射光照射到样品的测量目标区域；以及检测从样品的测量目标区域反射的光的偏振。
[0009] 在一方面中，一种用于制造磁存储器件的方法可以包括：在基板上形成磁隧道结层；图案化磁隧道结层以形成磁隧道结图案；测量磁隧道结图案的磁性质；以及确定所测量的磁性质是否在允许的范围内。测量磁隧道结图案的磁性质可以包括：将基板装载于磁性质测量系统中的平台上；通过使用真空将基板固定在平台上；通过在平行于基板的顶表面且彼此垂直的第一方向和第二方向上水平地移动平台，将基板的测量目标区域移动到光照射区域；将入射光照射到基板的测量目标区域；以及检测从基板的测量目标区域反射的光的偏振。附图说明
[0010] 鉴于附图和伴随的详细描述，本发明构思将变得更加明显。
[0011] 图1是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁性质测量系统的概念图。
[0012] 图2是示出图1的平台(stage)的平面图。
[0013] 图3是沿着图2的线I-I'截取的剖视图。
[0014] 图4是示出图1的平台的分解透视图。
[0016] 图6是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁性质测量系统的概念图。
[0017] 图7是示出图6的平台的平面图。
[0018] 图8是沿着图7的线I-I'截取的剖视图。
[0019] 图9是示出图6的平台的分解透视图。
[0020] 图10是示出根据本发明构思的一些实施方式的用于测量磁性质的方法的流程图。
[0021] 图11是示出根据本发明构思的一些实施方式的在测量磁性质的方法中使用的样品的平面图。
[0022] 图12是图11的样品的区域的剖视图。
[0023] 图13是图12的部分‘A’的放大图。
[0024] 图14和图15分别是平面图和剖视图，以说明根据本发明构思的一些实施方式的用于测量磁性质的方法。
[0025] 图16是示出根据本发明构思的一些实施方式的使用磁性质测量系统制造磁存储器件的方法的流程图。
[0026] 图17至图19是示出根据本发明构思的一些实施方式的使用磁性质测量系统制造磁存储器件的方法的剖视图。
[0027] 图20是示出根据本发明构思的一些实施方式制造的磁存储器件的单位存储单元的电路图。
具体实施方式
[0028] 在下文，将参照附图详细描述本发明构思的实施方式。如这里所用的，表述“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。
[0029] 图1是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁性质测量系统的概念图。图2是示出图1的平台的平面图，图3是沿着图2的线I-I'截取的剖视图。图4是示出图1的平台的分解透视图。
[0030] 参照图1，磁性质测量系统1000可以包括：腔室500，配置为在其中接收样品S；平台10，提供在腔室500中并配置为装载或保持样品S；支撑构件20，用于支撑平台10；磁结构MS，在腔室500中设置在平台10上方；光源50，配置为发射入射光Li；以及检测器70，配置为接收从样品S反射的反射光Lr。磁性质测量系统1000还可以包括用于使从光源50发射的入射光Li偏振的偏振器55、用于控制入射光Li的光路的第一光学构件60和第二光学构件65、以及用于使反射光Lr偏振的分析器75。入射光Li可以通过偏振器55偏振，并且偏振的入射光Li可以被第一光学构件60和第二光学构件65反射，然后可以照射到样品S的顶表面或上表面SU。反射光Lr可以通过分析器75偏振，并且偏振的反射光Lr可以在检测器70处被接收或被检测器70接收。偏振器55的偏振轴可以垂直于分析器75的偏振轴。
[0031] 平台10可以包括主体部分BP和邻近主体部分BP的磁性部分MP。磁性部分MP可以包括例如磁性材料。磁结构MS可以包括极靴(pole piece)40和围绕极靴40的外周表面的线圈42。极靴40可以包括例如磁性材料。平台10的磁性部分MP和磁结构MS可以配置为将与样品S的顶表面SU基本上垂直的磁场H施加到样品S。
[0032] 平台10还可以包括限定在或设置在主体部分BP和/或磁性部分MP中的多个孔PH。所述多个孔PH中的每个可以连接到设置在主体部分BP中的真空管线VL。磁性质测量系统
1000还可以包括连接到真空管线VL的真空泵30。
1000还可以包括连接到真空管线VL的真空泵30。
[0033] 参照图2至图4，根据一些实施方式，磁性部分MP可以设置在主体部分BP上(例如直接在其上)。例如，磁性部分MP可以是涂覆在主体部分BP的顶表面或上表面BP_U上的涂层。所述多个孔PH可以延伸到磁性部分MP中并可以穿透磁性部分MP。在一些实施方式中，当在平面图中观看时，所述多个孔PH可以邻近样品S的中心设置并可以设置为围绕样品S的中心。例如，当在平面图中观看时，所述多个孔PH可以以围绕样品S的中心的假想圆形布置。然而，根据本发明构思的某些实施方式，所述多个孔PH的数量、尺寸、形状和/或布置可以被各种各样地修改，如下面参照图5A至图5D描述的。在一些实施方式中，样品S可以被放置在平台10的磁性部分MP的顶表面或上表面MP_U上。
[0034] 平台10可以配置为通过使用真空将样品S固定在平台10上。平台10可以通过经所述多个孔PH抽取或吸入空气而将样品S固定在平台10上。例如，所述多个孔PH中的每个可以连接到真空管线VL，并且真空管线VL可以连接到图1的真空泵30。当真空泵30操作时，样品S和平台10之间的空间中的空气可以通过所述多个孔PH和真空管线VL被抽取或吸入。因此，样品S可以被拉到平台10的表面(例如磁性部分MP的顶表面MP_U)并且可以被固定在平台10的表面(例如磁性部分MP的顶表面MP_U)上。
[0035] 平台10可以配置为在与样品S的顶表面SU平行的第一方向D1和第二方向D2上水平地移动。第一方向D1和第二方向D2可以彼此交叉。例如，第一方向D1和第二方向D2可以彼此垂直并可以分别对应于x方向和y方向。例如，平台10可以是具有100nm或更小的重复定位精度的X-Y平台。
[0036] 再次参照图1，光源50可以是激光光源。光源50可以用作磁性质测量系统1000的单个光源。通过偏振器55偏振的入射光Li可以被第一光学构件60和第二光学构件65反射，然后可以照射到样品S。入射光Li可以垂直于样品S的顶面SU照射。然而，本发明构思的实施方式不限于此。在某些实施方式中，入射光Li可以倾斜地照射到样品S的顶表面SU。
[0037] 检测器70可以检测从样品S反射的反射光Lr的偏振。反射光Lr可以穿过第二光学构件65从而被引导到分析器75并可以通过分析器75偏振。偏振的反射光Lr可以在检测器70处被接收或被检测器70接收。
[0038] 磁性质测量系统1000还可以包括连接到或可操作地连接到光源50和检测器70的控制器80。控制器80可以处理从检测器70获得的数据。控制器80可以以各种形式(例如数值、图形和/或图像)处理、存储和/或显示从检测器70获得的数据。即使没有在图中示出，控制器80也可以连接到或可操作地连接到平台10并可以控制平台10的操作。
[0039] 磁性质测量系统1000可以配置为通过使用极性磁光克尔效应(极性MOKE)来测量样品S的垂直磁性质。磁光克尔效应(MOKE)意指当光从磁性物体反射时光的偏振改变的现象。极性MOKE意指物体的磁化方向垂直于物体的表面并平行于光入射和反射的面(即，入射面)的情况。磁性质测量系统1000可以是极性MOKE测量系统，并可以通过分析从样品S的顶表面SU反射的光(即，反射光Lr)的偏振来测量样品S的表面的垂直磁化的程度。例如，检测器70可以检测反射光Lr的偏振，控制器80可以基于从检测器70获得的数据生成关于样品S的表面的磁滞曲线。
[0040] 图5A至图5D是示出图1的平台的各种修改示例的平面图。
[0041] 参照图5A，根据修改的示例，当在平面图中观看时，所述多个孔PH可以布置为穿过样品S的中心的假想十字形式。例如，当在平面图中观看时，所述多个孔PH中的一个孔PH可以设置在样品S的中心处。所述多个孔PH当中的至少一对孔PH可以在第一方向D1上彼此间隔开，其中所述一个孔PH(例如中心孔)插设在其间，并且所述多个孔PH当中的至少另一对孔PH可以在第二方向D2上彼此间隔开，其中所述一个孔PH(例如中心孔)插设在其间。
[0042] 参照图5B，根据修改示例，当在平面图中观看时，所述多个孔PH可以邻近样品S的边缘设置并可以沿着样品S的外周表面或外周部分布置。参照图5C，根据修改示例，当在平面图中观看时，所述多个孔PH可以均匀地分布在与样品S的顶表面SU的全部或整体重叠的区域中。参照图5D，根据修改示例，当在平面图中观看时，所述多个孔PH可以邻近样品S的中心设置并可以布置为围绕样品S的中心。例如，当在平面图中观看时，所述多个孔PH可以布置为围绕样品S的中心的假想椭圆形。然而，根据本发明构思的某些实施方式，所述多个孔PH的数量、尺寸、形状和/或布置不限于所示的实施方式，而是可以被各种各样地修改。
[0043] 图6是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁性质测量系统的概念图。图7是示出图6的平台的平面图，图8是沿着图7的线I-I'截取的剖视图。图9是示出图6的平台的分解透视图。在下文，为了说明的容易和方便，将主要描述本实施方式与图1至图4和图5A至图5D的实施方式之间的差异。
[0044] 参照图6，平台10可以包括主体部分BP和邻近主体部分BP的磁性部分MP。磁性部分MP可以包括例如磁性材料。平台10的磁性部分MP和磁结构MS可以配置为将基本上垂直于样品S的顶表面SU的磁场H施加到样品S。根据本实施方式，磁性部分MP可以设置在主体部分BP中。主体部分BP可以包括上主体部分UBP和下主体部分LBP，磁性部分MP可以设置在上主体部分UBP和下主体部分LBP之间。上主体部分UBP可以直接在磁性部分MP上和/或磁性部分MP可以直接在下主体部分LBP上。平台10还可以包括限定在或设置在主体部分BP和/或磁性部分MP中的多个孔PH。所述多个孔PH中的每个可以连接到设置在主体部分BP中的真空管线VL。
[0045] 参照图7至图9，所述多个孔PH可以设置在下主体部分LBP中，并且所述多个孔PH中的每个可以连接到设置在下主体部分LBP中的真空管线VL。所述多个孔PH可以延伸到磁性部分MP和上主体部分UBP中，并可以穿透磁性部分MP和上主体部分UBP。所述多个孔PH的数量、尺寸、形状和/或布置可以如以上参照图5A至图5D所述的那样被各种各样地修改。平台10可以配置为使得样品S被放置在主体部分BP的顶表面或上表面BP_U(即，上主体部分UBP的顶表面或上表面)上。
[0046] 平台10可以配置为通过使用真空将样品S固定在平台10上。平台10可以通过经所述多个孔PH抽取或吸入空气而将样品S固定在平台10上。例如，所述多个孔PH中的每个可以连接到真空管线VL，真空管线VL可以连接到图6的真空泵30。当真空泵30操作时，样品S和平台10之间的空间中的空气可以通过所述多个孔PH和真空管线VL被抽取或吸入。因此，样品S可以被拉到平台10的表面(例如主体部分BP的顶表面BP_U)并可以被固定在平台10的表面(例如主体部分BP的顶表面BP_U)上。
[0047] 平台10可以配置为在平行于样品S的顶表面SU的第一方向D1和第二方向D2上水平地移动。第一方向D1和第二方向D2可以彼此交叉。例如，第一方向D1和第二方向D2可以彼此垂直并可以分别对应于x方向和y方向。例如，平台10可以是具有100nm或更小的重复定位精度的X-Y平台。
[0048] 除了上述差异之外，根据本实施方式的磁性质测量系统1000的其它部件和/或特征可以与参照图1至图4和图5A至图5D描述的磁性质测量系统1000的相应部件和/或特征基本上相同。
[0049] 在下文，将描述使用根据本发明构思的实施方式的磁性质测量系统1000测量磁性质的方法。
[0050] 图10是示出根据本发明构思的一些实施方式的用于测量磁性质的方法的流程图。图11是示出根据本发明构思的一些实施方式的在用于测量磁性质的方法中使用的样品的平面图。图12是图11的样品的一区域的剖视图，图13是图12的部分‘A’的放大图。图14和图
15分别是平面图和剖视图，用于说明根据本发明构思的一些实施方式的用于测量磁性质的方法。在下文，为了说明的容易和方便，将参照图1的磁性质测量系统1000描述根据本发明构思的一些实施方式的用于测量磁性质的方法。
15分别是平面图和剖视图，用于说明根据本发明构思的一些实施方式的用于测量磁性质的方法。在下文，为了说明的容易和方便，将参照图1的磁性质测量系统1000描述根据本发明构思的一些实施方式的用于测量磁性质的方法。
[0051] 参照图1、图10和图11，可以将包括磁隧道结图案的样品S装载于图1(或图6)的磁性质测量系统1000的平台10上(S100)。样品S可以包括包含多个芯片区域200的基板100。基板100可以是包含硅、绝缘体上硅(SOI)、硅锗(SiGe)、锗(Ge)或镓砷(GaAs)的半导体基板。每个芯片区域200可以包括在其上提供存储元件的存储区域。
[0052] 参照图12和图13，布线结构125可以提供在基板100的每个芯片区域200上。布线结构125可以包括与基板100间隔开的导电线120和连接到导电线120的接触122。导电线120可以通过接触122电连接到基板100。导电线120和接触122可以包括金属材料。例如，导电线120和接触122可以包括铜(Cu)。第一层间绝缘层110可以提供在基板100的每个芯片区域
200上以覆盖或围绕布线结构125。第一层间绝缘层110可以包括氧化物层、氮化物层或氮氧化物层中的至少一种。
200上以覆盖或围绕布线结构125。第一层间绝缘层110可以包括氧化物层、氮化物层或氮氧化物层中的至少一种。
[0053] 第二层间绝缘层130可以提供在第一层间绝缘层110上，底电极接触132可以提供在第二层间绝缘层130中。每个底电极接触132可以穿过第二层间绝缘层130从而连接到导电线120中的对应一条导电线。第二层间绝缘层130可以包括氧化物层、氮化物层或氮氧化物层中的至少一种，底电极接触132可以包括掺杂的半导体材料(例如掺杂的硅)、金属(例如钨、钛或钽)、导电的金属氮化物(例如钛氮化物、钽氮化物或钨氮化物)或金属-半导体化合物(例如金属硅化物)中的至少一种。
[0054] 磁隧道结图案MTJ可以提供在第二层间绝缘层130上。磁隧道结图案MTJ可以在基板100的每个芯片区域200上彼此横向地间隔开。换句话说，磁隧道结图案MTJ可以在平行于基板100的顶表面或上表面100U的方向上彼此间隔开。磁隧道结图案MTJ可以分别连接到底电极接触132。底电极BE可以提供在每个磁隧道结图案MTJ与每个底电极接触132之间。顶电极TE可以提供在每个磁隧道结图案MTJ上，并可以与底电极BE间隔开，其中每个磁隧道结图案MTJ插设在其间。底电极BE和顶电极TE可以包括导电材料。例如，底电极BE和顶电极TE可以包括导电的金属氮化物(例如钛氮化物或钽氮化物)。
[0055] 每个磁隧道结图案MTJ可以包括第一磁性图案140、第二磁性图案160以及设置在第一磁性图案140和第二磁性图案160之间的隧道势垒图案150。第一磁性图案140和第二磁性图案160中的一个可以是其磁化方向被固定在一个方向上的参考层，第一磁性图案140和第二磁性图案160中的另一个可以是其磁化方向在稳定的磁态之间可切换的自由层。第一磁性图案140的磁化方向MD1和第二磁性图案160的磁化方向MD2可以基本上垂直于第一磁性图案140和隧道势垒图案150之间的界面。第一磁性图案140的磁化方向MD1和第二磁性图案160的MD2可以基本上垂直于基板100的顶表面100U。图13示出其中第一磁性图案140是具有被固定在一个方向上的磁化方向MD1的参考层并且第二磁性图案160是具有可改变的磁化方向MD2的自由层的实施方式。然而，本发明构思的实施方式不限于此。在某些实施方式中，与图13不同，第一磁性图案140可以是具有可改变的磁化方向的自由层，第二磁性图案160可以是具有被固定在一个方向上的磁化方向的参考层。
[0056] 第一磁性图案140和第二磁性图案160中的每个可以包括本征垂直磁性材料或非本征垂直磁性材料中的至少一种。本征垂直磁性材料可以包括即使不存在外部因素也具有垂直磁化特性的材料。本征垂直磁性材料可以包括至少一种垂直磁性材料(例如CoFeTb、CoFeGd或CoFeDy)，例如具有L10结构的垂直磁性材料、具有六方密堆积(HCP)晶格结构的CoPt合金、或者垂直磁结构。具有L10结构的垂直磁性材料可以包括具有L10结构的FePt、具有L10结构的FePd、具有L10结构的CoPd、或具有L10结构的CoPt中的至少一种。垂直磁结构可以包括交替且重复堆叠的磁性层和非磁性层。例如，垂直磁结构可以包括(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n、(CoFe/Pd)n、(Co/Pd)n、(Co/Ni)n、(CoNi/Pt)n、(CoCr/Pt)n或(CoCr/Pd)n中的至少一种，其中“n”表示双层的数量。非本征垂直磁性材料可以包括具有本征水平磁化特性但是由于外部因素而具有垂直磁化特性的材料。例如，非本征垂直磁性材料可以通过由隧道势垒图案150和第一磁性图案140(或第二磁性图案160)的结引起的磁各向异性而具有垂直磁化特性。非本征垂直磁性材料可以包括例如CoFeB。隧道势垒图案150可以包括镁氧化物(MgO)、钛氧化物(TiO)、铝氧化物(AlO)、镁锌氧化物(MgZnO)、镁硼氧化物(MgBO)、钛氮化物(TiN)或钒氮化物(VN)中的至少一种。
[0057] 样品S可以包括基板100和提供在基板100上的磁隧道结图案MTJ。磁隧道结图案MTJ可以是垂直磁隧道结图案，其中第一磁性图案140和第二磁性图案160具有垂直于一平面(例如第一磁性图案140和隧道势垒图案150之间的界面)的磁化方向MD1和MD2。图1(或图6)的磁性质测量系统1000可以是极性MOKE测量系统，并可以用于测量垂直磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质。
[0058] 参照图1、图10和图14，可以将包括磁隧道结图案MTJ的样品S装载于平台10上(S100)。可以通过真空将样品S固定在平台10上(S110)。平台10可以通过经由所述多个孔PH抽取或吸入空气而将样品S固定在平台10的表面上。
[0059] 通过在平行于样品S的顶表面SU的第一方向D1(例如x方向)和/或第二方向D2(例如y方向)上水平地移动平台10，可以将样品S的测量目标区域RT移动到光照射区域RF(S120)。光照射区域RF可以是腔室500中的预定区域，其中入射光Li照射到该预定区域。测量目标区域RT可以是样品S的顶表面SU的特定区域。例如，样品S的顶表面SU的中心可以对应于x-y坐标系的原点，样品S的顶表面SU的测量目标区域RT可以由坐标值(x1，y1)表示。在图14中，在样品S的顶表面SU上示出x-y坐标系。然而，这仅被提供用于帮助理解实施方式，而不旨在限制本发明构思。在初始状态，光照射区域RF可以与样品S的顶表面SU的中心重叠。在这种情况下，平台10可以移动(-x1，-y1)的距离，因此可以移动测量目标区域RT以与光照射区域RF重叠或对准。
[0060] 参照图1、图10和图15，垂直于样品S的一个表面的磁场H可以被施加到样品S(S130)。磁场H可以垂直于样品S的顶表面SU，样品S的顶表面SU可以对应于基板100的顶表面100U。换句话说，磁场H可以垂直于基板100的顶表面100U被施加，因此第一磁性图案140和第二磁性图案160可以具有基本上垂直于基板100的顶表面100U的磁化方向。换句话说，磁隧道结图案MTJ可以具有垂直磁性质。
[0061] 由于测量目标区域RT与光照射区域RF重叠，所以可以将入射光Li照射到样品S的测量目标区域RT(S140)。入射光Li可以照射为基本上垂直于基板100的顶表面100U。然而，本发明构思的实施方式不限于此。在某些实施方式中，与图15不同，入射光Li可以倾斜地照射到基板100的顶表面100U。入射光Li可以通过偏振器55偏振，然后可以照射到测量目标区域RT。
[0062] 可以检测从样品S的测量目标区域RT反射的反射光Lr的偏振(S150)。反射光Lr可以通过分析器75偏振，并可以经过分析器75被接收到检测器70。检测器70可以检测反射光Lr的偏振。
[0063] 反射光Lr可以包括从磁隧道结图案MTJ反射的信号偏振光、以及从磁隧道结图案MTJ下面的下部图案(例如导电线120)反射的噪声偏振光。例如，导电线120可以在平行于基板100的顶表面100U的方向上延伸，并且噪声偏振光的偏振方向ND可以基本上平行于导电线120延伸的方向。噪声偏振光的偏振方向ND可以基本上垂直于分析器75的偏振轴PA。因此，反射光Lr中的噪声偏振光可以被分析器75阻挡，而反射光Lr中的信号偏振光可以经过分析器75，然后可以被接收到检测器70。
[0064] 如果平台10旋转，则样品S可以绕旋转轴旋转，该旋转轴平行于垂直于样品S的顶表面SU(例如基板100的顶表面100U)的法线。在这种情况下，噪声偏振光的偏振方向NDr可以相对于分析器75的偏振轴PA倾斜。因此，噪声偏振光的至少一部分可以经过分析器75，然后可以被接收到检测器70。因此，磁性质测量系统1000的噪声会增加。换句话说，会难以测量磁隧道结图案MTJ的有效磁性质。
[0065] 然而，根据本发明构思的实施方式，平台10可以是X-Y平台，其被配置为在平行于样品S的顶表面SU的第一方向D1(例如x方向)和第二方向D2(例如y方向)上水平地移动。在这种情况下，可以不需要旋转平台10以将样品S的测量目标区域RT移动到光照射区域RF。因此，从样品S的测量目标区域RT反射的噪声偏振光的偏振方向ND可以基本上垂直于分析器75的偏振轴PA。结果，反射光Lr中的噪声偏振光可以被分析器75阻挡，因此可以减少磁性质测量系统1000的噪声以容易地测量磁隧道结图案MTJ的有效磁性质。换句话说，由于平台10是X-Y平台，所以可以在样品S的各个区域上测量磁隧道结图案MTJ的有效磁性质。
[0066] 此外，平台10可以配置为通过使用真空而将样品S固定在平台10上。因此，尽管平台10移动，也可以稳定地测量样品S中的磁隧道结图案MTJ的磁性质。
[0067] 可以通过分析反射光Lr的偏振而获得关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息(S160)。例如，获得关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息可以包括生成磁隧道结图案MTJ的磁滞曲线。可以通过磁滞曲线获得关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息。例如，关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息可以包括单元芯片中的磁隧道结图案MTJ的交换磁场(Hex)、矫顽力(Hc)和/或矫顽力(Hc)的分散。
[0068] 图16是示出根据本发明构思的一些实施方式的使用磁性质测量系统制造磁存储器件的方法的流程图。图17至图19是示出根据本发明构思的一些实施方式的使用磁性质测量系统制造磁存储器件的方法的剖视图。
[0069] 参照图16和图17，可以在基板100上形成选择元件。基板100可以是包含硅、绝缘体上硅(SOI)、硅锗(SiGe)、锗(Ge)或镓砷(GaAs)的半导体基板。选择元件可以是场效应晶体管或二极管。之后，可以在基板100上形成布线结构125(S200)。布线结构125可以电连接到基板100。布线结构125可以包括与基板100间隔开的导电线120以及连接到导电线120的接触122。导电线120可以通过接触122电连接到基板100。导电线120中的至少一个可以通过相应的接触122电连接到相应的选择元件的一个端子。导电线120和接触122可以包括金属材料。例如，导电线120和接触122可以包括铜(Cu)。第一层间绝缘层110可以形成在基板100上以覆盖或围绕选择元件和布线结构125。第一层间绝缘层110可以由包括氧化物层、氮化物层或氮氧化物层中的至少一个的单层或多层形成。
[0070] 可以在布线结构125上形成底电极接触132(S210)。每个底电极接触132可以通过相应的导电线120电连接到相应的选择元件的一个端子。底电极接触132可以包括掺杂的半导体材料(例如掺杂的硅)、金属(例如钨、钛和/或钽)、导电的金属氮化物(例如钛氮化物、钽氮化物和/或钨氮化物)、或金属-半导体化合物(例如金属硅化物)中的至少一种。可以在第一层间绝缘层110上形成第二层间绝缘层130，并且第二层间绝缘层130可以覆盖或围绕底电极接触132。第二层间绝缘层130可以由包括氧化物层、氮化物层或氮氧化物层中的至少一种的单层或多层形成。
[0071] 可以在第二层间绝缘层130上形成覆盖底电极接触132的底电极层BEL和磁隧道结层MTJL(S220)。底电极层BEL可以设置在第二层间绝缘层130和磁隧道结层MTJL之间。例如，底电极层BEL可以包括导电的金属氮化物(例如钛氮化物或钽氮化物)。磁隧道结层MTJL可以包括顺序地堆叠在底电极层BEL上的第一磁性层142、隧道势垒层152和第二磁性层162。第一磁性层142和第二磁性层162中的每个可以包括如上所述的本征垂直磁性材料或非本征垂直磁性材料中的至少一种。隧道势垒层152可以包括镁氧化物(MgO)、钛氧化物(TiO)、铝氧化物(AlO)、镁锌氧化物(MgZnO)、镁硼氧化物(MgBO)、钛氮化物(TiN)或钒氮化物(VN)中的至少一种。
[0072] 可以测量磁隧道结层MTJL的垂直磁性质(S230)。可以使用图1(或图6)的磁性质测量系统1000测量磁隧道结层MTJL的垂直磁性质。
[0073] 具体地，可以制备样品S，该样品S包括具有磁隧道结层MTJL的基板100。如参照图1和图10描述的，可以将样品S装载于图1或图6的磁性质测量系统1000的平台10上(S100)，并且可以通过真空将样品S固定在平台10上(S110)。通过在平行于样品S的顶表面SU的第一方向D1(例如x方向)和/或第二方向D2(例如y方向)上水平地移动平台10，可以将样品S的测量目标区域RT移动到光照射区域RF(S120)。可以将垂直于样品S的顶表面SU的磁场H施加到样品S(S130)。可以将入射光Li照射到样品S的测量目标区域RT(S140)，并且可以检测从样品S的测量目标区域RT反射的反射光Lr的偏振(S150)。可以通过分析反射光Lr的偏振来获得关于磁隧道结层MTJL的垂直磁性质的信息(S160)。获得关于磁隧道结层MTJL的垂直磁性质的信息可以包括生成磁隧道结层MTJL的磁滞曲线。关于磁隧道结层MTJL的垂直磁性质的信息可以通过磁滞曲线获得。例如，关于磁隧道结层MTJL的垂直磁性质的信息可以包括单元芯片中的磁隧道结层MTJL的交换磁场(Hex)、矫顽力(Hc)和/或矫顽力(Hc)的分散。
[0074] 参照图16和图18，可以确定所测量的磁隧道结层MTJL的垂直磁性质是否在允许范围内(S240)。当所测量的垂直磁性质在允许范围之外时，可以产生警告(S250)。当所测量的垂直磁性质在允许范围内时，可以在磁隧道结层MTJL上形成导电掩模图案165。导电掩模图案165可以限定将在其中形成磁隧道结图案的区域。例如，导电掩模图案165可以包括导电的金属氮化物(例如钛氮化物或钽氮化物)。
[0075] 参照图15和图16，可以使用导电掩模图案165作为蚀刻掩模顺序地图案化磁隧道结层MTJL和底电极层BEL以形成磁隧道结图案MTJ和底电极BE(S260)。导电掩模图案165可以分别用作顶电极TE。每个磁隧道结图案MTJ可以包括顺序堆叠在每个底电极BE上的第一磁性图案140、隧道势垒图案150和第二磁性图案160。磁隧道结图案MTJ可以在平行于基板100的顶表面100U的方向上彼此间隔开，并且底电极BE可以分别提供在磁隧道结图案MTJ下面。
[0076] 可以测量磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质(S270)。可以使用图1(或图6)的磁性质测量系统1000来测量磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质。
[0077] 具体地，可以制备样品S，该样品S包括具有磁隧道结图案MTJ的基板100。如参照图1和图10所述的，可以将样品S装载于图1或图6的磁性质测量系统1000的平台10上(S100)，并且可以通过真空将样品S固定在平台10上(S110)。通过在平行于样品S的顶表面SU的第一方向D1(例如x方向)和/或第二方向D2(例如y方向)上水平地移动平台10，可以将样品S的测量目标区域RT移动到光照射区域RF(S120)。可以将垂直于样品S的顶表面SU的磁场H施加到样品S(S130)。可以将入射光Li照射到样品S的测量目标区域RT(S140)，并且可以检测从样品S的测量目标区域RT反射的反射光Lr的偏振(S150)。可以通过分析反射光Lr的偏振而获得关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息(S160)。获得关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息可以包括生成磁隧道结图案MTJ的磁滞曲线。关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息可以通过磁滞曲线获得。例如，关于磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质的信息可以包括单元芯片中的磁隧道结图案MTJ的交换磁场(Hex)、矫顽力(Hc)和/或矫顽力(Hc)的分散。
[0078] 参照图16和图19，可以确定所测量的磁隧道结图案MTJ的垂直磁性质是否在允许范围内(S280)。当所测量的垂直磁性质在允许范围之外时，可以产生警告(S290)。当所测量的垂直磁性质在允许范围内时，可以执行后续工艺(S300)。具体地，保护层170可以形成在第二层间绝缘层130上，并可以覆盖或围绕磁隧道结图案MTJ的侧壁和底电极BE的侧壁。保护层170还可以覆盖或围绕顶电极TE的侧壁。保护层170可以包括例如硅氮化物。第三层间绝缘层180可以形成在第二层间绝缘层130上并且可以覆盖或围绕磁隧道结图案MTJ、底电极BE和顶电极TE。保护层170可以设置在第三层间绝缘层180与每个磁隧道结图案MTJ之间、第三层间绝缘层180与每个底电极BE之间以及第三层间绝缘层180与每个顶电极TE之间。此外，保护层170可以在第三层间绝缘层180和设置于磁隧道结图案MTJ之间的第二层间绝缘层130的顶表面之间延伸。第三层间绝缘层180可以形成为填充磁隧道结图案MTJ之间的空间。第三层间绝缘层180可以包括氧化物层、氮化物层或氮氧化物层中的至少一种。位线190可以形成在第三层间绝缘层180上。每个磁隧道结图案MTJ可以连接到位线190中的对应一条。位线190可以包括金属(例如钛、钽、铜、铝或钨)或导电的金属氮化物(例如钛氮化物或钽氮化物)中的至少一种。
[0079] 图20是示出根据本发明构思的一些实施方式制造的磁存储器件的单位存储单元的电路图。
[0080] 参照图20，单位存储单元MC可以包括彼此串联连接的存储元件ME和选择元件SE。存储元件ME可以连接在位线BL和选择元件SE之间。选择元件SE可以连接在存储元件ME和源极线SL之间并可以被字线WL控制。存储元件ME可以包括磁隧道结图案MTJ，该磁隧道结图案MTJ包括第一磁性图案140和第二磁性图案160以及设置在第一磁性图案140和第二磁性图案160之间的隧道势垒图案150。第一磁性图案140和第二磁性图案160中的一个可以是参考层(其具有被固定而与使用环境中的外部磁场无关的磁化方向)，第一磁性图案140和第二磁性图案160中的另一个可以是自由层(其磁化方向通过外部磁场或编程电流中的电子的自旋扭矩是可改变的)。当参考层和自由层的磁化方向彼此反平行或彼此不平行时磁隧道结图案MTJ的电阻可以远大于当参考层和自由层的磁化方向彼此平行时磁隧道结图案MTJ的电阻。换句话说，磁隧道结图案MTJ的电阻可以通过改变自由层的磁化方向来调节。因此，通过使用根据参考层和自由层的磁化方向的电阻差异，逻辑数据可以被存储在单位存储单元MC的存储元件ME中。
[0081] 根据本发明构思的实施方式，平台10可以配置为X-Y平台，因此可以在样品S的各个区域上测量磁隧道结图案MTJ的有效磁性质。平台10可以配置为通过使用真空将样品S固定在平台10上。因此，尽管平台10移动，也可以稳定地测量样品S中的磁隧道结图案MTJ的磁性质。
[0082] 此外，在制造磁存储器件的工艺中，可以使用磁性质测量系统1000有利地监测磁隧道结图案MTJ的磁性质。因此，可以提供制造磁存储器件的方法，其能够提高批量生产和质量稳定性。
[0083] 尽管已经参照示例实施方式描述了本发明构思，但是对于本领域技术人员来说将是明显的，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，应当理解，以上实施方式不是限制性的，而是说明性的。因此，本发明构思的范围将由权利要求书及其等同物的最宽可允许解释来确定，而不应受前述描述限制或限定。
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